□張韡
自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是采用自動(dòng)化控制技術(shù)、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助管理貨物的自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)的無(wú)人高架倉(cāng)庫(kù),其具有先進(jìn)的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的單元化集裝、大容量貯存和貨物儲(chǔ)運(yùn)的機(jī)電一體化動(dòng)態(tài)管理。
隨著港口經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)以其占地面積小、儲(chǔ)存量大等特點(diǎn),作為港口碼頭中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)在未來(lái)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
(一)火災(zāi)隱患多。作為港口中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)使用的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存的大多是可燃物品,如紙張、橡膠制品、外包裝為可燃物品的機(jī)電配件等。此外,高架倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化程度的提高,電器設(shè)備增加,極有可能出現(xiàn)電氣短路火花、機(jī)械設(shè)備故障火花等。
(二)火勢(shì)蔓延迅速、燃燒猛烈。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架一般在中間設(shè)置為雙排,靠外墻邊設(shè)置為單排。貨格根據(jù)貨箱的大小而設(shè)置,貨箱間留有一定的空隙。起火后,火焰便通過(guò)豎向和水平縫隙迅速擴(kuò)展,很快穿到屋頂,火勢(shì)迅速蔓延,而且倉(cāng)庫(kù)內(nèi)單位面積貯存的物品是普通倉(cāng)庫(kù)的5~10倍,其貨物的集中堆放,會(huì)使燃燒強(qiáng)度大大增加,火勢(shì)更猛烈。
(三)火災(zāi)破壞力度大。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的貨架一般采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。鋼材在溫度200℃以內(nèi)強(qiáng)度變化不大;溫度到達(dá)250℃時(shí),其材料極限強(qiáng)度局部提高;溫度超過(guò)300℃后,屈服點(diǎn)出現(xiàn),極限強(qiáng)度急劇下降;一般在600℃時(shí)已完全喪失支撐能力。而一般固體在燃燒時(shí),火焰溫度可達(dá)700℃。為了搶救物資和撲滅火災(zāi),要求構(gòu)筑物具有一定的耐火能力即耐火極限;此外在高溫時(shí),鋼貨架遇水冷卻會(huì)產(chǎn)生變形,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致貨架倒塌。據(jù)介紹,國(guó)外高架倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)后,一般在10多分鐘后貨架和庫(kù)房屋頂即全部倒塌。
(四)人工撲救難度大。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)為提高使用率、減少占地面積,不斷向高空發(fā)展,一般壓力的消火栓已無(wú)力將水槍的充實(shí)水柱壓送到立體倉(cāng)庫(kù)的建筑高度。同時(shí),由于倉(cāng)庫(kù)的建筑物空間規(guī)模也越來(lái)越大,貨架與墻壁之間的距離、貨架與貨架之間的距離卻又要求設(shè)計(jì)至最小程度,所以自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)具有貨架高、巷道窄、無(wú)人工作等防火特點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi),進(jìn)入庫(kù)內(nèi)滅火將十分困難。此外,一些高架倉(cāng)庫(kù)采用了無(wú)窗的設(shè)計(jì)方式,空調(diào)系統(tǒng)有助于火勢(shì)蔓延,照明不能保證,因此消防滅火更困難。
(五)損失嚴(yán)重。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存著高密度貨物,有昂貴的自動(dòng)搬運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備以及外圍建筑物,一旦發(fā)生火災(zāi)將會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)燒毀大批物資,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
以一座單層鋼結(jié)構(gòu)高架倉(cāng)庫(kù)為例,該倉(cāng)庫(kù)建筑面積為6 000 m2,最大凈空高度為17.5 m,最大儲(chǔ)物高度為16 m,耐火等級(jí)為二級(jí),儲(chǔ)存物品火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類(lèi),鋼質(zhì)貨架采用通透層板 (層板中通透部分的面積層板的60%)。
該倉(cāng)庫(kù)與目前港口同類(lèi)倉(cāng)庫(kù)相比具有體積大、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)其滅火系統(tǒng)的分析,有助于探討此類(lèi)碼頭中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)的室內(nèi)消防用水量的計(jì)算、自動(dòng)噴水系統(tǒng)的方案選擇及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
(一)室外消火栓系統(tǒng)。根據(jù) 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.2.2條規(guī)定,本工程室外消防用水量不應(yīng)小于45 L/s。室外消防給水管網(wǎng)布置成環(huán)狀,由市政不同管段引入兩根DN300的給水管,共設(shè)6個(gè)地上式消火栓,沿環(huán)狀消防車(chē)道均勻布置。
(二)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。根據(jù) 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.4.1條規(guī)定,室內(nèi)消火栓用水量不應(yīng)小于10 L/s,同時(shí)使用水槍數(shù)量為2支,每支水槍的最小出水量不應(yīng)小于5 L/s。高架貨架的貨物最高擺放高度為16 m,水槍的傾斜角度為45°時(shí),水槍傾斜射流的滅火示意圖如下:
經(jīng)計(jì)算,水槍的傾斜角為45°時(shí)所需的直流水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度為:
水槍噴口口徑為19 mm時(shí),消火栓栓口壓力大于0.5 MPa,因此水槍的傾斜角度可按60°計(jì)算。
充實(shí)水柱長(zhǎng)度可取18 m,消火栓栓口壓力為0.43 MPa,流量為8.2 L/s。因此,本建筑的室內(nèi)消火栓用水量應(yīng)為16.4 L/s。為安全起見(jiàn),室內(nèi)消火栓用水量采用17 L/s。
由此可以看出,消火栓給水系統(tǒng)直接參與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的滅火是十分困難的。其主要原因是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)采用的是高空間、窄通道的布置形式,且火災(zāi)時(shí)煙霧、照明條件等都不利于滅火人員的進(jìn)入,且無(wú)法達(dá)到必須的充實(shí)水柱。因此,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)消火栓僅作為一種補(bǔ)充設(shè)施,而主要應(yīng)由自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)實(shí)施滅火效能。
(三)室內(nèi)消防給水設(shè)施。屋頂設(shè)置18 m3消防水箱提供火災(zāi)初期用水,同時(shí)為室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)穩(wěn)壓,設(shè)室內(nèi)消火栓、噴灑穩(wěn)壓設(shè)備各一套。
該倉(cāng)庫(kù)地下設(shè)消防水泵房,泵房?jī)?nèi)設(shè)消防水池,為室內(nèi)消火栓及噴灑系統(tǒng)供水。泵房?jī)?nèi)設(shè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)加壓泵及室內(nèi)消火栓系統(tǒng)加壓泵。
(一)雨淋系統(tǒng)。根據(jù) 《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.5條規(guī)定,室內(nèi)凈空高度超過(guò)本規(guī)范6.1.1條的規(guī)定 (即采用快速響應(yīng)早期抑制噴頭的倉(cāng)庫(kù),室內(nèi)最大凈空高度為12 m),且必須迅速撲救初期火災(zāi)的,應(yīng)采用雨淋系統(tǒng)。
5.0.4條中規(guī)定,雨淋系統(tǒng)中每個(gè)雨淋閥控制的噴水面積不宜大于本規(guī)范表5.0.1中的作用面積,但是5.0.1條為 “民用建筑和工業(yè)廠房”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù),且表中凈空高度小于等于8 m,而本建筑為倉(cāng)庫(kù)且凈空高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8 m,是否可以參照5.0.1條關(guān)于作用面積的規(guī)定?如果可以的話,單個(gè)雨淋閥控制的作用面積為160 m2,本倉(cāng)庫(kù)建筑面積為6 000 m2,根據(jù)規(guī)范則需要安裝38個(gè)雨淋閥。安裝如此大量的雨淋閥無(wú)論是在建設(shè)成本還是在日常維護(hù)管理方面都是不利的。另外,何種建筑屬于必須迅速撲救初期火災(zāi)的建筑,規(guī)范中并未明確規(guī)定。同時(shí),考慮到初期火災(zāi)幾個(gè)噴頭噴水即可滅火,而雨淋系統(tǒng)一經(jīng)開(kāi)啟,大量開(kāi)式噴頭同時(shí)動(dòng)作,其水漬損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閉式系統(tǒng)。
(二)ESFR與貨架內(nèi)噴頭相結(jié)合的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。為應(yīng)對(duì)高架倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)的挑戰(zhàn),美國(guó)FM實(shí)驗(yàn)室于20世紀(jì)80年代末完成了 “快速響應(yīng),早期抑制” (ESFR)自動(dòng)噴水滅火技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),并到了國(guó)際消防界的認(rèn)同。在過(guò)去十幾年里間,ESFR噴頭在大空間、貨物堆積高以及火災(zāi)荷載大的特殊場(chǎng)所得到了廣泛使用。因此該倉(cāng)庫(kù)屋面頂板下噴頭選用ESFR噴頭,根據(jù)早期抑制快速響應(yīng)噴頭自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的特點(diǎn),采用濕式系統(tǒng)。
但是該倉(cāng)庫(kù)的最大凈空高度 (17.5 m)及最大儲(chǔ)物高度 (16 m)已經(jīng)超出了ESFR噴頭可以保護(hù)的最大高度,因此在自地面起4 m高度處設(shè)置一層多排貨架內(nèi)置噴頭,對(duì)頂層噴頭滅火能力進(jìn)行補(bǔ)充,貨架內(nèi)置噴頭選用快速響應(yīng)噴頭,如貨架內(nèi)置噴頭上方有孔洞、縫隙,則應(yīng)在噴頭上方安裝集熱擋水板。
(1)該倉(cāng)庫(kù)按倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)等級(jí)Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì),屋面下設(shè)置流量系數(shù)為K=360的ESFR噴頭。噴頭布置間距不大于3.0 m且不小于2.4 m,屋面噴頭的流量按下式計(jì)算:
Q—噴頭流量 (L/s)
P—噴頭工作壓力 (MP)
K—噴頭流量系數(shù)
(2)貨架內(nèi)置噴頭選用快速響應(yīng)噴頭,流量系數(shù)K=115,噴頭工作壓力不應(yīng)小于0.10 MP,為使噴頭的出水充分作用于著火范圍,貨架內(nèi)置噴頭的安裝可采用45°下噴的形式,噴頭布置間距不小于2.0 m不大于3.0 m,貨架內(nèi)置噴頭流量為:
(3)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水量。根據(jù) “噴規(guī)” 9.1.5、 9.1.6, 當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)有不同類(lèi)型系統(tǒng)或不同危險(xiǎn)等級(jí)的場(chǎng)所時(shí),系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量,應(yīng)按其設(shè)計(jì)流量的最大值確定。因此,自動(dòng)噴水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)用水量,應(yīng)為12只K=360的ESFR噴頭出水量與8只貨架內(nèi)置噴頭出水量之和的最大值:
由于K=360的快速響應(yīng)早期抑制噴頭的最低工作壓力為0.30 MPa,而作為貨架內(nèi)置噴頭K=115的快速響應(yīng)噴頭的最低工作壓力為0.10 MPa,因此供水系統(tǒng)需根據(jù)壓力不同進(jìn)行分壓供水,并分別設(shè)置報(bào)警閥組,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水泵供水壓力按最不利點(diǎn)的快速響應(yīng)早期抑制噴頭壓力設(shè)計(jì),而安裝快速響應(yīng)噴頭的管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)減壓閥組減壓后供水。由于該自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量大、管路長(zhǎng),為減少管網(wǎng)最遠(yuǎn)與最近作用面積因管網(wǎng)阻力而產(chǎn)生的壓力差,保證壓力均恒,因此應(yīng)適當(dāng)放大供水主干管管徑,同時(shí)為便于日常維護(hù)管理,報(bào)警閥組集中設(shè)置在地下消防水泵房?jī)?nèi)。
對(duì)采用ESFR與貨架內(nèi)置噴頭相結(jié)合的自動(dòng)滅火系統(tǒng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)還應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
1.作為碼頭中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),大部分庫(kù)房?jī)?nèi)無(wú)采暖系統(tǒng),而ESFR噴頭要求快速響應(yīng),只能用濕式系統(tǒng),因此,庫(kù)房?jī)?nèi)消防給水管道應(yīng)采用電伴熱加橡塑保溫或添加防凍液 (丙二醇)防止水在管道中冰凍,由于丙二醇本身具有可燃性,其含量限制在50%以內(nèi)。
2.庫(kù)房由于堆放貨物較多,一旦有火警,濃煙難于擴(kuò)散,通常應(yīng)設(shè)防排煙系統(tǒng),但采用ESFR噴頭系統(tǒng)的場(chǎng)所設(shè)置了防排煙系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致初期火災(zāi)煙熱氣流被過(guò)早抽走,影響噴頭動(dòng)作速度。因此排煙系統(tǒng)應(yīng)在噴頭動(dòng)作后啟動(dòng),即滅火后將煙排掉,故防排煙系統(tǒng)宜采用手動(dòng)控制。