干粉自动灭火装置在卷烟高架库的适用性

摘要　悬挂式超音速干粉自动灭火装置是一种无水灭火装置，虽具有一定技术优势，但也存在局限性，尚不能对卷烟高架库实施有效的灭火保护，不适合在卷烟高架库推广使用。

关键词　干粉装置、卷烟高架库、灭火保护、适用性

悬挂式超音速干粉自动灭火装置(以下简称干粉装置)是一种以气固二相流雾团淹没覆盖火场实现灭火目的的无水灭火装置，为解决高寒、缺水地区消防问题和火场货物水损问题提供了新的技术方法。但由于该装置的局限性和在建设、技术、管理、经济等方面存在的诸多问题，使其适用范围受到限制，因此不能普遍应用。对北京烟草物流中心卷烟高架库干粉装置试用案例的分析结果表明，干粉装置在高架库使用时存在严重的功能性缺陷，不能对高架库实施有效可靠的灭火保护，不适合在高架库推广使用。

高架库结构与火灾特点

高架库是高密度存储、无人操作的自动化仓库，对消防系统的要求不同于其他库型，主要有以下特点：

1　高架库消防完全依赖自动灭火系统进行灭火保护，人员消防施救或补救措施实施困难。

2　高架库内货架密集排列，货位内货物之间相互遮挡，跨货位灭火困难。

3　高架库货位内可供消防设施安装和运维的净空间有限，消防空间狭小。

4　货位之间不设封闭隔离，货位空间联通，发生火灾时，高温烟雾容易蔓延扩散波及毗邻货位，造成热烟蔓延起火。卷烟燃点较低(烟草燃点175℃，纸箱燃点130℃)，200℃高温热烟所到之处，即使没有明火，卷烟也可被引燃起火。

5　货架列间缝隙和堆垛机巷道在库内纵横贯通，形成气流竖井，有烟囱效应，火灾发生时会成为热对流通道，加剧燃烧的链式反应，使火焰快速向上层货位燃烧，热烟快速向库房上层蔓延，速度可达4m／sec。因此，高架库火灾的纵向扩展十分迅速，容易失控形成大火。

根据上述特点，高架库的消防系统应符合四个基本条件：一是施行逐货位灭火保护；二是在货位有限消防空间内正常安装使用；三是自动感知火情、启动并控制灭火；四是系统简单可靠，库内控制线点少，减少维护量。

干粉装置应用于高架库存在的问题

1　不能正确安装

干粉装置的安装高度和安装位置是保证其有效实现灭火功能的两个必要技术条件。安装高度是指干粉装置中心与被保护面积中心之间的垂直距离；安装位置是指干粉装置中心与被保护面积中心的相对位置。遇火情时，干粉装置启动引爆喷射干粉形成二相流雾团，其主雾团一边快速下落、一边膨胀扩散，形成锥形作用场(如图1)，且主雾团始终集中在锥形场底部，当主雾团膨胀扩散面积达到最大有效灭火保护面积时，是灭火效率最高的最佳灭火时机。实验表明，当干粉装置的安装高度满足主雾团扩散要求高度，干粉装置中心垂直对准被保护面积中心位置时，干粉装置的灭火效率最高。制造厂商对此也明确提出技术要求。以北京烟草试用的4kg干粉装置为例，其最佳安装高度为5.5m，在此高度的有效灭火保护面积≤15m2。任何安装高度变化和安装位置改变都会降低干粉装置的灭火保护效能。

在实际应用中，高架库设计追求单位空间存储率最大化，可用于消防设施安装使用的空间有限，尤其是货位内的消防空间不可能按干粉装置的安装高度要求进行设计。如果使用干粉装置，只能将其偏移至货位之外，在无运输作业的货架列间缝隙中悬挂安装(如图2)。此时，干粉装置位于货架列间缝隙的竖向中心线上，两侧被货位上存储货物形成的货物墙体围挡。在这种合围环境中，干粉装置爆炸喷发后，主雾团将受到两侧货物的围挡阻隔，被强制归拢在货架夹缝中向下运动，最终坠落到缝隙底部，失去覆盖灭火作用；部分弥漫干粉同样受到货物围挡阻隔，弥漫扩散运动受限，不能起到封闭局部空间、营造缺氧环境、抑制燃烧的灭火保护作用。由于干粉装置在高架库内不能按技术要求正确安装，使其丧失了对高架库的灭火保护作用。

2　抑制燃烧功能受限

干粉装置的灭火保护功能之一是弥漫粉雾抑制燃烧。实现方法是，将高架库区划分为若干区，每区配置若

干个干粉装置组成该区保护子系统，各区子系统组成库区整体灭火保护系统。一旦某区发生火情，系统感知并启动引爆该区子系统的各干粉装置，启动顺序设定为先四周后中间，先上后下，如该区子系统效能不足，即引爆邻区子系统，或引爆全库系统。其中的关键技术点是形成封闭空间。但在高架库中，堆垛机巷道两侧无法配装干粉装置，同时，堆垛机巷道成为无法封闭的对外敞开口，干粉系统无法实现完整有效的封闭。如图3所示，在货架6－7、8－9两个缝隙中间安装有干粉装置，而在货架7-8之间及货架6左侧、货架9右侧的堆垛机巷道的各侧面都无法安装干粉装置，只能在巷道顶部天轨附近与运行无干涉处安装一排干粉装置。这种配置组合方式存在配置密度低、区域封闭不完整、留有对外气流通道等缺陷，弥漫粉雾很难形成有效的封闭空间抑制燃烧。另外，干粉装置被围裹在货架缝隙中，弥漫粉雾被货物围挡阻隔，很难穿越货物阻隔到达巷道一侧，如果火情发生在巷道两侧的货物面上，干粉装置将很难实施有效的消防施救和灭火保护。

3　没有持续灭火能力

卷烟商品燃点低，是易燃难熄的物品，因火场高温和货物阴燃引起明火复燃，发生二次火灾的可能性很大，所以高架库消防系统应具有充分的持续灭火能力，保证灭火保护的可靠性。《建筑设计防火规范》明确规定，高架库消防系统应具有30分钟以上的持续灭火能力。在这方面，干粉装置存在着功能性缺陷。干粉装置是一次性使用的消防装置，虽号称“声响火灭”，但引爆喷发后即刻报废，干粉不能在线补充，因此其持续灭火时间很短，如果一次火灾未被扑灭或火场复燃发生二次火灾，干粉装置系统没有任何可用的补救手段和灭火能力。另外，干粉装置爆炸喷射后，库内悬浮粉雾弥漫，其浓度虽不能抑制燃烧，却足以造成严重的次生环境污染，造成人员窒息，给消防人员入库主动采取补救措施和后续处理造成极大困难。

4　不能有效阻止和消除暗火阴燃

阻止和消除卷烟货物内部暗火阴燃是高架库对消防系统功能的基本要求，实现这一功能的必要条件是使干

粉均匀完全地覆盖过火货物各表面。在高架库中，由于干粉雾团的扩散覆盖效果受到破坏，覆盖功效衰减，不能按理论预期以均匀完全的态势覆盖货物所有燃烧和过火表面，特别是对位于堆垛机巷道两侧的货物燃烧表面，基本没有覆盖能力。而且托盘卷烟箱垛是多面体，要在多面体各表面同时形成密闭层封闭货物内部供氧通道难度很大。干粉焦化防止货物暗火阴燃的理论讲得通，但在实际操作中存在可行性问题。

5　存在静电误爆危险

干粉装置配装的自动灭火启动引擎由感知

系统发出的直流电信号激发启动引爆。据厂家公布的技术数据，4kg干粉装置的启动引爆电流为0.35～0.5A；引爆电压为DC24V；安全电流要求

6　爆炸后推力损害问题

干粉装置爆炸喷射时，干粉颗粒初试射速可达到800m／sec，会产生难以预料的后推力、冲击波、甚至引起共振，会对仓库货架、设施和建筑物造成一定程度的损伤。干粉装置每次实爆后，都要对仓库建筑和仓储设施进行一次全面细致的专业检测和状况评估，并需要进行必要的维修整修后才可以恢复使用，使得仓库设施使用寿命降低，安全风险和消防成本增加，也影响了仓库业务功能的及时恢复和使用。

7　爆炸碎片危险

干粉装置产品外壳为碳钢材料，底版为铝合金材料，爆炸时底板爆裂，干粉射出，喷射干粉中裹挟金属底板碎片一同射出的可能性很大，爆破碎片会损伤仓储设备设施，具有危险性、破坏性。目前，还没有对此危险性评估数据和可行的防范方法。

8　哑弹识别与排除困难

干粉装置因各种原因未能正常启动引爆就成为哑弹，哑弹不一定是失效弹，有的可能随时爆炸。在高架库中，记录、寻找和排除哑弹很困难，一旦消防人员进入火场处理现场时哑弹爆炸，很容易造成人身伤害事故。目前，生产厂家还没有关于干粉装置产品哑弹存在比例和检查排除方法的技术标准及操作规范，也没有对哑弹可能造成伤害的危险性评估结果，是一个未知的安全隐患。

9　灾后现场清理和仓库功能恢复困难

干粉装置实爆后，粉尘造成的次生环境污染和设备污染严重，特别是对各种自动控制系统和信息采集系统损害严重，甚至可能被迫报废。同时，清理工作难度大、投入高，被污染设备性能恢复周期长，如果清理不干净，堆垛机开动运行后，库内又是粉尘飞扬。

10　使用成本高、代价大

干粉装置灭火系统设计是将高架库区划分为若干保护区，区系统是一次启动引爆的最小单元。遇火情时，不论灾情大小，系统都要启动引爆火情所在区的全部干粉装置。干粉装置是一次性使用装置，无论是区爆、多区爆还是全库爆，每实爆一次，不仅是干粉装置报废，而且不可避免地要对仓库建筑和仓储设施造成损伤、污染。所以每次实爆后，都需要进行大规模的恢复性更换检修工程，更换拆装干粉装置和控制线路，检修仓储设施和仓库建筑，只有在各项指标检测合格后才能正式恢复高架库使用功能。检修工程涉及清理库内货物、拆换干粉装置、更换损坏线路、仓储设施清理粉尘恢复功能、仓库建筑维护修理等多项工作，涵盖清理、检查、评估、修复、新系统调试、功能检测、新系统试运行、工程验收等实施环节，工程量大、施工困难、危险性高，且耗时费力，人财物资源投入巨大；每进行一次检修更换就会使仓储系统的整体性能下降一次；因仓储功能不能迅速恢复还会造成业务损失；这些因素增加了干粉装置的灭火成本，使用干粉装置进行灭火保护成本高、代价大。

11　维护成本高、管理困难

干粉的成分――磷酸胺盐具有吸湿特性，干粉吸湿结块会使干粉装置失效，因此，干粉装置的可靠性随时存在失效风险。为保证其可靠性，要求定期按规定比例抽查干粉装置，如发现结块现象必须马上更换。地方标准规定，干粉装置安装3年(含3年)后，每年一次按2％抽检，如抽检装置中发现有干粉结块现象，应扩大比例进行复查，如复查结果仍存在结块现象，则应全部更换；标准还规定，干粉装置启动引爆器的有效期为5年，到期必须全部更换，以保证系统可靠性。如此频繁和海量的工作，不仅增加了成本，而且在实际操作中也存在很多问题。例如，干粉装置安装在高架库货架夹缝中间，进行抽检或更换非常困难，首先要停止仓储作业，将库内货物清出，攀爬货架进行抽检或更换，然后进行新装置的安装调试、自动控制系统调试、系统综合功能测试等一系列工作。不仅被抽检的干粉装置和元器件全部报废，还要耗费大量人力，系统维护成本高，并且影响仓储业务正常运转。

12　灭火保护效果没有实测数据支持

干粉装置在高架库试用至今，发生过误爆案例，但没有实爆灭火保护案例。厂家提供的实验数据，其实验环境都不符合高架库条件，实验结果不能说明干粉装置在高架库的使用效果。同时，现有的关于干粉装置在高架库应用效果的评估和鉴定意见，定性多，定量少，特别是缺少模拟实验或实际应用效果的检验测试数据，缺乏说服力。一些地方产品标准虽然明确定义“干粉装置适用于高架库使用”，却不能定义干粉装置在高架库使用的适用性要求，对安装高度、安装位置、灭火功效、保护功能、系统可靠性等关键指标，没有按产品标准编制规范要求给出各种指标值域范围、检验测试方法和判定标准，缺少规范性和严谨性，也不支持其适用性定义。从实验数据角度来看，迄今为止还没有干粉装置在高架库使用的实际灭火效果检测数据，也没有干粉装置在模拟高架库环境下实验灭火效果的检测数据，干粉装置对高架库灭火保护作用的有效性和可靠性方面存在很多不确定性，盲目使用是十分危险的。

综上所述，受内外因素的综合影响，干粉装置并不能对高架库实施有效可靠的灭火保护，其技术优势也不能在高架库环境中得到发挥，不适合在高架库推广使用。客观地认识到这一点，有利于决策者正确选择高架库消防系统，保证高架库的安全，避免项目决策失误。