吕东军 1，石晓龙 2
,田敏 1，乔斌 3
1.中国烟草总公司北京市公司 北京 100122;
2.合肥科大立安安全技术股份公司 合肥 230088
3.商丘市烟草公司 商丘 476002
1 前言
烟草高架仓库是指烟草企业的卷烟成品、卷烟辅料等储存使用的立体仓库。GB50016-2014《建筑设计防火规范》中定义货架高度大于 7m，采用机械化操作或自动化控制的货架仓库为高架仓库，并且指出可燃、难燃物品的高架仓库必须设置自动灭火系统。烟草的火灾危险属于中危险Ⅱ级，主要燃烧原因为外界火源引燃，主要燃烧现象有阴燃、火焰燃烧。烟草仓库储存量大，一旦发生火灾，燃烧速度快、火焰温度高、燃烧部位深、扑救难度大;同时产生大量的刺激性浓烟和有毒有害气体，造成人员伤亡。极易造成恶劣的社会影响及经济损失。因此，本文就烟草高架仓库应用的灭火系统进行探讨，并开展实体火灾模拟实验研究。
2 研究背景
目前应用于烟草高架仓库的灭火系统主要有自动喷水灭火系统、超细干粉灭火系统、高压细水雾灭火系统，因卷烟库房大多空间较大，密闭性较差，因此不适合使用气体灭火系统，在这里就不再赘述。下面就主要使用的三种灭火系统应用情况进行分析。
2.1 自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统是各行业使用最广泛的自动灭火方式。崔景立(2008)总结了国内多个卷烟厂的消防设计，指出：在联合工房内的片烟高架库、辅材高架库和成品高架库(周转)及联合工房外的片烟高架库、成品高架库等场所设计预作用自动喷水灭火系统【1】;施浩仁(1999)指出在自动化立体仓库采用预作用自动喷水灭火系统【2】;方丽(2005)等人设计的大连烟草公司物流分拣车间的自动灭火系统采用了预作用自动喷水灭火系统【3】。此外，上海烟草集团卷烟物流仓库使用了预作用的自动喷水灭火系统，红塔辽宁烟草有限责任公司营口卷烟厂使用了自动喷水灭火系统，河南新乡市烟草公司卷烟物流配送中心使用了自动喷水灭火系统。
但是，自动喷水灭火系统对卷烟火灾来说，也有它的不足和缺陷，那就是水渍损失严重，大量的水带来的损失甚至要凌驾于火灾带来的损失之上，即水损大于火损。同时，还存在外力撞击玻璃球破碎导致误喷或低温冻裂管道漏水的可能。
2.2 超音速干粉灭火系统
超音速干粉灭火装置主要由壳体、引发器、超音速燃气发生器、多孔件及干粉等组成。当有火灾发生时，干粉在超音速气流的冲击、挤压、撕裂的作用下，以气、固二相物质流的状态急速射向火源，生成多聚磷酸盐附在着火物的表面上，形成一定厚度的玻璃层状物，渗透到可燃物的气孔内，阻止空气与可燃物的接触起到防火层的作用。
罗晖(2011)就烟草库房的消防工作与消防灭火系统的选用做初步研究，通过对烟草库房的安全分析，提出固定式超音速干粉灭火系统是较适应烟草库房的消防灭火系统【4】。于新华(2011)经分析比较指出超音速干粉自动灭火系统完全满足高架立库等贮存箱装卷烟产品的厌水唯一性和保存完好性的要求【5】。
超音速干粉灭火系统在全国范围内已有广泛应用，包括昆明卷烟厂、厦门卷烟厂、宝鸡卷烟厂、北京烟草物流中心等很多烟草企业均在使用该产品。
图 2.1 超音速干粉灭火系统在北京烟草物流中心智能高架库的应用
但是超音速干粉没有持续灭火能力，卷烟燃烧起来其内部很难彻底熄灭，不仅表现在表面有焰燃烧，还在烟箱(烟包)内部阴暗燃烧，一次火灾扑灭后，因火场高温和货物阴燃很容易再次引起复燃，发展为二次火灾，所以高架库消防系统应具有足够的持续灭火能力，对在短时间内可能发生的二次火情进行扑救，避免因消防设施能力不足，使灭火施救陷于无计可施的被动境地。另外，干粉装置释放喷射后，易造成次生环境污染，给消防人员入库采取补救措施和处理火场阴燃残火造成困难。而且它需要每五年更换一次，更换成本较高，对于企业来说，这是一笔较大的费用。
2.3 高压细水雾灭火系统
细水雾灭火系统是由一个或多个细水雾喷头、供水管网、加压供水设备及相关控制装置等组成，能在发生火灾时向保护对象或空间喷放细水雾并产生扑灭、抑制或控制火灾效果的自动系统。它是在自动喷水灭火技术的基础上发展起来的，具有无环境污染(不会损害臭氧层或产生温室效应)、灭火迅速、耗水量低、对防护对象破坏性小的特点。
高压细水雾最大工作压力 12MPa，因此对泵组和管道的耐压能力要求较高，泵组一般采用进口设备，管道一般使用不锈钢耐压管材，因此初始安装费用比水喷淋要高。
高压细水雾灭火系统在广东石马烟草仓库、云南红塔玉溪烟草仓库、三门峡市烟草公司卷烟物流配送中心、广东烟草佛山市有限责任公司、商丘市烟草公司卷烟配送中心仓库等均有/将有应用。
本文主要针对高压细水雾系统扑救烟草高架仓库的火灾开展试验研究，验证高压细水雾对卷烟高架仓库火灾中灭火的有效性及适用性。
3 灭火试验
3.1 试验平台
试验在科大立安安全技术有限公司的大空间实验室进行。烟草火灾模拟实验平台的搭建符合《烟草企业安全生产标准化规范》(YC/T384.2-2011)4.2.2.2：垛与梁、柱的间距不小于 0.3m，垛与墙间距不小于 0.5m。
模拟立体仓库总高度为 10 米，货架共五层，两排，单层高度 1.7 米，长度 6 米，设置方式如图 3.1 所示。纸箱的尺寸为 0.7m(L)*0.7m(W)*0.7m(H)，在纸箱内填充烟草，分别按照图 3.1 正视图、侧视图样式进行堆垛。
高压细水雾泵组(含控制柜)和高压细水雾喷头、管道、稳压泵、不锈钢水管、末端放水装置、湿式选择阀组装成高压细水雾灭火系统。货架内按每两层货架设置一层喷头，即每隔 3.4 米高安装货架内喷头，货架内喷头间距 3 米。喷头选用 K=1.25 的闭式喷头，响应温度为 57℃，工作压力 10MPa，响应时间指数 RTI<20(m·s)0.5。
试验采用汽油引燃纸箱，油盘大小为 0.2m(L)*0.2m(W)*0.05m(H)，引燃汽油量为 200mL。
试验中，采用照相机进行拍照和摄像，对试验过程进行记录;并在距货架二、三层 1米处分别设置热电偶，采集试验中温度变化数据。
模拟烟草高架仓库火灾试验布置如图 3.1 所示。
3.2 试验目的
通过模拟真实的烟草高架仓库火灾，记录喷头工作压力、起火时间、喷雾时间、灭火时间、喷头的流量系数、喷头的安装方式及燃烧物的损失量等数据;验证高压细水雾系统在烟草高架仓库中的安装适用性，以及火灾发生时，高压细水雾对火焰的抑制及扑灭的有效性。
3.3 试验过程
第一阶段：点火阶段。点燃全部油盘，燃油开始燃烧并产生烟气，火焰向上涌动并持续增高，火焰高度达 1 米以上，火源周围纸箱被引燃。
第二阶段：燃烧阶段。点火后 50 秒，开启高压细水雾灭火系统的水泵和控制阀，此时油盘已经得到充分燃烧，火焰蔓延至第三层货架。持续燃烧 100 秒后，火势迅猛，火焰高度达 5 米以上，已蔓延至第四层货架并将三层纸箱烧透。
第三阶段：细水雾启动阶段。点火后 100 秒开启细水雾喷雾，细水雾从安装在货架内的喷头喷出，充盈整个货架，火势明显减弱，迅速得到抑制并产生大量烟气，烟气层开始下降，能见度逐渐降低。
第四阶段：灭火阶段。细水雾持续对火焰进行压制，开启喷雾 3 分钟后，第一层纸箱的火焰被扑灭，烟气逐渐向外扩散。开启喷雾 5 分 30 秒后，细水雾持续对火焰进行压制，第二层、第三层纸箱火势逐渐减弱，仅剩零星小火;开启喷雾 5 分 50 秒后，火焰完全熄灭，烟气向外扩散，能见度低。
试验过程如下图所示：
3.4 试验结果及分析
高压细水雾灭火系统扑灭模拟烟草高甲仓库火灾，从喷雾到完全熄灭共耗时5分50秒，细水雾施加 3 分钟后扑灭一层纸箱火，并持续抑制二层与三层纸箱火，细水雾施加 5 分 30秒后仅剩零星小火，细水雾施加 5 分 50 秒时，火焰完全熄灭。细水雾灭火系统喷雾动作后，火场温度迅速降低，火势得到有效的抑制，未出现复燃、过度蔓延的情况，达到了很好的灭火效果。细水雾灭火成功后，货架保存完好，纸箱完好度较高，残存率大于 50%，水渍损失小，对箱内烟草影响较小;纸箱水平方向火灾受控良好，特别是平行于喷嘴排列的纵向，控制火灾蔓延效果明显，如图：
由图 3.9 可见，点火后温度迅速上升;火焰点燃 100 秒时，启动高压细水雾喷雾，各点温度持续有所增加，在 105 秒左右温度达到最大值。细水雾持续喷雾，200 秒时，距第三层货架 1 米处温度下降到 40℃左右，距第二层货架 1 米处温度下降到 60℃。450 秒时火焰完全熄灭，距第三层货架 1 米处温度下降到 20℃左右，距第二层货架 1 米处温度下降到 25℃左右，温度达到正常气温。试验数据显示细水雾降温、控温效果显著，通过抑制火场温度的持续升温，确保了仓库、货架结构不受影响;火焰熄灭后，距离火源 1 米处温度控制在不造成人员伤害的范围内，为灾后迅速进行火场处理和货物抢救提供了有效的安全保障。
4 结论
模拟火灾试验结果证明高压细水雾灭火系统在烟草高架仓库火灾中能够快速抑制火灾蔓延、控制火灾规模，达到很好的灭火效果，能够屏蔽热辐射，保护仓库和货架结构，且在水平方向火灾受控情况良好。由于高压细水雾采用的灭火介质是洁净水，不会产生次生环境危害;另外，细水雾用水量小，水箱占用空间较小;管道直径小、重量轻，安装便捷、维护成本低，且对仓库中的存储烟草造成的水渍损害也相对较小，有效的保护了烟草的货物价值。
与其他灭火系统相比较，高压细水雾灭火系统也具有明显的优势。超音速干粉自动灭火系统存在无持续灭火能力、灭火后产生次生环境污染且更换成本较高等不足;而水喷淋系统用水量大且易造成水渍损失，灭火后不利于烟草货物的保值，甚至造成更大的经济损失;高压细水雾具有灭火效率高、能够持续灭火、灭火后水渍损失小等特点，弥补了其他自动灭火系统在烟草高架库中灭火的不足。
综上，高压细水雾灭火系统在烟草高架库火灾防治中具有独特的优势，具有持续高效的降温、控火、灭火能力以及用水量少、占地面积小、安装简单、维护成本低等特点，非常适合作为烟草高架库的自动消防灭火系统。
参考文献
[1] 崔景立、张海宇、陆荣海 . 某卷烟厂消防系统设计探讨[J].给水排水,2008,34(11):76-79.
[2]施浩仁. 自动化立体仓库消防系统总体设计探讨 [J]. 消防技术与产品信息, 1999(7) :25-29
[3] 方丽、蔡泽民、于金玲、王可为.烟草库房自动喷水灭火系统设计探讨[J].中国给水排水, 2005 , 21 (04) :62-64
[4] 郑锦. 某烟草物流中心改造工程的防火设计探讨 [J].福建建筑, 2012 (3) :23-25
[5] 罗晖. 浅谈固定式超音速干粉灭火系统在烟草库房中的应用 [J]. 广西城镇建设,2011 (5) :62-64
[6] 于新华. 超音速干粉自动灭火系统在物流库房的配置应用 [J]. 安全生产与监督,2011 (2) :45-46
[7]杨飞. 浅谈固定式燃气型超音速干粉自动灭火系统的设计体会 [J]. 科技传播, 2010(14) :106-107
[8]邓昭. 卷烟厂高架库消防整体解决方案[J].现代建筑电气. 2011(S0):84-89
