小型卷烟仓库火灾细水雾喷淋效果研究.pdf

7 6今日消防作者简介：吴燃（1995），男，四川达州人，硕士研究生，研究方向：烟草企业安全管理。小型卷烟仓库火灾细水雾喷淋效果研究吴燃（仙桃市烟草专卖局（公司），湖北 仙桃 433000）摘要：烟草制品具有易燃特性，在仓库中集中堆放极易发生火灾。目前，为减少经济损失，烟草制品火灾扑救通常采用细水雾喷淋。通过在火灾模拟软件pyrosim中对某小型卷烟仓库进行建模，对火源位于不同位置时的烟气扩散过程及毒性危害程度（通过FED值进行表征）进行了研究，并对喷头位于不同高度时的喷淋效果进行了分析。通过对不同火源位置进行模拟，发现火源位于下层货架时危险性最高，并提出了相应的防范措施。通过对喷头的不同高度进行模拟，发现不同高度喷头对烟气扩散过程几乎没有影响。另外，喷头高度越高，温度上升和有毒气体扩散越快，喷淋效果越差，所以在设置喷头时要注意选择最佳高度。关键词：卷烟仓库；火灾；喷淋；后果模拟中图分类号：X913.4 文献标识码：A 文章编号：2096-1227(2023)07-0076-05烟草制品由于自身特性易发生有焰燃烧和阴燃1。卷烟仓库中烟箱堆放集中，发生火灾后产生的危害性更加严重，同时会造成较大的经济损失2。针对卷烟仓库火灾，部分学者进行了相关研究。罗天德等3通过高压细水雾在烟草库房中典型的堆放方式进行实体火灾试验，验证高压细水雾系统保护烟草库房的有效性。通过高层货架试验和堆积货架试验发现高压细水雾都能在短时间内灭火。以某失火烟草仓库为原型，构建接近于真实的虚拟火灾现场。陈永峰等4通过模拟烟气运动规律及烟气危害评价因子随时间变化曲线，分析得出位置不同烟气危害的效果也不同，分析得出热辐射是造成人员伤亡的重要原因。徐刚5介绍了烟草仓库消防安全现状，分析了烟草仓库的火灾危险性和特点，提出了加强烟草仓库消防安全管理的措施，结合目前烟草仓库发展趋势，就如何做好烟草仓库火灾扑救工作提出了对策和注意事项。本文在之前学者研究的基础上以某小型卷烟仓库火灾为对象，研究不同火源位置和不同喷淋高度对细水雾喷淋效果的影响。1 后果评价模型针对火灾事故后果存在不同的评价模型，火灾事故时人员暴露考虑有毒气体和温度热辐射以评估死亡概率和后果影响，目前常用的评估模型是 FED 模型6。FED 模型可以综合考虑有毒气体、高温以及热辐射的综合影响，因而本研究选择 FED 模型评价法进行火灾事故后果评价。通过 FED 模型结合有毒气体对人员的相对有效暴露剂量作为标准。气体通常考虑 CO、CO2、HCN、HCl、HBr、O2，针对火灾事故场景，选择 CO、CO2、O2浓度综合评估毒性气体的影响。（1）（2）（3）（4）式中，CCO、CCO2、CO2表示气体体积浓度，单位 mg/L。基于 FED 原理，烟气热辐射的伤害模型为7：（5）式中，t代表计算机仿真时间步长；T代表温度，；q代表热辐射通量，kW/m2。（6）本文选取 FED 模型对火灾事故造成的人员伤害进行评估。事故后果严重程度按照FED值进行划分为轻微（0FED0.2）、中等（0.2 FED 0.6）、严重（0.6 FED 0.8）、特别严重（0.8 FED）8。2 建模及参数设置2.1 模型建立本研究选取某小型卷烟仓库为研究对象，该仓库共有 3 个卷烟货架，每个货架间距 2 m 便于叉车开入取烟。每个货架长5 m，宽 1.4 m，高 4 m，分为上、中、下三层，每层存放 3 箱卷烟。7 7建筑防火设计在 pyrosim 软件中建立该卷烟仓库模型对卷烟仓库火灾进行模拟。建立的模型如图 1 所示。图1 小型卷烟仓库模型2.2 参数设置2.2.1 火源参数设置根据民用建筑防火排烟技术规程的规定9，设置卷烟仓库火灾火源的热释放速率为 2 040.8 kW/m2。将初始起火位置设置为中间卷烟货架，分别研究 3 种情况下的卷烟仓库火灾，火源位置分别位于上、中、下层。2.2.2 喷淋参数设置由于烟草制品的特殊性，发生火灾后采用常规喷淋会对未起火的卷烟产生水渍危害，增加经济损失10。目前卷烟仓库多采用细水雾喷淋作为灭火措施11。相较于常规喷淋，细水雾喷淋用水量少，能迅速灭火，最重要的是可以降低对卷烟的水渍危害12。因此，本研究中的喷淋系统同样采用细水雾喷淋系统。细水雾喷淋喷头参数如表 1 所示。表1 细水雾喷淋喷头参数参数流量系数/K额定压力/MPa额定流量/(L/min)激活温度/参数值0.425104.2574喷头位置为中间货架每一列烟的正上方，即存在 3 个喷头。分别研究喷头高度位于 5 m 和 6 m 时的喷淋效果。喷头在模型中位置如表 2 所示。表2 喷头位置坐标X坐标值Y坐标值Z坐标值喷头16.13.95（6）喷头26.15.55（6）喷头36.17.15（6）2.2.3 监测设备设置分别在中间货架两侧设置热电偶进行温度监测，热电偶高度设置为正常人的一般身高（Z=1.7 m）。设置完毕后模型如图2 所示。图2 喷淋及监测设备设置故本研究共设置 6 种工况进行模拟，即 3 种火源位置（上层、中层、下层）2 种喷头高度（5 m、6 m），模拟时间设置为200 s。3 模拟结果分析3.1 不同火源位置根据控制变量法，选择喷头高度为 5 m 时的结果进行分析来观察不同火源位置（上层、中层、下层）对喷淋效果的影响。3.1.1 烟气扩散过程当火源位于上层时，烟气变化扩散如图 3 所示。分别把火源位于不同位置时相关的时间点用 t上、t中、t下来表示。图3 烟气扩散过程由图 3 可看出烟气开始在上部聚集，随着浮力的作用上升，在 t上=25 s 时冲击仓库顶（t中=37 s，t下=50 s）。随后开始向两侧扩散，在 t上=56 s 时在上部形成烟气层（t中=69 s，t下=81 s）。之后烟气不断聚集，逐渐向下部扩散，在 t上=88 s时充满约 2/3 的仓库空间（t中=101 s，t下=113 s）。最后在7 8今日消防t上=120 s 时充满整个仓库（t中=133 s，t下=145 s）。火源位于不同位置时烟气扩散过程相似。由于火源位于中、下层时距仓库顶较远，扩散至仓库顶时间较长，因而充满整个仓库时间较长。3.1.2 温度对比分析当火源位于 3 种位置时，热电偶测得温度如图 4 所示。最高温度分别用 T上、T中、T下来表示。图4 不同火源位置温度变化由图可知，当火源位于上层时最高温度 T上=310，位于中层时最高温度 T中=425，位于下层时最高温度 T下=702。主要原因是火源位于上层时距离喷头最近，因而更快达到喷淋激活温度，喷淋作用时间更长，因而最高温度更低。位于中、下层时由于距离喷头较远同时由于上层货架挡板的阻挡作用，喷淋激活时间较慢，因而最高温度更高。需要注意的是，当火源位于下层货架时，最高温度过高，此时货架可能承受不住高温发生倒塌，引发更大规模的火灾。所以，在日常生产过程中要尤其防范中、下层货架起火，特别是下层货架。同时要注意更换防火性能更佳的卷烟货架，防止高温造成的倒塌。3.1.3 FED 值变化分析火源位于不同位置时卷烟仓库内的 FED 值到达 0.2、0.6、0.8 的时间如表 3 所示。将不同火源位置 FED 值到达临界值的时间分别用 t上、t中、t下来表示。表3 不同火源位置时FED值到达临界值时间火源位置FED值0.20.60.8上层62 s112 s-中层45 s97 s125 s下层38 s74 s106 s由表 3 可知，火源位于不同位置时，事故严重程度达到轻微（FED 值达到 0.2）的时间 t上=62 s（t中=45 s，t下=38 s）。事 故 严 重 程 度 达 到 中 等（F E D 值 达 到 0.6）的 时 间t上=112 s（t中=97 s，t下=74 s）。事故严重程度达到严重（FED值达到 0.8）的时间 t中=125 s（t下=106 s），火源位于上层时整个模拟过程中 FED 值未达到 0.8。产生这种现象的原因是火源位于中、下层时喷淋效果没有火源位于上层时明显，导致温度上升和有毒气体扩散较快，从而 FED 值到达临界值时间较短。3.2 不同喷头高度选择火源位置为中层和上层时的结果进行分析来观察不同喷头高度（5 m、6 m）对喷淋效果的影响。3.2.1 烟气扩散过程当喷头位于不同高度时，烟气变化同样经历冲击仓库顶、向两侧扩散、逐渐向下部扩散、充满整个仓库 4 个阶段，如图5 所示。分别把喷头位于不同高度时，烟气到达每个阶段的时间分别用 t5、t6 来表示。图5 烟气扩散过程当火源位于中层时，冲击仓库顶时间 t5=37 s（t6=39 s）。向两侧扩散时间 t5=69 s（t6=68 s）。逐渐向下部扩散时间t5=101 s（t6=105 s）。充满整个仓库时间 t5=133 s（t6=134 s）。当火源位于上层时，冲击仓库顶时间 t5=25 s（t6=24 s）。向两侧扩散时间 t5=56 s（t6=54 s）。逐渐向下部扩散时间 t5=88 s（t6=86 s）。充满整个仓库时间 t5=120 s（t6=121 s）。可以看出，7 9建筑防火设计不论火源处于什么位置，不同喷淋高度对烟气扩散过程几乎没有影响。3.2.2 温度对比分析分别把喷头位于不同高度时，温度开始下降的时间分别用t5、t6来表示。时间/sa 火源位于中层时时间/sb 火源位于上层时图6 火源位于不同位置的温度变化通过图 6 可以看出不论火源位于上层还是中层，不同喷头高度使火源产生的最高温度相差不大，有区别的是温度开始下降的时间。当火源位于中层时，t5=123 s（t6=147 s）。当火源位于上层时，t5=98 s（t6=119 s）。造成这种现象的原因是喷头高度较高时，产生的液滴在下降过程中受到火焰温度影响时间更长，蒸发量更大，导致直接作用于火焰的液滴量少，从而使得温度下降时间相比于较低喷头高度时间更长。同时由于采用的是细水雾喷淋，液滴粒径较小，这种现象更为明显。3.2.3 FED 值变化分析喷头位于不同高度时卷烟仓库内的 FED 值到达 0.2、0.6、0.8 的时间如表 4、表 5 所示。将不同喷头高度 FED 值到达临界值的时间分别用 t5、t6来表示。表4 火源位于中层喷头位于不同高度时FED值到达临界值时间喷头高度FED值0.20.60.85 m45 s97 s125 s6 m36 s82 s110 s表 5 火源位于上层喷头位于不同高度时 FED 值到达临界值时间喷头高度FED值0.20.60.85 m62 s112 s-6 m51 s96 s127 s由表 4 与表 5 可以看出，当火源位于中层时，事故严重程度达到轻微（FED 值达到 0.2）的时间 t5=45 s（t6=36 s）。事故严重程度达到中等（FED值达到0.6）的时间t5=97 s（t6=82 s）。事故严重程度达到严重（FED 值达到 0.8）的时间 t5=125 s（t6=110 s）。当火源位于上层时，事故严重程度达到轻微（FED值达到 0.2）的时间 t5=62 s（t6=51 s）。事故严重程度达到中等（FED 值达到 0.6）的时间 t5=112 s（t6=96 s）。事故严重程度达到严重（FED 值达到 0.8）的时间 t6=127 s，火源位于上层时整个模拟过程中 FED 值未达到 0.8。不难发现喷头高度较高时，FED 值到达临界值的时间更短。产生这种现象的原因同样是当喷头高度较高时，在液滴下落过程中受火焰温度影响时间更长，蒸发量更大导致温度上升和有毒气体扩散较快，从而FED 值到达临界值时间较短。4 结论通过建立某小型卷烟仓库模型，在 pyrosim 中对卷烟仓库火灾进行模拟。结果发现，当起火源位于下层货架时，具有最大的最高温度，同时 FED 值最先到达临界值。所以，起火源位于下层货架时危险性最高。在日常生产过程中要尤其防范中、下层货架起火，特别是下层货架。同时要注意更换防火性能更佳的卷烟货架，防止高温造成的倒塌。另外，通过对不同喷头高度进行模拟发现，不同喷头高度对烟气扩散过程几乎没有影响。喷头高度越高，喷淋效果越差，在设置喷头时要注意选择最佳设置高度。参考文献：1王永毅.烟草仓库火灾特点及防范措施J.发展,2014(4):102-103.2伍灿.大型烟草物流企业消防设计J.现代建筑电气,2012,3(10):40-43.3罗天德,梁子瑛,林丽芝,等.高压细水雾灭火系统在烟草仓库中的应用J.消防科学与技术,2014,33(10):1158-1161.4陈永锋,李朵,朱振宇,等.烟草火灾危害后果定量评价研究J.灾害学,2016,31(1):50-54.5徐刚.烟草仓库火灾预防及扑救对策探讨C/2014年10月建筑科技与管理学术交流会论文集.2014.6王婭芳,赵望达,马砺,等.工作面火灾CO运移规律及FED模型评价下的疏散参数研究J.安全与环境学报,2018,18(2):583-587.7刘梦洁.基于FDS和Pathfinder的地铁车站火灾疏散研究D.武汉:8 0今日消防华中科技大学,2016.8许镇,唐方勤,任爱珠.建筑火灾烟气危害评价模型及应用J.消防科学与技术,2010,29(8):651-655.9韩如适,朱国庆,张国维,等.中庭类高层建筑防排烟技术优化设计J.工业安全与环保,2013,39(6):48-51.10赵石楠.烟草类物资仓库火灾特点及处置方法初探J.法制与社会,2011(12):198-199.11田宏,马格纳斯阿维德森.细水雾灭火系统的最新进展J.消防技术与产品信息,2018,31(3):95-96.12金达华.细水雾抑制烟草原料仓库火灾试验研究J.消防科学与技术,2020,39(7):973-976.Study on the spray effect of water mist in small cigarette warehouse fireWu Ran（Xiantao Tobacco Monopoly Bureau(Company),Hubei Xiantao 433000）Abstract:Tobacco products have flammable characteristics and are prone to fire when piled up in warehouses.At present,in order to reduce economic losses,water mist spraying is usually used for fire fighting of tobacco prod-ucts.By modeling a small cigarette warehouse in the fire simulation software(Pyrosim),the smoke diffusion process and toxicity hazard degree(charac-terized by FED value)when the fire source is located at different positions are studied,and the spray effect of the nozzle at different heights is analyzed.Through the simulation of different fire source positions,it is found that the fire source is the most dangerous when it is located on the lower shelf,and corresponding preventive measures are proposed.Through the simulation of different nozzle heights,it is found that different nozzle heights have little effect on the flue gas diffusion process.In addition,the higher the nozzle height,the faster the temperature rises and the toxic gas diffuses,and the worse the spray effect.Therefore,when setting the nozzle,the best height should be selected.Key words:cigarette warehouse;fire;spray;consequence simulation（上接第 60 页）行知识教育，更直观地帮助群体了解火灾的危害，在潜移默化中提升农村弱势群体的消防安全意识，通过全面的消防安全教育，最大限度减少农村火灾事故的发生7。3 结语近年来，因村民自建房而引发的火灾，造成了大量人员伤亡与财产损失，因此，政府等相关部门需要加强对自建房的消防安全管理工作。在对村民自建房实施管理时，需要将消防安全纳入房屋建设要求中，在施工前期保障自建房基础、消防安全设施达标，避免房屋存在先天性安全隐患，从根本上解决自建房安全条件差、消防基础设施薄弱、火灾事故频发等问题。同时，在乡村建设发展中，要积极加强精神文明建设，并将消防安全教育纳入精神文明建设中。除相关部门日常开展乡村消防监督检查工作外，通过消防安全宣传教育，可以督促村民遵守消防安全法律法规，以有效预防火灾发生或发生火灾时进行有效控制，进行实现乡村的和谐稳定发展。参考文献：1杨雪松.自建房消防安全现状及防火措施J.中国科技信息,2022(3):120-121.2宋东升.一起村民自建房火灾事故的调查与反思J.消防科学与技术,2018(12):1750-1752.3魏学,李京泽,张俊源,等.自建房改作人员密集场所消防安全问题调研及建议J.现代职业安全,2022(5):86-89.4李佳俊.解决村民自建房消防隐患整治过程中的思考J.今日消防,2021,6(4):114-115.5陈善奉.居民自建房、“三合一”场所的火灾扑救战术思考J.消防界,2020,6(20):40-41.6管洁,李瑞旋.一起居民自建房电气火灾事故调查分析J.居业,2020(8):179-180.7张再涛.农村自建房火灾事故成因分析及消防安全管理J.国际援助,2022(10):4-6.Research on fire safety hazards and countermeasures of rural self-built housesYao Chenyu（Yunhe District Fire and Rescue Section of Cangzhou,Hebei Cangzhou 061000）Abstract:In the background of the rural revitalization strategy,the per cap-ita income of residents is continuously increasing,and it has become the norm for villagers to build,rebuild,expand and renovate houses on their homesteads.In the process of building their own houses,some villagers have changed the construction structure of the original houses,and even partially changed the nature of the use of the houses,adding self-built houses as a gathering place for production and business activities.In addition,the rela-tive lack of safety precautions for building houses has led to the increasing fire safety hazards of rural self-built houses.Based on this,based on the analysis of fire safety hazards in rural self-built houses,targeted strategies are proposed for reference.Key words:rural construction;self-built house;fire safety;fire hazard