实体火灾试验

2025-01-20

实体火灾试验（精选4篇）

实体火灾试验篇1

随着经济社会的快速发展,一些民用建筑中的高大空间场所,如某些酒店/商场中庭、会展中心展厅、影剧院舞台/演播室等的消防保护问题日益受到人们的重视。此类场所的共同特点是净空高度高,内存可燃物高度较低,《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2001,2005年版)(以下简称“规范”)将上述场所规定为非仓库类高大净空场所。国外一些研究机构将非仓库类高大净空场所定义为燃料堆垛储存高度低于3 m的场所,净空高度为燃料堆垛顶部与天花板的距离。此类场所设置消防设施时涉及的主要问题是是否设置自动喷水灭火系统,以及系统设置后能否动作和对控灭火产生的效果等。

“规范”实施之前,国内对于净空高度超过8 m场所的消防设施设置做法不尽一致,有的采用消防炮系统,有的采用设置ESFR喷头的自动喷水灭火系统和智能型灭火设施,有的仅设置消火栓系统并在周围摆放一些灭火器,没有设置自动灭火设施。“规范”规定了非仓库类高大净空场所(净空高度8～12 m)设置自动喷水灭火系统的设置参数,最大净空高度为顶板/吊顶与室内地面的垂直距离。条文说明中指出,此参数是参照FMRC(Factory Mutual Research Corporation)所做的试验而得。FMRC曾在净空高度为18 m的场所进行了5次不同条件下的实体火试验,取得了较为理想的效果,但由于没有相应的标准作为支撑,对试验结果的可靠性无法进行判定。公安部天津消防研究所承担了国家“十一五”科技支撑计划课题“高净空场所及高架仓库自动喷水灭火系统应用研究”的研究工作,研究方向之一即是通过实体试验,探究在12～18 m的高大净空场所下自动喷水灭火系统的性能,为“规范”制修订提供理论依据和技术支持。

1 试验方法

1.1 试验设备

试验在公安部天津消防研究所试验基地燃烧实验馆进行。燃烧实验馆主体为框架结构,总长度117.75 m,宽度40.5 m,低跨区高度约20 m,高跨区高度约32 m,场馆空间总容积为102 846.6 m3,屋顶为网架结构,馆内部北面有四层试验室,主体南侧设有二层试验室,总建筑面积12 298 m2。馆内建有33 m×33 m大型升降吊顶,采用液压升降技术可以在3～24 m范围自由调节。试验在升降吊顶下进行,吊顶下敷设有环状供水管网,双向供水,供水干管管径DN 200,配水支管管径DN 80,配水支管共10根,每根可安装10个喷头,喷头间距为3 m。

升降吊顶顶部设有现场数据采集系统,测量仪表包括:125只热电偶(温度范围0～1 000 ℃,用于测量喷头处温度、钢梁温度等)、10只压力传感器(测量范围0～1.6 MPa,精度0.5级,用于测量各支管供水压力)、100只喷头开启探测器(用于自动测定喷头的开启时间)、5个电磁流量计等。安装在升降吊顶上的现场总线系统通过PROFIBUS-DP总线与总控制室的数据采集处理系统相连接,实现试验数据的实时监测、处理、分析、记录。

1.2 确定试验燃料

由于不可能对每一种类的物品都选取实物进行实体火试验,因此,目前国际上普遍采用等效替代的方法,用标准燃烧物组合作为替代燃烧物,通过采用标准燃烧物不同的组合方式来模拟实际场所物品,如果采用标准燃烧物组合的火灾热释放速率增长曲线能够与实际场所可燃物的火灾热释放速率增长曲线基本吻合,则可认为所选用的标准燃烧物组合能够替代实际场所中的可燃物。

标准燃烧物为由瓦垅纸箱、聚苯乙烯塑料杯、纸隔板和木托盘等组成的标准燃烧品,其中瓦垅纸箱尺寸为500 mm×500 mm×500 mm,质量为2.72 kg,纸箱内装聚苯乙烯塑料杯,塑料杯排列5层,每层25只,纸箱中用以隔离塑料杯的隔离板的厚度为4 mm,每个纸箱中塑料杯质量为3.67 kg,标准燃烧物单体总质量为6.39 kg,如图1所示。

通过对非仓库类高大净空场所进行实地调研,发现此类场所内的可燃物在数量、类别等方面各不相同,但以塑料、木材、皮革为主。通过对不同标准燃烧物组合进行热量标定试验,以及与一些研究机构所做的办公家具组合火灾、服装火灾和沙发火灾等的对比分析,确定采用“8个标准燃烧物单体+1个木托盘”的标准燃烧物组合来替代此类场所中的可燃物品,标准燃烧物单体按2×2×2摆放,木托盘质量23.6 kg。标准燃烧物组合总质量74.8 kg,其中40%为聚苯乙烯塑料杯,29 %为纸箱,31 %为木货架板。标准燃烧物组合的热量标定试验及火灾热释放速率随时间的变化曲线如图2和图3所示。

1.3 点火方式和位置

试验采用《自动喷水灭火系统第12部分早期抑制快速响应喷头》(GB 5135.12)规定的点火方式。点火器的火源为浸有0.11 L汽油的纤维棉棒,直径7.6 cm,长7.6 cm,并将纤维棉棒用聚苯乙烯袋包裹。试验时4个聚苯乙烯包裹的纤维棉棒放置在试验燃料最底部4个试验货品相交处,使用浸有丙烷的火炬点燃聚苯乙烯包。点火位置在燃料的正中间部位,也在1只喷头的正下方。

1.4 试验基本情况

在吊顶净高16 m情况下,针对不同类型的洒水喷头进行了两组实体火试验。试验基本情况如表1所示,燃料布置平面图如图4所示。试验期间所有门窗处于关闭状态,以保证试验过程中无强空气对流影响。试验过程使用数码摄像机和数码照相机进行记录。

2 试验结果及分析

2.1 试验1结果与分析

点火后34 s,火焰高度约1.5 m,与燃料堆垛顶部齐平,120 s时火焰高度约7.2 m,点火位置正上方的45号喷头率先动作。此时,吊顶下方已聚集较多烟气,烟气层厚度约1 m,肉眼已无法观察到喷头的动作状况。由于喷头洒水粒径较小,在上升火羽流的浮力作用下,只有很少一部分水滴能够穿透上升的火羽流,喷头洒水对控制火势的影响较小,450 s时人工干预。

图5显示了动作喷头温度随时间的变化。可见,点火引燃阶段和火灾缓慢发展阶段的时间较短。其中点火位置正上方的45号热电偶升温最为迅速,45号喷头在120 s时率先动作,此时温度已达到100 ℃。喷头动作后,温度急剧下降到30 ℃左右,并使得喷头附近的温度随之下降,导致45号喷头周围的4只喷头均没有动作。但是,此时火势仍继续增长,339 s和344 s时,与45号喷头相隔1个喷头的33号喷头和25号喷头相继动作,喷头出现跳跃开放现象。

2.2 试验2结果与分析

与试验1不同,试验2中采用了标准响应型大水滴喷头,并适当提高喷水强度,以使水滴在下落过程中能更好地穿透上升的火羽流。在第一只喷头动作前,火势发展过程与试验1基本一致。

图6为动作喷头温度随时间的变化。由于采用了标准响应喷头,第一只喷头(45号喷头)在164 s时才动作,较试验1推后44 s,此时喷头处的温度已经达到160 ℃。45号喷头动作后,周围温度迅速下降到30 ℃左右,对于控制火势的增长起到了明显的作用。

虽然第一只喷头的动作时间较试验1晚,但由于采用了大水滴喷头,在穿透火羽流和冷却火场温度能力方面要优于试验1采用的标准喷头。可见,在净空高度较高的场所中,水滴的冲量对控制火势增长具有十分重要的作用。从其他位置布置的热电偶的温度变化曲线结果分析,第一只喷头动作后的200 s内,45号喷头相邻的44号、46号、35号和55号喷头温度也急剧下降,并维持在30 ℃左右不再增长。试验维持了10 min,仅动作了1只喷头。

2.3 试验小结

由于两次试验的试验场馆体积超过10万 m3,可视为供氧充足。从两组试验的结果分析,在净空高度为16m的条件下,自动喷水灭火系统动作后,周围温度迅速降低,冷却效果明显,能够防止火势的进一步增长以及向相邻燃烧物的蔓延,但不能够实现灭火功能,水滴冲量及第一只喷头的动作时间对于系统控火具有非常重要的影响。

两组试验中,点火位置正上方的喷头均率先动作,但试验1中喷头出现了跳跃开放,主要原因是试验1采用了快速响应喷头,由于其能够在火灾较小的规模下动作,周围温度迅速下降,而此时其余部位火势仍然继续增长,距离点火位置稍远处的温度继续上升,驱动较远处的喷头动作。因此,对于一些火灾危险等级较高的场所不宜采用快速响应喷头,以防止出现喷头跳跃开放现象。

另外,对于控火型系统的功能应定位为:系统动作后能够淋湿周围可燃物,火灾不向周围蔓延。FMRC研究机构对于控火型系统的判定指标是:在30 min的供水时间内,喷头应在动作不超过6～10个的情况下,能够控制火势的增长,且不蔓延到相邻燃烧物。

3 结论

为研究非仓库类高大净空场所中自动喷水灭火系统控灭火的效果,在对非仓库类高大净空场所实地调研的基础上,通过标准燃烧物组合与实物火灾的对比分析,模拟真实的场景布置并进行了实体灭火试验,得到如下结论。

(1)自动喷水灭火系统动作后,火场温度迅速下降,冷却效果明显。系统控火效果除受喷水强度、火势的蔓延速度和燃烧强度的影响外,水滴冲量对控制火势的增长影响也较大。试验1采用标准喷头,由于受到上升火羽流的影响,只有较少一部分水能够到达燃烧物表面,对于控制火势的增长影响不大。而试验2采用了大水滴喷头,喷水强度较试验1提高了2 L/(min·m2),能够明显控制火势的增长和蔓延,较试验1更为理想。对于非仓库类高大净空场所,可优先选用大水滴喷头。

(2)喷头的动作时间受空间条件、火灾的蔓延和强度以及喷头的响应级别等影响较大,第一只喷头的开放时间尤为重要,如果初期开放的几只喷头不能成功控火,则随后开放的喷头对火势的发展也难以构成影响。因此,高大净空场所应在喷头快速响应的基础上,加大系统的喷水强度,而不是增加作用面积。

(3)从两次试验可以判定,在供氧充足的条件下,对于非仓库类高大净空场所火灾,采用常规方式设置的自动喷水灭火系统很难达到灭火目的。因此,应对系统功能进行重新定位,即在抑制火势增长、控制火势向周围燃烧物蔓延的基础上,保护建筑结构的整体安全,为外部救援争取时间。

参考文献

[1]GB 50084-2001(2005年版),自动喷水灭火系统设计规范[S].

[2]Soonil Nam.Actuation of sprinklers at high ceiling clearancefacilities[J].Fire Safety Journal,2004,39(7):619-642.

[3]Nam S,Braga A,Kung HC,et al.Fire protection for non-storageoccupancies with high ceiling clearances[C].7th InternationalSymposium on Fire Safety Science,June 2002:16-21.

[4]公安部天津消防研究所.火灾增长分析的原则和方法[R].国家十五重点科技攻关项目专题四研究报告,2004.

[5]宋波,杨丙杰.仓库设置自动喷水灭火系统的应用探讨[J].消防科学与技术,2008,27(7):526-529.

[6]宋波,李毅,刘欣,等.高架仓库实体火灾的实验研究[J].消防科学与技术,2009,28(4):155-157.

[7]NFPA 13,Standard for the Installation of Sprinkler Systems[S].

实体火灾试验篇2

2015年1月9日,中国安全生产科学研究院、北京市地铁运营有限公司等单位联合在公安部天津消防研究所的南河试验基地成功开展了“地铁车厢燃烧性能实体火灾试验”。

地铁车辆的火灾危险性分析及其控制是地铁设计、运营过程中必需解决的重要问题之一,由于缺少相关的火灾特性数据,我国在目前地铁车辆防火安全性能要求多参考国外标准。

该次试验是国内首次开展的地铁车厢燃烧性能实体火灾试验,试验过程中获得了车厢热释放速率、车厢内温度分布、烟气浓度、辐射热等一批基础试验数据,填补了我国在地铁车辆火灾研究领域的空白。

高架仓库实体火灾的实验研究篇3

近年来, 我国高架仓库不断涌现, 国内特大火灾事故中, 仓库火灾占有相当比例, 造成了严重的财产损失。公安部天津消防研究所承担了国家科技支撑计划专题项目“高净空场所及高架仓库自动喷水灭火系统的研究”, 依据我国高架仓库的特点并结合国外相关研究经验, 开展了高架仓库自动喷水灭火系统的实验研究, 建立了模拟的自动喷水实验系统, 针对ESFR系统对高架仓库的保护进行独创性实体火实验, 以填补我国ESFR系统测试试验空白, 并确立大口径 (K≥202) ESFR自动喷水灭火系统工程应用参数和设计方法。

1实验设备与方法

1.1 实验设备

货架实体火灾实验是在公安部天津消防研究所 (TFRI) 南河试验基地的燃烧实验馆进行, 实验馆总长度为117 m, 宽为40.5 m, 空间总容积约为100 000 m3, 馆内建有33 m×33 m大型升降吊顶, 采用液压升降技术可以在3～24 m范围自由调节, 该吊顶目前是世界最大的升降吊顶, 所有的货架实体火试验均可在升降吊顶下完成。

实验管路设置在活动吊顶下, 采用双向供水。主进水管路为DN200, 喷头支管为DN80, 每根支管上可安装10只喷头, 喷头安装间距为3 m。

升降吊顶顶部设置有现场数据采集系统, 测量仪表包括:125只热电偶 (温度范围0～1 000 ℃, 用于测量喷头处温度、钢梁温度等) 、10只压力传感器 (测量范围0～1.6 MPa, 精度0.5级, 用于测量各支管供水压力) 、100只喷头开启探测器 (用于自动测定喷头的开启时间) 、5个电磁流量计等。安装在升降吊顶上的现场总线系统通过PROFIBUS-DP总线与总控制室的数据采集处理系统相连接, 实现试验数据的实时监测、处理、分析和记录。

货架实验货品由标准燃烧物、木板托盘及货架组成。标准燃料包括瓦楞纸箱、聚苯乙烯塑料杯、隔离板。瓦楞纸箱中放置聚苯乙烯塑料杯, 塑料杯排列5层。纸箱中用以隔离塑料杯的隔离板厚度为4 mm。每个纸箱中塑料杯的总质量为3.67 kg, 空纸箱和隔离板的总质量为2.72 kg。8个瓦楞纸箱按2×2×2排列构成一个货架货品, 包括尺寸为1.07 m ×1.07 m×0.13 m的木货架板, 木货架板的质量为23.6 kg。一个货架货品的总质量为74.8 kg, 其中40%为聚苯乙烯塑料杯, 29%为纸箱, 31%为木货架板。

点火器的火源为浸有0.11 L汽油的纤维棉棒, 直径为7.6 cm, 长7.6 cm。实验时4个聚乙烯包裹的纤维棉棒放置在货架最底层四个货架货品相交的一角下, 使用浸有丙烷的火炬点燃聚乙烯包。

1.2 实验方法

课题组选择了K202 (英制K=14) 的下垂型ESFR喷头 (公称动作温度74 ℃) 进行货架实体火实验, 利用ESFR系统对高架仓库的保护开展研究, 并验证新建实验场馆和实验系统的性能。实验共分两组, 货架层数分别为3层和5层, 着火点分别位于1只喷头正下方及4只喷头正下方。实验条件见表1, 货架布置见图1、图2所示。

2实验数据分析

实验共进行两组, 实验过程描述如下:

2.1 实验I

自点火后19 s, 火焰发展至第一层货品顶部, 30 s后火焰发展至第二层货品顶部, 35 s后火焰发展至第三层货品顶部, 38 s后火焰发展至吊顶顶部。至53 s时位于点火器正上方的1只喷头启动喷水, 喷头启动后, 火势被迅速抑制。实验共进行19.5 min, 停止供水, 停水时仅有零星火焰存在货架底部, 见图3所示。

2.2 实验II

自点火后24 s, 火焰发展至第一层货品顶部, 39 s时火焰发展至第二层货品顶部, 42 s时火焰发展至第三层货品顶部, 46 s时火焰发展至第四层货品顶部, 59 s时火焰发展至吊顶顶部, 第一只喷头启动喷水, 60 s时第二只喷头启动喷水, 62 s时第三只喷头启动喷水, 65 s时第四只喷头启动。喷头启动后, 火势被迅速抑制, 实验共进行30 min停止供水, 停水时仅有零星火焰存在货架底部, 见图4所示。

通过实验I、II可以发现:

(1) 实验表明, 货架火灾发展蔓延速度极快, 点火后一般10～20 s火焰会发展至第一层货架顶部 (约1.7 m) , 此后每5～10 s火焰会发展至更高一层货架, 一般约1 min火灾会蔓延到整个货架顶部;

(2) ESFR喷头启动后, 火灾会被迅速抑制, 一般喷头启动后10～30 s, 货架火即可被有效地抑制;

(3) 实验过程中未发现火灾向邻近货架蔓延, 表明火灾被有效抑制在着火货架内。

ESFR喷头货架实体火实验数据见表2所示, 课题组选取了美国FM实验室相同喷头的同条件实验数据作相应的对比分析。

开启喷头处温度曲线见图5、图6所示。

通过与FM实验室相同实验的数据进行对比分析发现:喷头的开启数量、开启时间、货品烧损量、温度等实验数据均相近或类似, 表明新建的实验场馆和构建的实验系统已到达国际通用要求。

3结论与展望

(1) 在限定的仓库高度和货架高度条件下, ESFR喷头可有效保护高架仓库;

(2) 此项研究是国内首次针对ESFR喷头的高架仓库实体火实验, 获取了大量的初始实验数据并积累了丰富的经验, 填补了我国ESFR系统测试实验空白;

(3) 新建的实验场馆和实验系统可满足大型货架实体火实验的要求, 且可符合国际通用要求, 确保实验数据具有可比性;

(4) 在现有的实验基础上将进一步开展大口径ESFR喷头的性能研究, 为确定ESFR系统工程设计参数提供可靠的实验依据和技术支持。

摘要：介绍了国内首次针对高架仓库的实体火灾实验。采用K202下垂型ESFR喷头进行了三层货架和五层货架的实体火实验, 测量了喷头开启时间、开启数量、喷头温度及货品烧损量等实验参数, 针对ESFR系统对高架仓库的保护性能开展了实验研究。结果表明:在限定的仓库高度和货架高度条件下, ESFR喷头可以有效保护高架仓库。实验结果与国外相同实验一致, 说明实验场馆及实验系统符合国际通用要求。

关键词：ESFR喷头,升降吊顶,高架仓库,标准燃烧物,实体火

参考文献

[1]翁兴德, 李锋华.仓库火灾的特点及预防措施[J].商品储运与养护, 2002, (2) :43-45.

[2]宋波, 杨丙杰.仓库设置自动喷水灭火系统的应用探讨[J].消防科学与技术, 2008, 27 (7) :526-529.