高大空间汽车制造厂房防排烟分析
2023-10-16
来源:年旅网
高大空间汽车制造厂房防排烟分析 李倩 。汪健君。 。。 (1.保定市消防支队,河北保定071000i 2.义乌市消防支队,浙江义鸟322000) 摘要:以某高大空间汽车制造厂房为研究对象,针对防 脂车间和总装车间的室内净高均大于6 m,根据GB 50016的规定可不划分防烟分区,经计算各车间的最小 排烟量如表2所示。可以看出,各车间的建筑面积较大, 导致计算的排烟量非常大,在实施过程中存在较大困难。 表2各车间计算排烟量 车间名称 冲压车间 焊接车间 涂装车间 树脂车间 总装车间 排烟设计中存在的问题,利用消防安全工程学的方法,结合汽 车制造厂房的火灾危险性特点,采用FDS对火灾烟气流动状 态进行模拟预测。综合对各个车间的火灾增长系数、最大热释 放速率、机械排烟量的计算分析,设置6个火灾场景,对烟气层 高度、温度、能见度等火灾动力学参数进行分析,验证调整后的 防排烟设计方案的可行性并提出合理化建议。 关键词:消防安全工程学l汽车制造厂房;火灾;机械排 烟量;数值模拟;建筑防火 中图分类号:X913.4,TU834.2,TU275.2 文献标志码:B 面积/m0 10 836 29 02O 22 7OO 8 557 71 451 类别 丁 丁 丁 丙 丁 计算排烟量/m。/h 65O 16O 1 741 200 1 362 0OO 513 420 4 287 060 文章编号:1009—0029(2O16)12—1687—03 近年来,我国的汽车制造产业迅猛发展,由于产量的 3初步调整方案 不断增长,汽车制造厂房的模式日益扩大。大型厂房的 建造适应了经济的发展,节约了用地,但在防火设计中也 带来了一些新问题。笔者以某高大空间汽车制造厂房的 防排烟设计为例,针对设计中存在的问题提出调整方案, 验证安全性。 1工程概况 各车间均应设置机械排烟系统,采用挡烟垂壁划分 防烟分区,每个防烟分区的面积不大于500 m 。发生火 灾时,排烟风口与相应防烟分区的感烟探测器联动。每 个车间应可同时开启火源上方4个防烟分区内的排烟 LJ。每个车间的排烟量需经计算确定。冲压车间、焊装 车间、涂装车间、树脂车间设机械补风系统,补风量不小 某汽车品牌扩能项目新增建筑占地面积159 130 m。,于排烟风量的5O ;总装车间利用安全出口自然补风。 4可行性分析 建筑面积161 033 1TI 。扩能项目的主体生产厂房由 冲压车间、焊接车间、涂装车间、树脂车间和总装车间组 4.1设定火灾场景 4.1.1各车间典型火灾增长速率 冲压车间、焊接车间的原材料和产品均为钢材,车间 的火灾危险性较小。由于车间的可燃物集中在办公室, 成。其中总装车间独立布置,用连廊与主体厂房相连,树 脂车间相对独立,其余车间组成联合厂房,并与一期已建 厂房贴邻建设。五大车间总建筑面积为142 597 m 。厂 房采用承重钢结构,除设有局部设备平台,主要为单层建 筑。各车问的建筑概况如表1所示。 表1各车间建筑概况 车 间 总装车间 涂装车间 建筑面积/m 71 451 22 7OO 生产类别 丁类 丁类 耐火等级 二级 二级 其火灾危险性相比车间的其他区域较高。在涂装车间, 火灾危险性较高的储漆间、调漆间、涂装区相对独立、封 闭,且安装有火灾自动报警系统和自动灭火系统。除油 漆外,涂装车间的可燃物仍主要集中在办公室。因此,这 3个车间的典型火灾考虑为办公室火灾。美国标准技术 研究院(NIST)曾开展过多组办公室火灾试验,选取其中 1组以现代家具为主要可燃物的火灾试验为车间办公室 火灾增长速率分析的基础,火灾发生600 S后达到最大火 灾热释放速率4 Mw。 树脂车间 焊接车间 ・8 557 29 O53 10 836 丙类 丁类 了‘类 二级 二级 二级 冲压车间 2防排烟设计问题 总装车间内典型可燃物为成品汽车。选取德国卡尔 根据GB 500l6—2O14《建筑设计防火规范》第8.5.2 条的规定,该扩能项目冲压车间、焊装车间、涂装车间、树 脂车间、总装车间均应设置排烟设施。由于各车间外窗 斯鲁厄大学火灾防护研究所的小汽车火灾试验结果作为 分析基础。图1为汽车火灾热释放速率曲线。 树脂车间的典型可燃物为塑料颗粒及制品(聚乙 均为固定式,屋面为压型钢板,不便在屋面开洞,车间采 取机械排烟的方式。冲压车间、焊装车间、涂装车间、树 消防科学与技术2016年l2月第35卷第12期 烯)。FMRC曾开展过一系列托盘储存塑料制品燃烧试 验,Heskestad利用质量损失速率和燃烧有效热值得到了 ]687 乏解删摧 霉 热释放速率的峰值。表3为该系列试验的相关数据。 3 3 2 2 O O 4 4 表5火灾场景分析汇总表 O.27 O 24 ∽ 火灾 火源位置 火灾增长系数 场景 /kW/s0 A B CO 机械排烟量 /m0/S 32.0 30.8 35.7 最大热释放 速率/MW 4.2 4.0 4.8 \ ∞ . 总装车间 涂装车间 树脂车间 0.011 7 0.011 0 0.133 0 0.011 0 \ 祷 士K C1 E 2.O 噬 D 焊接车间 30.8 4.0 E o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 冲压车间 0.011 0 30.8 4.0 4.2模型建立与烟气模拟分析 时fgJ/min 图1 热释放速率、质量损失速率随时间的变化 表3托盘贮藏物品火灾试验数据 4.2.1 模型建立 根据工程施工图纸,利用火灾动力学模拟软件FDS 对总装车间、涂装车间、树脂车间、冲压车间和焊接车间 试验 商品 存放高度 最大热释放 达到时间 速率/kw 的火灾烟气流动状态进行模拟预测,分别建立了模拟模 型。以树脂车间为例,如图2所示。 SP一4 装在CB硬纸箱里的PS罐 4.11 16 600 8 510 10 900 5 870 439 448 103 314 SP一6 装在CB硬纸盒里的PVC瓶子 4.63 SP一13 用PVC薄膜包裹装在CB 硬纸箱里的PS泡沫碟 硬纸箱里的PP浴盆 4.88 4.26 SP一19 SP一22 CB硬纸盒里的PE废电池 SP一41 空的CB硬纸盒 4.51 4.51 28 900 2 470 4 810 578 144 19O 图2树脂车间物理模型示意图 SP一43 装在CB硬纸盒里的PE瓶子 4.41 SP一44 硬纸箱里的PS浴盆 4.17 6 44O 447 4.2.2影响人员安全的主要参数 注:CB:纸板;PE:聚乙烯;PP:聚丙烯;PS:聚苯乙烯;PU:聚亚安酯 火灾中影响人员安全的主要参数主要包括烟气层高 度、对流热、一氧化碳体积分数和能见度等因素。通过对 以上因素的分析,确定如下指标为火灾时危险状态的定 量判断标准,如表6所示。 表6影响人员安全的・l生能参数的极限值 参数 极限值 考虑安全系数后的极限值 >1.5 ≥3.0 选取PE瓶燃烧试验作为树脂车间塑料颗粒及制品 火灾分析基础。由表3可以看出,存放高度为4.41 m,装 在纸板盒里的PE瓶在点燃后190 S达到最大热释放速 率4 810 kW,其火灾增长速率为0.133 kw/s 。 4.1.2生产车间排烟量计算 在火灾发展过程中,只要排烟量等于产烟量,烟气层 界面就会保持在一个相对稳定的高度,不会继续下降。 只有烟气层保持一定高度以上,才能给人员安全疏散提 供必要的条件。火灾发生在不同的位置会形成不同形状 一烟层界面高度/m 距离地板3 m高度内的温度/℃ <65 能见度/m >5 ≤5O >10 氧化碳体积分数/×1O <1 000 ≤500 的羽流,保守考虑,在计算产烟量时采用轴对称烟羽流。 计算火灾发生时各车间产生的烟气量,得到各车间的排 烟量,如表4所示。 表4生产车间排烟量的计算 场所 冲压车间 焊接车间 涂装车间 4.2.3烟气流动模拟分析 利用FDS模拟软件,运用数值计算方法对设定的6 个火灾场景的火灾发展与烟气流动状态进行模拟,并将 模拟结果与影响人员安全疏散的主要因素条件比较,最 排烟量 /m0/S 热释放速率 烟气层高度 /MW 产烟量 /m /s 终确定火灾环境中各项参数达到设定极限值的时间,判 断火灾初期人员在厂房内是否安全。以最大火灾热释放 速率场景树脂车间CO为例。 4.0 4.0 4.0 3 2O.5 2O.5 20.5 3O.8 30.8 30.8 C0场景设定火灾位于树脂车间的注塑工段区域,如 图3所示。火灾增长系数一0.133 kw/s ,火灾最大热释 放速率为4.8 Mw。排烟风机在感烟探测器探测到火灾 树脂车间 总装车间 4.8 4.2 23.8 21.3 35.7 32.0 注:烟气层高度为设计安全高度 后启动,相邻4个防烟分区总的排烟量为128 520 1TI。/h, 每个排烟分区的排烟量为32 130 m。/h。将初始环境条 件输入火灾模拟软件FDS中进行模拟,计算结果如图4 ~综合对各个车间的火源位置、火灾增长系数、火灾最 大热释放速率和机械排烟量的计算分析,确定了6个设 定火灾场景,如表5所示。 1688 图6所示。 Fire Science and Technology,December 2016,Vol 35,No.12 内3 m高度处的温度最高为3l C,低于设定的危险温 度,50℃。 i] ~ 图3树脂车间火源位置示意图 豳 ... (5)在模拟时间1 800 S内,除火源区域外,树脂车间 内3 m高度处的CO体积分数最高为2.5×10 ,低于设 定的危险体积分数(500×l0“)。 (6)在模拟时间l 800 s内,除火源区域外,树脂车间 内3 m高度处的能见度为3O m,大于危险值(10 m)。 因此,住设定火灾场景CO的条件_F,树脂车间内人 员的可用疏散时『日J不小于l 800 s。 一 9 9 O 0 2 3 3 4 4 4.2.4模拟结果分析 通过对设定的6个火灾场景火灾烟气运动的模拟分 2 2 2析.可得到各场景的可用疏散时间均大于1 800 s。 , ,●0 0 0 0 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 , 0 O O 0 O O 0 O 0 O O 结论与建议 ㈨ 5㈣ ㈣ ㈤ O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 此扩能项目的总装车间、涂装车间、树脂车间、焊接 图4 1 80Il S时3 91高度处的温度分布云图 车间、冲压车间的火灾烟气排烟方案,经计算和分析,能 使各车问的工作人员在设定火灾场景下安全疏散到安全 区域。各车间内3 nl高度处的能见度均大于30 m,能为 初期火灾扑救创造有利条件。火灾时同时启动4个防烟 分区排风机排烟,也可将防烟分区面积扩大至2 000 m , 并增加挡烟垂壁的高度(不宜小于】m或延伸至屋架下 弦)。主体单位应依法履行法定职责,切实落实消防安全 管理制度,定期检修消防设施、监控设施,以确保其在火 图5 I 8lJ0 S时3 m高度处的一氧化碳浓度分布云图 灾时能够有效启动。 参考文献 [1]GB 50016—2014.建筑设计防火规范Es]. E2]GB 50084 200l(20O5),自动喷水灭火系统设计规范Es]. Ea3公安部消防局.中旧火灾统计年鉴[M].北京:中国人事出版社, 2000——2006. [4 伍林,吴思军.某 [业厂房自然排烟 案对比分析[J].消防科学与 图6 l 800 s时3 nl高度处的能见度分布云图 技术,2014,33(8):900—902. 在场景设定的条件下.经模拟汁算得到如下结果: (i)151 s后,4#风机启动排烟;169 s后.3#风机启 [5]李三良.蔡娜.简维廷.大规模集成电路制造洁净厂房消防设计 [J].消防科学与技术.2Ol5,34(4):47,1 78. E6]李匕.顶部开口布置对自然排烟效粜的影响分析EJ].消防科学与 技术.2Ol5,34(4):445—448. 动排烟;l83 s后,1#风机启动排烟;l 9O s后,一9#风机启 动排烟。 [7]程玉超.设嚣避难走道解决某厂房疏散距离问题探讨[J].消防科 学与技术.2013,32(6):613—6i6. (2)250 S后.在半径l5 111范}f习内 顶棚射流而形成 烟气层,该范围内的烟气层厚度为2.0 m;900 S后,烟气 沿顶棚扩散半径为15O m;1 800 S后,烟气扩散到整个车 间,距离火源半径1O0 m范 内有明娃的烟气层.烟气层 厚度约4 m。距离火源越远烟气下降越低,但未形成明 显的烟气层。 Smoke prevention of large space automobile manufacturing plant I I Q Jan ,WAN( J ian—j Ull: (1.Baoding Fire Detachment.Hebei Baoding 071000,China; (3)火源中心5 n 范围以内炯气 温度为l 25 C,距 离烟羽流中心5~l5 m范围内烟气层温度最高为 lO℃, 距离烟羽流中心15 131范围以外的其他区域,在1 800 S 内烟气层平均温度为28 C,距离火源越远.温俊越低。 (4)在模拟时间1 800 S 1人】,除火源 域外.树脂车问 消防科学与技术20I 6午l2川第35卷第i2期 2.Yiwu Fire Detachment,Zhejiang Yiwu 322000,China) Abstract:Taking a large space automobile manufacturing plant as example,aiming at the problems of smoke prevention de— sign,with fire safety engineering method,confl}ing with the l689 律筑防 _;iI轴 火灾不确定性因素下的人员疏散时间模型 闫怀林 ,黄 迪 ,张国维 ,朱国庆。 (1.徐州市建筑设计研究院有限责任公司,江苏徐州221006;2.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221O08) 摘要:提出人员疏散过程确定性与随机性的数学描述, 确性有较大影响。Helbing等按照一定的分布处理人员 建立人员安全疏散时间概率模型。假定某剧院发生火灾,采用 拉丁超立方抽样方法,利用MATLAB编程对疏散过程中的不 尺寸的不确定性问题,提高了RSET计算的准确性和可 靠性。然而,基于疏散过程不确定性因素影响下的人员 安全疏散概率研究仍然较少。 针对RSET的不确定性问题,对报警时间、人员预动 作时间、疏散行动时间的随机性与确定性规律进行研究, 建立疏散过程的确定性与随机性数学描述,并基于拉丁 超立方抽样方法,提出考虑火灾过程中不确定性因素影 响下的人员安全疏散模型。 1 疏散过程的确定性与随机性数学描述 确定性因素进行计算机抽样模拟,用概率密度函数描述人员疏 散过程中不确定性因素的随机性,确定人员疏散时间的预期概 率分布。概率模型较传统的确定性人员安全疏散评估方法更适 合于人员流动性较大、人员分布不规律建筑的火灾风险评估。 关键词:拉丁超立方;疏散;火灾;随机性;不确定性;风 险评估 中图分类号:X913.4,TP391.9 文献标志码:B 文章编号:1009—0029(2016)12—1690—04 1.1人员疏散过程的数学表达 真实火灾中,由于火源、人、建筑等因素的相互作用, 人员疏散行为往往呈现出典型的不确定性。因此,人员 疏散过程具有双重性,即兼具确定性与随机性。目前,对 于建筑热环境下人员安全疏散的研究还主要集中于疏散 确定性方面的研究,对于人员疏散参数的不确定性和随 RSET由报警时间、人员预动作时间和人员疏散行 动时间组成,如式(1)所示。各阶段疏散时间均受不确定 性因素的影响,整个疏散时间服从一定的概率分布。 RSET= + +Tl (1) 式中:T 为报警时间,S;T 为人员预动作时间,S;T 为 人员行动时间,S。 机性研究较少。Maclennan等认为,可用we uU分布表 示人员必需安全疏散时间(RsET)的概率分布。Francis— CO JogIar等分析了感温探测器的时间预测模型涉及到的 很多不确定性参数,并采用概率密度函数描述不确定参 (1)火灾探测报警时间。火灾发展到一定阶段,火源 产生的热或烟气引起火灾探测器装置动作发出警报信 号,使人们警觉到火灾的发生,或者建筑内的人员依靠味 觉、嗅觉及视觉系统意识到火灾的征兆,发现火灾的发 数,初步建立了探测时间的概率分析模型。Fruin认为, 人员身体尺寸的不确定性对人员疏散行动时间预测的准 。0IIl1 。‘…・ ’。I l1… { ’’hI1 …1II …j ̄q,,,b lJI}_-。 IIIl。。 lI1 Ih} …Ill ‘’0II1_。。0…_。。 __。。lI1l・ III|_ III ’IIii q,OIll…。。…¨。。III¨。。…¨ IIIl 生,这段时间称为报警时间。学者Beyler及Cleary对火 灾探测报警时问进行了有代表性的研究,给出了探测器 characteristics of fire risk in automobile manufacturing plant, FDS was used to simulate the smoke movement in fire.Consid— ering the fire growth coefficient,maximum heat release rate and mechanical smoke exhaust volume in different workshop,siX scenarios were set to analyze the dynamics parameter like smoke 报警时间的数学表达式,如式(2)所示。 £一 。0.(0.188H+o.313R)+ 45A ,/ a /。H /。、V‘ uu 。 ’u 0.954(H  ̄R)+15A1 5/ 5/t /5 … 53“ s 。 1_ I1.(2)… layer height,temperature and visibility.The feasibility of smoke prevent design was verified and the rationalization pro— 式中:A—g/C T ;g为重力加速度,取9.8 m/S ;C 、 T一 分别为室外环境空气比热容、温度以及密度;H为 posals were put forward. Key words:fire safety engineering;automobile manufacturing plant;fire;mechanical smoke exhaust volume;numerical simu lation;building fire protection 建筑顶棚高度,m,对于确定的建筑,H为确定值; 为火 灾增长系数,kW/s ;R为探测器距离火源中心线的径向 距离,m;“为顶棚烟气流经探测器时的速度,m/S。 火灾增长系数反映火灾发展的速度,取值受可燃物 类型、室内结构、通风、与空气接触面积等因素影响,是一 个不确定参数。Holborna对大量火灾数据进行统计,发 现火灾增长系数服从对数正态分布lnN(一5.4,1.9),取 值范围为0.011 7~0.187 6 kw/s 。火源位于两个探测 器之间,服从均匀分布,可以认为R服从均匀分布函数。 Curtat M的研究表明,顶棚烟气流经探测器时速度“服 Fire Science and Technology,December 2016,Vol 35,No.12 作者简介:李 倩(1975一),女,河北永清人,保定 市消防支队防火监督处高级工程师,学士,主要从事消 防监督管理和建设工程消防设计审核工作,河北省保 定市乐凯北大街与北二环交口东,071000。 收稿日期:2016—08—04 1 69O