建筑设计在进行方案设计时就应当考虑消防设计,在建筑遇到火灾时如何分散,提供及时的火灾报警和及时的扑救措施。在分散路径上要进行排烟等措施,建立由水喷淋系统、烟感报警、防火分隔区及耐火建筑结构的消防整体系统。
1.防火基本知识
建筑物根据火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊等五大类型。根据建筑构件的燃烧性能及最低耐火极限,将建筑分为五个等级。建筑物各部构件的耐火极限与燃烧性能不得低于规定值。
在实验室的多数严重事故中,火灾是最普遍的起因之一。化学实验中的有机溶剂几乎都是易燃物质,有些是极端易燃的。例如气体中的氢、乙炔以及轻质的碳水化合物,这些气体或溶剂蒸发的烟雾若与适量的空气混合,就容易发生危险的爆炸。因此,在化学实验室中首先要分清易燃物质的等级,并分别制订预防事故的措施。
有的有机化合物,由于在氧化反应过程中热量被累积起来而使温度升高,如果有足够起氧化作用的空气而没有足够的通风将热扩散,温度将继续升高,这样就加速氧化反应的进行而产生更多的热,终于引起燃烧。这种燃烧并不需要任何火种(如火焰、电火花或电热丝等)的接触,称为自燃。物质自燃所需的最低温度称为自燃点。例如二硫化碳的自燃点是100℃,在设计时即使是蒸汽管道也应远离它。又如乙烷的自燃点是180℃,设计上就应避免将电热器等与之靠近,否则也会产生严重事故。在设计中,这类化学实验也须在防护罩内进行。
可燃液体的易燃性,常用闪点和燃点两个特征表示。
闪点——可燃液体的蒸气与空气形成混合物后和火焰接触时闪火的最低温度。
燃点——可燃物体接触火焰时燃烧的最低温度。
如果溶剂的闪点在通常室温25℃以下时,这类溶剂应列为一级溶剂。一级溶剂有以下几种:醚、苯、甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯等。
2.实验室建筑物的防火设施
(1)防火墙。防火墙可限制火势向水平方向扩展、防止热辐射及爆炸波的有害影响。利用防火墙,还可将建筑物分隔为数个防火单位,减小建筑物间的防火间距。
实验楼应设防火墙,最好是在适当的位置设立横隔建筑物全部的、宽幅的防火墙,并使两个安全出口之间的走廊长度不超过所规定的安全出口最大容许距离的两倍距离。
防火墙应由非燃烧体构成,耐火极限不得小于4h,且应直接砌筑在基础上,高出屋面40~50cm。
在框架结构的建筑物中,防火墙可支承于框架上,此时支承框架的耐火极限不得小于3h。防火墙应有足够的墙身结构强度与稳定性,且应考虑到在发生火灾时建筑构件有一侧遭受破坏,由于失去联系而发生的特殊应力,使防火墙一侧的屋架、梁或楼板等构件被烧毁或遭受剧烈损毁时,防火墙不致倒塌。
通常,防火墙应与建筑结构连在一起,以加强墙身的稳定性,但在使用难燃烧体或燃烧体墙壁与楼板的建筑物中,防火墙应砌筑在单独的基础上,不与建筑物相连。
防火墙内不宜设通风管道,也不宜在防火墙上开门、窗或其他洞口,或者穿过其他各种管道。
在同一建筑物内防火要求不同或灭火方法不同的实验室之间,应设防火墙或防火间隔墙加以分隔。防火间隔墙应采用非燃烧体。凡甲、乙类火灾危险性工作场所,有明火,高温或使用易燃、可燃液体作燃料的丁类火灾危险性工作场所,大型精密仪器实验室,剧毒化学品实验室,一、二、三耐火等级建筑物的门厅和走廊的间隔墙,均应考虑采用耐火极限不小于1.5h的非燃烧体构成。电梯井和电梯机房的防火间隔墙,应采用耐火极限不小于1h的非燃烧体构件。
(2)防火带。三、四、五级耐火等级的单层建筑,如因技术或其他方面的原因不能设置防火墙完全隔开时,可用防火带代替。防火带承重墙与柱的耐火极限应不小于4h,屋顶结构应采用耐火极限不小于1.5h的非燃烧材料构成,其宽度不得小于6m,并应高出相邻屋70cm。在防火带下面不得放置易燃、可燃、易爆物品,也不得进行此类物质的操作。
(3)防火门、窗。设有出入口的防火墙,应设防火门,供防火、防烟之用,其耐火极限应不小于1.2h。防火门应有自动关闭设施,在建筑物失火时可自行关闭。
操作易燃、易爆的实验室或其他严格要求防火的场所,重要科技情报资料室,剧毒品实验室等与其他房间的连通处,也应加设防火门。
此外,在其他甲、乙类火灾危险性工作场所(一二级耐火等级)内,耐火极限不低于2h的内墙上的门、窗洞以及直接由室内通向楼梯间的门洞,均应使用防火门、窗,其耐火极限不小于0.5h。室内较长的走道,也应安设这种耐火极限的防火门,可活动关闭,平时不锁。
防火门常用以下两种结构。
2)用薄钢板包起的薄壁型钢骨架,内充石棉。
防火门的开启可用平开式、推拉式、升降式或卷帘式等多种形式。防火门应设计合理,安装得当,注意保证门缝的严密性,不使窜入烟火。必要时,应装双重防火门。卷帘式防火门如用金属片制成,宜于配置自动喷水器,以提高隔热效果;如用石棉布制成,应刷防火漆封闭小孔,以改善防火性能。
防火门中的木构件在遇到火灾时燃烧所产生的气体,会胀坏外包的钢板,为此,应在防火门上开设泄气孔,设于门的上、下两半部的中央,并用易熔合金焊上盖子。重锤式自动关闭防火门应加开活动小门,便于随时开启。
为增加窗户的防火效能,可在普通窗扇外侧和木窗框上加包一层镀锌薄钢板,白天开启,以进行通风和采光,下班后关闭。这种开启式铁板防火窗常用于库房内,如相邻建筑物比较靠近,但有必要在防火墙上开设窗洞采光时,可以采用分格不太大的钢窗框和嵌丝玻璃,必要时可采用钢筋混凝土窗框和双层嵌丝玻璃,也可采用玻璃砖砌造窗洞,但其面积不宜超过1.5m2。
(4)其他防火隔断物与辅助设施。为防止火灾在建筑物内蔓延,应根据工作场所火灾危险性的大小,对建筑物实行防火分隔措施。凡火灾危险性大,位置较高,救火不便的工作场所,房间的隔间面积应较小。隔间所用的构件应有相近的耐火极限值,以防在耐火极限较短的处所打开扩大火灾的缺口并进而影响整个防火隔断体系的耐火效果。
防火墙、楼面等的孔洞,为保证防火安全,应该采取隔断措施。为防低层起火时火舌贴墙窜入上层,高层实验楼等建筑物宜在每层窗顶上装上有飘出的雨篷,或安装防火窜。
贮存可燃物的仓库,需用防火墙分隔为数段,以减少火灾及水渍造成的损失。不同性质的化学品,如贮于同一仓库内,应将燃烧性能相似或使用相同灭火剂的化学品分别贮存在一起。严禁将不相容化学品贮存在一起。
为拔除火灾时形成的大量烟气,建筑物应设防火通气天窗等通气孔道,可将烟焰传送至许多地方,使火势蔓延。为此,多层建筑物的垂直排风管等管道必须由非燃烧材料制成,并应安装阻火闸门。一些实验室常在靠内墙处用砖砌成管道竖井,将排风管等管道布置在竖井内,也有的将走廊墙作成凹凸墙或双墙,或利用大的钢筋混凝土柱子,在其中敷设垂直管道。所有这些设施,均应注意严格保证防火安全。一般规定,在火灾危险性较大的建筑物内,垂直通风管道应每层分开设置,不得穿过楼板。
排、通风管道内的阻火闸门,应能在室温较通风系统正常工作(或刚停止)时的最高温度约高25℃,通过易熔环或其他感温设备的作用,立即顺气流的方向自行严密关闭,且不会因管道受火灾破坏或弯曲而影响其阻火性能。阻火闸门的耐火极限应与楼板相同。每一层楼均应设阻火闸门。
(5)防火实验室。凡有高度火灾危险性的操作,均应在专设的防火实验室内进行,以防在发生火灾时引起火势的蔓延。操作时间长,需要通宵工作的火灾危险性操作,也应在防火实验室内进行。
防火实验室的墙体与门的耐火极限应不小于2h。平顶的耐火极限应不小于3h。采用混凝土楼(地)板,设有地漏,并设门槛,高7~8cm,分别供排泄灭火液体与阻止液体外流之用。
防火实验室内所用的煤气管道、压缩空气管道等管道均应设截流阀,符合防火安全要求。电气动力、照明设施也应合乎防火要求。操作中如有发生爆炸的危险,应设防爆泄压设施。
设计防火实验室时,应充分考虑防火、防爆、防毒与用电安全等项安全要求。
(6)防火间距。为防建筑物火灾向外部蔓延,并为灭火和安全分散创造条件,在建筑物之间应有一定的防火间距。防火间距的大小,应根据操作的火灾危险性类别,建筑物的耐火等级与性质,是否设有防火隔断设施等因素来决定。不同火灾危险性类别的建筑物,应按其最近部位操作火灾危险性最大的一个来决定。
3.实验室的安全分散设施
为保证防火安全,建筑物应设分散安全设施,使建筑物内部的人员能在起火时尽快地经由分散通道从危险地点安全地分散至远离火力影响的安全地点。
安全分散的关键是“快速”。实验室使用或贮存的易燃、易爆物等各种化学危险品在发生火灾时起燃或爆炸,火灾时一氧化碳及二氧化碳的积聚以及缺氧,是严重的威胁。在火灾初起时,空气中CO体积分数通常约为1%,火热猛烈时可达2%以上。空气中CO体积分数为0.05%时,人若持留3h,即有生命危险;CO体积分数为0.15%时,持留1h即有生命危险;CO体积分数为0.40%时,持留1h即可致死;而当CO体积分数为1.30%左右时,人若吸入数口即可失去知觉,严重中毒,且难救活;而当CO体积分数增至10%左右时,人在滞留数分钟后也可致死。当空气中含氧量降至12%左右时,可使人失去判断力;含氧量更低时(8%左右),即可使人昏死。高温(例如150℃以上)可因破坏脑神经中枢和血液循环系统等原因而使人死亡。因此,根据火灾危险程度与工作条件的不同,一般要求能在1.5~5min或更短时间内实现安全分散。
安全分散设施包括安全出口、分散楼梯、分散门、分散走道,事故照明,隔烟、排烟设施,安全指示装置等。
安全分散设施应采用坚实的耐火结构,其布局、数目、宽度、坡度等均应合乎安全要求。分散方向应力求采用直线,以最短距离通达安全地点,且应尽量利用常用的通道、楼梯。照明、采光应合理。指示分散的字样标志应醒目,容易辨认。
(1)安全出口。风能将人群引至建筑物外部安全地点,使脱离火力威胁的门和走道等设施,均可作为安全出口,例如直通建筑物外部,或经过走道、门厅或楼梯间可以通到建筑物外部的设施。如需经由相邻房间(或建筑物)的安全出口通至建筑物外部时,则相邻房间(或建筑物)应为一级或二级耐火等级,且不应为甲、乙、丙类火灾危险性场所。
由工作场所内最远工作地点至安全出口(外部出口或楼梯间)的距离,不得超过规定的数值。对于多层建筑工作场所一端无出口的走道,房间门至最近的外部出口或楼梯间的距离不得超过25m。
面积大、工作人员较多或操作具有火灾危险性的实验室以及库房,应设两个或两个以上的安全出口。所有的实验室均宜设置备用的安全出口。(www.xing528.com)
安全出口应有合宜的宽度与高度。工作场所各层楼分散楼梯、走道和门的宽度通常应满足下文所述要求。库房的分散楼梯、走道和门的宽度应不小于1.2m,以适应在起火时分散物资的需要。
(2)分散楼梯。分散楼梯的宽度通常应不小于1.1m,不大于2.2m(正门楼梯的最大宽度不限),且不应使用扇形或螺旋形踏步。楼梯平台的尝试应不小于楼梯宽度。为保证安全分散,实验楼等建筑物应有两个或两个以上的楼梯,且楼梯的位置布局要合理。不得用升降式电梯作为分散楼梯。
分散楼梯应设封闭楼梯间或防烟楼梯间,每层楼应设防火门,以防烟焰侵入。楼梯应有足够的照明或采光。如利用屋顶采光,则窗扇应由非燃烧体制成,并为固定式窗,采用钢化玻璃、嵌丝玻璃或玻璃砖为透光材料。如无天然采光,则应设置事故照明设施。
楼梯间内不得设实验室,生产房间,或可燃物、易爆物、高压气体或液化气体钢瓶等类物品的贮藏室,可燃烧体或易燃烧体输送管道。
(3)分散门、分散走道。分散门应能防烟、防火,宜做摇门或活动弹簧摇门,宽度应不小于0.8m。不得采用向旁水平推拉、向上升吊或旋转的门。
分散门应开向分散方向,或向两面活动开启,门扇在开启时不得影响分散走道的宽度。开向楼梯间的门扇,应保证楼梯平台有合宜的宽度。采用门锁的分散门,应考虑安全分散的要求,以防起火时阻塞人群,通常应只要求从外面使用钥匙开启,但从里面则可随时推动门把手将门向外推开,且应在门扇上标明开启方法。
分散走道应坚实、耐火,尽量采用直线走向,直接通向安全出口,且应避免交叉,宽度要均一,一般不宜小于1.4m。走道宽度不一时,应由宽度较小的走道引向较大宽度的走道,但不得先宽后窄。出口处的宽度应不小于各通道宽度之和。
分散走道地面应平坦,避免出现坡度。必须设坡度时,则坡度不得超过1/10。地面材料不应过于光滑,必要时,应采取防滑措施。
分散走道内不应堆杂物,以防阻塞通路。走道墙面不得使用易燃饰物,严禁放置易燃、易爆物。走道内应设隔烟、排烟设施。两侧墙壁一般不宜开设窗户,应该设事故照明灯和安全分散指示灯,停电时应由备用电源保证供电。事故照明的照度应合适,通常应不小于1lx。
(4)防烟排烟设施。火灾中生成的烟焰具有极大的危险性。科研楼、生产楼等场所应酌情设置防烟、排烟设施。
4.实验室灭火
有些实验室由于工艺上的需要,使用着不少精密设备、仪器、仪表和其他较贵重的器材,有的实验室电器设备较多,在消防时,不适于用水消防或要求灭火剂对这些器材设备尽可能不产生沾污和腐蚀作用。因此,室内除设置普通消防给水系统外,还应考虑设置一些二氧化碳灭火机、四氯化碳灭火机、干粉灭火机或卤化物灭火剂装置等消防设施。尤其是干粉灭火机和卤化物灭火剂装置的灭火性能较好,特点是适用范围广,效率高、灭火快、无腐蚀性。灭火后对精密仪器、仪表、半导体器件、电器等没有污染,可广泛用于特种危险场所和特殊设备的灭火,也适用于实验室、资料室等的灭火。在有贵重器材的实验室局部发生火灾时,通常宜用干式消防予以扑灭以减少损失,上述这些小型的局部消防设备可作普通消防、自动喷洒和水幕消防等设备的辅助灭火工具。
(1)起火与灭火。火,就其化学本质而言,是一种伴有发光与放热现象的连锁反应。起火时必须存在的三个要素是:可燃体(转化为活性物质);助燃体(空气、氧或其他氧化剂);适宜的温度(达到或超过燃点)。这三个要素缺一不可。
凡能达到下列目的,使燃烧链反应受到抑制或中断者,均有可能用作灭火剂。
1)抑制活性基团的生成,使链反应中断。例如碳酸氢钠或碳酸氢钾干粉灭火剂,卤代烷灭火剂等。此类灭火剂一般致效较快。
2)将可燃体稀释,使活性物质浓度降低,或将燃烧物与尚未燃烧的物质隔离,使火源孤立,从而使燃烧反应中断,不使火势蔓延。例如水对水溶性可燃液体有稀释作用,高压水流将燃烧物冲散,及时将燃烧物从燃烧区抢出等。
3)隔绝空气或通过稀释作用使空气中氧浓度降低。通常当燃烧区空气中氧浓度降至12%以下时,可使常遇可燃物的火焰窒息。例如水在转化为水蒸气后将空气中氧的浓度冲稀,泡沫或二氧化碳灭火剂可在燃烧物表面形成覆盖层而使之与空气隔绝,干粉灭火剂遇热分解所形成的产物(二氧化碳与水蒸气)也可使燃烧区空气中氧的浓度降低,三甲基硼氧六环(一种专用于扑灭镁、铝、镁铝合金、海绵状钛等轻金属火灾的无色油状液体)则可在遇到燃烧的金属时分解生成熔融状态的氧化硼覆盖于金属表面,从而使燃烧物与空气隔绝。用碳酸钠或干沙覆盖燃烧的金属钠、钾,也可起到隔绝空气的作用。
4)冷却,使燃烧物温度降至燃点以下,或减少火焰对尚未起火的可燃物的热辐射。例如水、泡沫灭火剂析出的液体。干粉灭火剂在遇热分解时也可吸收燃烧区的热量。
(2)灭火剂。灭火剂与灭火器种类较多,主要有化学泡沫灭火剂、二氧化碳灭火剂、干粉灭火剂、卤代烷灭火剂、水及其他灭火剂等几类,用这些灭火剂可制成相应的灭火器。化学泡沫灭火剂系由发泡剂、泡沫稳定剂与其他添加剂(如助溶剂、降黏剂、抗冻剂、防腐剂等)组成。
我国现用化学泡沫灭火剂主要有两类。
1)YP型化学泡沫灭火剂。以十八水合硫酸铝(内药)与碳酸氢钠(外药)为发泡剂,经水解蛋白为泡沫稳定剂(渗在碳酸氢钠中,占碱性粉量8%~15%)。
2)YPB型化学泡沫灭火剂。发泡剂同上,另加氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂。
干冰是对B级火灾特别有效的常用灭火剂。二氧化碳灭火剂在实验室中使用也很有效,但它对人有窒息感。泡沫灭火器太笨重,不适用于有电气装置的地方或由电所引起的火灾。四氯化碳以及同类型的灭火剂,只能用于空旷的地方,因这一类氯化物遇热会分解而产生毒性化合物。四氯化碳绝对不可用于有碱金属的地方,因它会引起爆炸反应。小面积火灾可用沙类灭火。干冰灭火器要经常检查更新。
实验室里常会发生工作人员的工作服着火。为了应付这类危险,每一实验室应该有一个淋浴设备和救火用的石棉毯子。用毯子卷在身上,可以迅速将火熄灭。
水的比热和蒸发热都很高,具有很好的灭火性能,但对实验室内的灭火有许多缺点。它会
损坏仪器设备和实验室的家具,不适用于燃烧液体,因它会促进燃烧着的液体的漫延开来。(3)常用灭火器的种类和用途
1)二氧化碳灭火器。用途:二氧化碳灭火器适用于扑灭乙醇、油类等可燃液体,可燃气体,电器设备等初起火灾;使用灵活,可靠且灭火后不留痕迹。目前已广泛应用于车辆、工矿、宾馆、仓库、计算机房、贵重仪器等地方,是一种不可缺少的防火安全设施。
2)卤代烷(1211)灭火器。用途:“1211”灭火器适用于油类,可燃性液体,气体,化工原料,电气设备等初起火灾。它广泛应用于飞机,车辆,船舶,公共场所,仓库,通讯设备等重要场所的初起火灾。
3)干粉灭火器。用途:该灭火器筒内充装的是磷酸铵盐(A、B、C)干粉,以及作为驱动力的氮气。可扑灭固体易燃物(A类)、易燃液体及可融化固体(B类)、易燃气体(C类)和带电器具的初起火灾,适用范围广。可用于各类公共场合、办公场所、宾馆、饭店、汽车、轮船甚至家庭,但不得用于扑救轻金属材料火灾。
5.实验室的防火措施
(1)实验室的火焰口装置应远离易燃溶剂。放置这类易燃物品的房间内不能有煤气嘴、酒精灯以及有电火花产生的任何电气设备。不要增强这种实验室的通风效果。进行实验要在防护罩内做。
(2)重结晶试验应在蒸汽浴中进行,或在电热板上进行。二硫化碳及乙醚应在防护罩内进行,或采用凝结器以收集沸腾的蒸发气体。应使用爱伦美锥形烧瓶来做重结晶试验,绝对不可用烧杯。
(3)另造成火灾的原因是化学试验的操作程序不慎或错误所引起。例如在加热某种液体时,在它达到沸点以前加入某些固体片屑会促使其突然沸腾而使液体膨胀而溢出容器,以致造成火灾。
(4)回流蒸馏器必须严密装紧。回流冷凝器的上端或蒸馏器的接收器必须有开口与空气相连。要使用燃罩、电热板或蒸汽加热,不要使用明火。
(5)从储存溶液的房间中取出溶液运到其他实验房间时,其容器必须密封好。不可将溶液放置在实验室的上部架上或柜中。
(6)化学品储藏室内不可进行实验工作。实验室内也不可以储存大量化学药品。
(7)实验室内必须避免产生电火花,所有电气开关、电插座等必须密封,使电火花与外部空气隔绝。装化学溶液的金属容器,其金属外壳要接地。金属器具与混凝土地面相撞击也会产生火花,若易燃液体溅到地面上,这一点火花也可能发生危险的火灾。
(8)冰箱内不应放置无盖的溶液容器。
(9)实验室内不准吸烟。
(10)有明显火灾危险的实验应准备好灭火装置,备好石棉布等。这种实验室还应有淋浴设备。
(11)有些自燃物质应放置在防火防爆储藏室内,如白磷与磷金属,包括氢化媒介质及碱金属等。碱金属应存储在纯煤油或矿油中。
(12)一般的灭火措施、灭火器等应装在实验室门口外面附近处,要便于取用。要有简便的报警设备,如烟感报警器、温感报警器等。
(13)如果实验室内有可燃的或因加热而分解的产品,在日光能照射进房间的实验室内必须备有窗帘,并须注意在日光能照射到的区域内不放置烧瓶及加热时能够着火的一切产品,也不要放置加热时易于蒸发的物质。
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