冷库火灾扑救案例分析及聚氨酯燃烧试验

高浩翔 洪赢政 杜进芳

（应急管理部上海消防研究所，上海 200438）

0 引言

冷库是指通过人工建造，为需要低温储藏的物品提供恒温恒湿环境的贮藏设备。随着消费水平的不断提升以及生鲜电商等新零售模式的兴起，对冷链物流的需求逐年提升，冷库的建设与重要性也逐年凸显。冷库的主要需求集中于山东、广东、北京、上海等地，冷库时常处于满租甚至爆仓状态，巨大的需求导致冷库的建设与管理存在一定的滞后性。2019 年，国务院联合商务部发布多项相关政策，有利于加强冷库的基础建设，为冷链行业的市场环境保障提供政策支持。

本文针对冷库的建筑特点、火灾危险性、火灾特点几个方面，分析冷库火灾的防范要点，并对冷库保温墙体中常用的聚氨酯保温材料进行燃烧试验。近年来，我国各地因聚氨酯燃烧引发的典型火灾案例，分别是山西太原台骀山冰雕馆“10·1”重大火灾、吉林长春李氏婚纱梦想城“7·24”重大火灾、辽宁大连新长兴市场冷库“12·31”火灾、杭州冰雪大世界“6·9”火灾（表1 中案例名称均为简称）。

表1 近几年聚氨酯燃烧典型火灾案例

1 冷库建筑和火灾的特点

1.1 冷库建筑特点

冷库建筑与一般建筑结构有所不同，对隔热、密封、强度性能的要求相对较高。冷库建筑内外温差大，应有较大的温度应力承受能力，为避免产生冷桥影响冷库的结构强度，需要将冷库的隔热结构形成一个连续封闭的隔热链[1]。冷库的外部墙体由保护墙体、防潮层、隔热层和内部保护层共同组成，如果防潮层和隔热层的设计施工不当，会导致隔热层中填充的隔热层受潮，显著降低冷库外部墙体的保温性能，若过量的潮气渗入冷库内部，将导致冷库建筑构件结霜结冰，从而降低冷库建筑的整体使用寿命[2]。

1.2 火灾危险性分析

冷库建筑的火灾风险主要来源于3 个方面：一是隔热防潮保温材料，二是制冷剂，三是整体的建筑结构特点[3]。冷库建筑中常用的隔热防潮保温材料有石油沥青油毛毡、硬质聚氨酯泡沫、挤塑聚苯乙烯泡沫、玻璃棉等。目前，隔热保温材料中使用最为广泛的是硬质聚氨酯保温材料，可以快速喷涂成型，使冷库建筑保温层整体无缝隙[4]。常用的制冷剂则主要有氨制冷剂和氟利昂制冷剂两种，其中氟利昂制冷剂因单位容积制冷量较小、流动阻力大、吸水性能差、渗透性大且对大气臭氧层有较大的破坏性，目前已被列入计划淘汰产品序列。冷库建筑按结构分为土建冷库和装配式冷库，装配式冷库的主体建筑结构都采用轻质钢结构，围护墙体使用复合隔热保温材料[5]。

1.3 冷库火灾的特点

（1）燃烧猛烈，易形成立体火灾。从冷库建筑结构特点上看，大型冷库基本为大跨度、大空间建筑，墙体的保温层中填充有硬质聚氨酯保温材料，导致冷库火灾纵横方向的蔓延速度很快[6]。山西太原的“10·1”火灾，台骀山景区内冰灯雪雕馆建筑结构为单层大跨度钢结构建筑，事故发生的主要原因是电气施工违规操作，电气线路引燃了聚氨酯保温材料，进而引燃了聚苯乙烯泡沫夹芯隔板墙及冰雕馆内的其他可燃材料，引发的火势在风力的作用下迅速扩大蔓延，形成立体火灾。（2）燃烧隐蔽，不易寻找着火点。冷库建筑的保温层起火后，往往不会产生明火，燃烧比较隐蔽，阴燃的火焰在保温层夹层内隐蔽向上或平行发展。消防员到达现场后，通常难以找到着火点进行精准进攻，且易发生进攻后发生复燃的现象。辽宁大连“12·3”火灾，火灾原因调查员发现，当事人使用高温的焊搭进行电焊作业时直接引燃了聚氨酯保温材料，随后采取措施将周围的明火扑灭，然而蔓延到更远处的火势没有被发现并扑灭，进而引发了大面积燃烧。（3）浓烟高温，灭火行动受限制。冷库由于保温的需要，出入口较少且往往设置二道门，导致冷库排烟缓慢，热量难以散发，往往在火灾发生时库门及楼梯间会被火焰封堵，难以向内部进攻，即便攻入冷库，也常常因为冷库内部温度的快速上升而难以巩固阵地[7]。济南“1·14”冷库火灾，现场冒出大量黑烟，未见明火，烟雾蔓延至几公里外。浙江嘉兴某产业园一在建冷库突发大火，浓烟吞没整栋楼房，底层烧空。

2 聚氨酯燃烧实验

为进一步验证电焊作业过程中溅落的高温熔融物、烟头能否引燃冷库常用保温材料—聚氨酯保温材料碎片，进行聚氨酯保温材料燃烧实验。

2.1 烟头引燃实验

（1）实验准备。实验准备的材料有：冷库提取的聚氨酯保温材料（聚氨酯材料放在冰箱内一段时间后取出），市售常见香烟。（2）实验过程。实验分两次进行，第一次：随机共抛掷16 支点燃的香烟于聚氨酯保温材料碎片堆的不同部位，观察电焊熔融物是否能引燃聚氨酯保温材料并记录所需时间。第二次：重复第一次的实验方法，所有香烟全部熄灭后，再观察30min，观察电焊熔融物是否能引燃聚氨酯保温材料并记录所需时间。（3）实验结果。第一次实验：从抛掷第一支香烟开始，到所有香烟全部熄灭后，聚氨酯保温碎片均未形成明火燃烧，也未形成阴燃，仅在点燃的香烟头与聚氨酯保温材料的接触面处形成炭化痕迹。第二次实验：观察期间，聚氨酯保温碎片未形成明火燃烧，也未形成阴燃，仅在点燃的香烟头与聚氨酯保温材料的接触面处形成碳化痕迹，与第一次实验形成的痕迹相同。（4）实验结论。两次烟头燃烧模拟实验均未能将聚氨酯保温碎片点燃，也未形成引燃，仅在点燃的香烟头与聚氨酯保温碎片接触处形成碳化痕迹，如图1 所示。

图1 烟头形成的碳化痕迹

2.2 电焊作业过程中溅落的高温熔融物引燃实验

（1）实验准备。在建工地空地上搭建了长为3.2m、宽为1.6m、高为2.4m 的操作平台。在实验操作平台的东侧搭建一个长1.2m、宽为0.9m、高为2.9m 的电焊作业过程中溅落的高温熔融物引燃模拟实验平台。该平台底层钢架距离地面0.3m，底层钢架上铺一层竹笆，竹笆上再放置一层木板。该平台东、南两个立面下部竖向放置聚氨酯泡沫保温材料板，并在平台中部架设一根电焊用钢管，如图2 所示。

图2 实验平台结构三视图及平台实物图

其余实验准备的材料有木板、聚氨酯泡沫碎片、聚氨酯泡沫保温材料板、电焊条、电焊用钢管、电焊机（型号为上海沪工牌BX1-200-2 交流弧焊机，地线使用螺栓与角钢固定连接）。

（2）实验过程。为模拟真实场景下的电焊作业情况，使用与施工现场相同的焊条在距聚氨酯材料2.9m 高度处焊接，焊接部件为连接电焊机地线的角钢和施工现场常用钢管，实验分两次进行。第一次：在电焊作业过程中，观察到溅落的高温熔融物开始掉落后进行计时，观察电焊熔融物是否能引燃聚氨酯泡沫碎片并记录所需时间。第二次：更换第一次实验使用的聚氨酯保温材料，并在平台角落放置编织袋包装的保温材料碎片，在电焊作业过程中溅落的高温熔融物开始掉落后进行计时，观察电焊熔融物是否能引燃编织袋包装的聚氨酯泡沫碎片并记录所需时间。

（3）实验结果。第一次实验：在电焊作业过程中，溅落的高温熔融物开始掉落后30s 引燃聚氨酯泡沫碎片，引燃的聚氨酯泡沫碎片开始燃烧并逐渐蔓延，随后使用灭火器将燃烧的聚氨酯泡沫碎片扑灭，如图3 所示。

图3 电焊熔融物引燃实验1

第二次实验：在电焊作业过程中，溅落的高温熔融物开始掉落后14s 就引燃了聚氨酯泡沫碎片；43s 后引燃了编织袋包装的聚氨酯泡沫碎片；随着火势开始蔓延，60s后引燃放置于引燃模拟实验平台侧面的聚氨酯泡沫板；82s 后火势蔓延至2.4m 的操作平台；287s 后侧面的聚氨酯泡沫板基本完全烧毁，如图4 所示。

图4 熔融物引燃实验2

2.3 实验结论

在钢管上进行电焊（电焊机工作状态：电压380V,电流200A，钢管及焊条均为起火施工现场提取）作业过程中，溅落的高温熔融物能在较短时间内引燃下方2.9m 平台上堆放的聚氨酯泡沫碎片，若在聚氨酯泡沫碎片点燃初期不能及时采取有效的应对措施，聚氨酯泡沫碎片引燃的火势将迅速蔓延至整个模拟实验平台，最终将平台上放置的实验材料完全烧毁。

2.4 对策及建议

针对聚氨酯保温材料被高温熔融物引燃并迅速燃烧的问题，应当在冷库的设计建造之初，按照相应的消防规范采用室内或者室外消火栓，并针对冷库冷藏间的设计温度采用不同的自动灭火系统。使用聚氨酯保温材料作为保温内层时，应使用惰性材料做水平隔绝层，水平隔绝层的燃点应高于冷库楼板的燃点。

冷库建筑外部墙体应设置隔热防火分隔带，通过隔热防火分隔带阻断与冷库水平隔绝层之间的接触。冷库的楼梯间在设计建造时应保证天然采光及自然通风，建造材料使用非燃烧材料。冷库在设计之初应考虑具体的使用规划，防止在建造完成后的使用过程中破坏原先设计的疏散线路，导致出现疏散距离过长、安全出口被遮挡的情况。

冷库在使用过程中，应按照冷库设计之初的使用规划进行使用，对做出更改的情况应及时向有关部门报备。加强日常运行的巡查工作，严格执行日常运维措施，建立日常巡查档案，定期对消防安全出口、室内或者室外消火栓、自动报警系统、自动灭火系统等消防安全相关系统进行检查。在冷库的日常运维中，积极灵活运用信息化、智能化、数字化手段加强冷凝剂泄漏等安全风险的监测。应设置每次进入冷库工作的人员数量上限，建立规范的人员进入管理制度，加强冷库内人员作业安全专业知识和技能培训。对涉制冷剂作业的员工应开展相关的技能培训，对涉及重大安全隐患的重要岗位，做到持证上岗，定岗定责，落实相关的责任人，尽量避免灾害事故的发生。

在冷库的维护保养过程中，针对需要维修的部位，事先检查维修点周围的可燃物情况。遇到临时用到电线的情况，必须使用表面包裹有绝缘层的电线，禁止裸露的电线与保温层保温材料直接接触。维修过程中使用的照明器具，尽量使用灯架固定的低功耗LED 灯进行照明。进行切割和焊接作业时，需要监管人员进行监管作业，特别注意切割碎屑和高温熔融物的溅落方向和地点，禁止接触到保温层，尤其是保温材料。

3 结语

本文通过分析近几年典型的大跨度空间厂房火灾扑救案例，分析了冷库建筑和火灾的特点，并针对冷库保温层常用的聚氨酯保温材料进行了聚氨酯燃烧实验，验证了电焊作业溅落的高温熔融物能够在较短时间内引燃堆放的聚氨酯泡沫碎片并迅速蔓延，针对聚氨酯保温材料被高温熔融物引燃并迅速燃烧的问题提出对策及建议，为今后规范冷库电焊作业、预防此类火灾的发生提供参考。