电缆火灾的成因及性能化防火设计的关键.pdf

太钢科技 3 7 电缆火灾的成因及性能化防火设计 的关键 保卫部 王三柱 高宏伟 韩建新 摘要钢铁冶金企业堪称用电大户，动力电缆、控制电缆、信号电缆等规格品种特别多，用 量特别大，星罗棋布的电缆隧道、电缆夹层、电缆竖井、电缆沟，以及电气室、地下室等纵横交错 同时，电缆本身又具有可燃性，一旦着火，不仅燃烧速度快，而且还会产生大量的黑色烟雾，并释放 出有毒性气体，给员工生命安全造成威胁，给企业生产安全造成损失。据电缆火灾发生的原因 以及 应采 取的防范措施和对 策，针对 钢铁 冶金企 业 的生产 特点 以及现 代化生 产及 电 气设 备的需 求，采取性能化防火设计是十分必要的。钢铁冶金企业建筑设计防火规范 经很长一段时间酝 酿，即将问世，充分说 明了这 一点。以太 钢为例，过去 电缆 部分既 无火灾 自动报警 装置，又 无 自动 灭火系统，而现在，既有先进的火灾自动报警装置 一如缆式感温探测器，又有细水雾这样的自动灭 火系统。而感温光缆的面世，更为电缆的防火安全提供了良好的守护神。因此，电缆火灾的发生 将受 到最 大限度 的扼制 和减少。关键词 电缆火灾性能化 防火设计感温光缆细水雾灭火 1 前言 2 电缆火灾发生的原因 太原钢铁(集 团)有 限公 司是 中国特大 型钢铁联合企业。2 0 0 6年，太钢完成 了新不 锈钢工程项 目，形成 了年产 3 0 0万 t 不锈钢 的能力，成为全球产能最大、工艺技术装备最 lt 进的不锈 钢生产企业。2 0 0 6年太钢 产钢 6 2 6，2 8万 t，其 中不锈钢 1 1 0 9 6万 t，实现营 收入 5 3 4亿元，实现利税 6 7 0 6亿元，实现，IJ 润 4 5 2 1 亿元，不 锈钢出 口2 0万 t。预计?0 0 7年产钢 1 0 0 0万 t，其 中不锈钢 2 4 0万 t。实现主营业务 收入 9 0 0亿元 以上，实现利税 1 0 0亿元 以上。为了保障企业生产过程 中的消防安全，太钢投资 1 亿多元，在主要生产厂、主要生产 设备、电气设备等环节设计并安装 了先进的 火灾 自动报警和 自动灭火设施，并且设 置 了 现代化的消防控制室。通常电缆火灾发生的原因可归纳为以下 几个方面：(1)电缆本身着火。过 负荷及短路 电流 长时间作用下引起电缆着火；电缆的绝缘、老 化、破损，致使短路着火；电缆接头接触不 良，因局部发热导致起火；(2)外来热源或火源引燃 电缆着火。(3)电缆 着火后引起火 灾蔓延扩散，如 电缆贯穿墙壁，楼板孔洞处未采取有效 防火 封堵措施，一旦着火，竖井有如烟 囱，使 火灾 迅速蔓延扩大化。3 电缆特性及材料分析 在 电缆 中广泛使用的材料之一为聚氯乙 烯，它虽然是一种很好的电缆材料，但其防火 性能差。聚氯 乙烯在着火时会产生大量的黑 维普资讯 http:/ 3 8 2 0 0 7年第 4期 色烟雾，在烟雾 中含有超过允许限度的氯化 氰气体，并且在一定条件下，聚氯乙烯材料本 身也能传播火焰。这种电缆在燃烧时的特性主要受可燃物 聚氯乙烯所控制。电缆用 的聚氯乙烯在燃烧 时具有以下特点：1 m长 的电缆线 路，当可燃 物的重量不超过 1 k g时，聚氯 乙烯上 时火焰 能 自行熄灭而不会帮助燃烧；当可燃物 的重 量超 过 1 k g时，聚 氯 乙 烯 一 经 点 燃(约 4 5 0 C)就会沿水平和垂直两个方向传播，传 播的速度大约为 2 0 m mi n。除了可燃物数量 的多少以外，引燃火源的大小、空气流动的速 度和电缆本身的结构对火焰 的传播也有一定 的影响。聚氯乙烯除起火会传播外，它在加热 时 还会释放出一种十分有害 的黑色浓烟雾，此 种烟雾在 电缆着火前 的 1 5 02 7 0 时就 开 始释放 了。烟雾 中的氯化氰气体不仅危害人 体，而且还会产生腐蚀性 的沉积物，易于损坏 控制设备、仪器和任何怕受酸性气体影 响的 设备。为了提供一个评价有害烟雾产生数量的 概念，给出这样一个例子：典型的电缆支架每 米载 有 1 0 k g可燃 材 料，在 燃 烧 时 可 产 生 1 5 0 m 的烟雾，其浓度可 以达到伸手不 见五 指的程度。在大多数聚氯乙烯 电缆火灾事故 中，着 火后很快产生大量 的酸性烟雾，可以在几分 钟内充满整个受影响的地 区。必须认识到，在火焰不再蔓延的线路上，聚氯乙烯 的燃烧 量较小，但如对烟雾不加控制，则仍然会产生 足够的烟雾并充满到整个厂房。4 电缆防火措施 4 1 分布式光纤测温(D i s t r i b u t e d T e mp e r a t u r e S e n s i n g)系统 依据 电缆材 料的特性及 电缆火灾 的成 因，在进行性能化防火设计时，一定要因地制 宜，有 的放矢。美 国 G S I 工业公 司生产 的可 恢复模拟 量线 型差定 温探测器(T h e r mo C a b l e)是一种较 为先进 的缆式传感 电缆，它与 微机调制器两部分组成，对高压动力 电缆的 运行中的状况 以及温度变化实施监控，但 由 于它是 以正弦波 的形式盘缠在电缆上 的(波 距一般为 1 8 m)，对同一高压电缆而言，就会 出现明显的失控点，这是其一；其二，通过很 长一段时间的运行观察，还发现其容易受 到 高压电的侵害，例 如，当高压 电缆发 生放炮(高压放 电)时，强大的电流瞬息之间会通过 传感 电缆迅速传递到消防监控系统 的子站与 主站，并将其元器件烧毁，使消防控制系统失 灵，从 而给企业的生产造成不安全因素和 很 大的威胁。大多数电缆故障都是接 头故 障引发的，电缆 中间接头制作质量不高，是造成 电缆接 头处绝缘老化，绝缘烧穿，最后导致 电缆火灾 发生的主要内在原因之一；另一方面，电缆线 路的长期满载、过载、老化等原因造成的火灾 事故也不少。传统的感温 电缆监测方式，只 能监测若干个点或某些特定 的区域，而不 能 定时反映整条线路温度场情况，这样就埋下 了更多的火险隐患，因此，温度已成为判断电 缆运行是否正常 的非常关键 的要素之一，许 多物理特性 的变化都直接反映在温度的升降 上，所 以对电缆温度进行监测 的意 义越来越 大，因此，配备可靠有效的分布式光纤电缆温 度在线监测系统更为必要。美 国 S T公 司生 产 的分 布式光 纤 测 温(D T S)系统，可以很好地解决线性对象 的温 度监测 问题。沿着电缆敷设测温光缆，就可 以连续得到沿着高压 电缆 每一点 的温 度信 息，从而对其实施有效的防火监测，故可大-I 地降低火灾事故 的发生率。通过使用分布式光纤温度监测系统对高 压电缆运行温度进行实时在线监测：(1)可以在事故 发生之前进行 预警，进 维普资讯 http:/ 太钢科技 3 9 行热点的定位，并迅速采取措施，有效避免火 灾事故的发生，提高供电可靠性及 安全生产 水平；(2)可以保 证在不超过 电缆 的允许运行 温度的情况下，最大地发挥 电缆的传输能力，降低运行成本；(3)通过长期监测，积累数据，发现 电缆 的运行温度受环境等 因素影响 的规律，为电 缆线路的设计和安全运行提供资料；(4)可以指导检修工作，减少维 护检修 费用，节约成本，提高效率；(5)可以减少停电造成 的经济损失和社 会影响。4 2 电缆防火封堵(1)电缆防火封堵 的作用 防火：阻止火灾蔓延；防烟：防尘、防小动物；形成防火分 区，配合灭 火系统进行 区 域划分，如电缆隧道等场所。(2)电缆防火封堵部位及措施 电缆隧道：防火墙、防火门；电缆沟：进 出室 内沟 口，沟与 沟交叉 口，沟与隧道交叉 口，沟与竖井交叉 口等；电缆夹层：电缆桥架阻火盒、电缆桥架 阻火墙；电缆竖井：在零米层与隧(沟)道 的接 口，以及穿楼板的竖井 口；电气室地下室：水幕分隔；电缆引入孑 L：穿墙孑 L，穿楼板孑 L 洞等；控制柜、配 电柜底部、盘 柜底部 开孑 L 处。(3)封堵材料 膨胀型有机防火堵jl；无机防火堵料；防火包；，防火槽盒；防火板；防火门。在电缆填充率高的场所使用膨胀倍数 3的无卤膨胀型防火堵料，使其耐火极 限达 到 3 h以上，达到一级耐火等级；电缆 隧道 的 防火墙应采用甲级防火门。4 3 细水雾 自动灭火系统 为了保护环境、减少 污染、节省能源，我 们在电缆 自动灭火设施方面，主要选择 了细 水雾 自动灭火系统。水是绿色环保 物质，不 污染环境，不破坏大气臭氧层，不损坏被保护 对象，雾化后 不导 电，安全可靠、经济实用。同时，太钢采用 的消防水是经处理过 的净环 水，水质符合灭火需求，从 而进一步节省了宝 贵的水资源，而且细水雾灭火技术作为哈龙 主要替代技术之一，得到 了社会各 界的关注 与青睐。(1)细水雾灭火主要性能指示(表 1)(2)细水雾 自动灭火系统的工艺流程(图 1)消防水源一消防水泵一消防供水管网一 雨淋控水阀组一灭火区配水管网一水雾喷头 表 1 细水雾灭火主要性能指标 维普资讯 http:/ 4 0 2 0 0 7年第 4期 消防水泵 图 1 细水雾灭火系统工艺流程图(3)水雾喷头与雨淋控水阀 由于不同燃烧物火灾的特性不一样，因 此，要充分考虑冶金企业及电缆隧道、电缆夹 层、电气室地下室 的特点。我们采用 电缆室 电器火灾细水雾专用喷头(开式离心式)，雾 滴直径 D在 0 0 50 3 ra m之间。该喷头采 用离心雾化原理，具有 喷射 速度高，雾化均 匀，雾滴直径细，贯穿力强，适用 于扑救 电缆 及 电器设备火灾。同时我们在每个细水雾灭火分区设置了 一套细水雾 雨淋控水 阀。其具有 开启速度 快、流动损失小、使用寿命长、可靠性高、密封 性能好等特点，而且具备防误喷功能。(4)细水雾灭火原理 细水雾灭火 系统对保护对 象可实施 灭 火、抑火、控火、控温和降尘的多种方式保护，其 灭火机 理如 下：表面冷却。相同体积的水以水雾滴形 态喷出时比直射流形态喷出时的表面积要大 几百倍，当水雾喷射到燃烧表面时，因换热面 积大而会吸收大量的热迅速汽化，使燃烧物 质表面温度迅速降到物质热分解所需要的温 度以下，使热分解中断，燃烧 即中止。表面冷 却的效果不仅取决于喷雾液滴的表面积，同 时还取决于灭火用水的温度与可燃物 闪点的 温度差，闪点愈高，与喷雾用水两者之 间温差 愈大，冷却效果愈好。窒息。水雾滴受热后汽化形成原体积 1 6 8 0倍 的水蒸气，可使燃烧物质周围空气中 的氧含量降低，燃烧将会因缺氧而受抑或 中 断。实现窒息灭火的效果取决于能否在瞬间 生成足够的水蒸气，并且完全覆盖整个着火 面。乳化。只适用 于不 溶 于水的可燃 液 体，当水雾滴喷射到正燃烧的液体表面时，由 于水雾滴 的冲击，在液体表层造成搅拌作用，从而形成液体表层 的乳化，由于乳化层的不 燃性使燃烧 中断。对于某些轻质 油类，乳化 层只在连续喷射水雾 的条件 下存 在，但 对粘 度大的重质油类，乳化层在喷射停止后仍 能 维普资讯 http:/ 太钢 科 技 4 l 保持相 当长的时间，这一点对于防止复燃是 十分有利的。稀释。对于水溶性液体火灾，可利用 稀释液体，使液体 的燃烧速度降低 而较 易扑 灭。灭火的效果取决 于水雾 的冷却、窒息和 稀释的综合效应。阻隔热辐 射。细 水雾 喷人 电缆火场 后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟 雾笼罩，对于火焰的辐射热具有极佳 的阻隔 能力，能够有效抑制 辐射热 引燃周 围其它 电 缆，达到防止火焰蔓延的效果。浸润作用。颗粒大冲量大的雾滴会冲 击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻 止固体挥发可燃气体 的进一步产生，达到灭 火和防止火灾蔓延扩散的 目的。(5)细水雾灭火优势 细水雾灭火节水效果是显著的。经实验 得知，水喷 雾 的用水量 是水 喷淋 的 7 0 9 0 ，而细 水雾 用水 量是 水 喷雾 的 3 0 左 右，因此，细水雾灭 火系统是节能环保，电缆 防火的守护神。5结论 总之，对于各种高低压 电缆，目前已开发 出多种阻燃性 电缆，甚至还开发 出低烟和无 毒型电缆，但是电缆的价格 比较 昂贵，而且电 缆的等级也不高。因此，还不能取代传统 的 聚氯乙烯和交联聚乙烯 电缆，故 在设计重要 场所的电缆线路时，必须考虑防火封堵、火灾 自动报警和 自动灭火等问题。只有根据电缆 的特性，有针对性地采取防火措施，是可以防 止和减少电缆火灾发生的。参考文献 1 水喷雾灭火系统设计规范(G B 5 0 2 1 9-9 5)2 细 水 雾灭 火 系统 设计、施工 及验 收规 范 (DB 4 2 1 8 2-2 0 0 4)3 电缆 防 火 措 施 设 计 和 施 工 验 收 标 准(D L-GJ 1 5 4-2 0 0 0)【4 S e n s e r T r a n 分布式光纤测温系统电力领域监测应 用技术 白皮书(广州 皓龙能源科技有 限公 司 2 0 0 7 5)太钢获全 国能源审计报告质量一类企业荣誉 在 2 0 0 7年 9月 2 1 E t 至 2 2日由国家发 改委组织召开 的千家企业节能工作会议上，太钢获全 国能源 审计报告 质量一类 企业荣 誉。去年以来，太钢认真 贯彻国务 院关 于 加强节能工作的决定 精神，落实 千家企业 节能行动实施方案，通过大力推 动节能减 排工作，取得 了企业循环经济的快速发展，为 推动我 国工业 企 业节 能工作 的开展，实现“十一五”节能降耗 目标奠定 了扎实基础。从此次开展 的企业能源审计及编制节能 规划工作情况中表明，太钢能源管理机构健 全，制度完善，能源 审计报告在规范性、完整 性和科学性方面均符合能源审计报告的标准 和要求，在全国 8 1家能源审计报告质量一类 企业 中，太钢荣列一类企业荣誉。(摘 自相关报道)维普资讯 http:/