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综合管廊消防灭火系统的选择与超细干粉灭火系统的设计

2018-04-03 11:10:01 山东环绿康新材料科技有限公司 阅读

综合管廊消防灭火系统的选择与超细干粉灭火系统的设计

  秦玉旺   李素莲

 

摘要:本文分析了综合管廊中的电缆起火的主要原因,介绍了扑救综合管廊电缆火灾的主要灭火系统,论述了HLK超细干粉自动灭火系统应用于综合管廊消防系统设计原理和方法。

关键词:综合管廊、消防、超细干粉灭火系统

1  概述

随着现代化城市建设的要求,将电力、通讯、燃气、供热、给排水线管安装入综合管廊,已成为发展的趋势。综合管廊的电缆舱室内由于电缆密集布置,同时还设置有变压器、互感器等电力设施,容易发生火灾。因此GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》中规定,干线、支线容纳电力电缆的舱室,应设置自动灭火系统;其他容纳电力电缆的舱室宜设置自动灭火系统。【1】

本文拟对容纳电力电缆的管廊起火的主要原因做简要的分析,对电缆管廊几种主要灭火系统进行简要介绍,并就HLK超细干粉自动灭火系统应用于管廊消防系统的优势及设计原理和方法作简要论述,以供管廊消防系统的设计、应用参考。

2  电力电缆管廊发生火灾的主要原因及特点

2.1  电力电缆起火的几种主要原因

导线电缆由导体、绝缘层和保护层组成,电缆在常规工作条件下是安全运行的。但当其在过载、短路、局部过热等故障状态及外热作用下就会引起绝缘材料绝缘电阻下降、失去绝缘能力、进而燃烧,引发火灾事故。

a) 外热作用下的起火 

在外热作用下,绝缘材料聚氯乙烯在240℃时开始出现明显的化学分解,470℃时就会完全炭化并燃烧,火灾温度一般在800~1000℃。

在火灾现场,火场高温作用于导线电缆,其绝缘层会在极短的时间内发生脆化、炭化,直至燃烧,失去绝缘能力,造成短路,引发次生的电气火灾事故的发生。

b) 过载情况下的起火

当增加用电设备或线路截面设计过小时,在运行中就会出现过热使绝缘击穿,发生短路引发火灾。聚氯乙烯绝缘电缆在过载33%就会达到允许工作温度,过载再大就会使其发热加剧从而引发火灾事故。电缆超负荷运行极易使电缆接头过热击穿,放炮起火。

c) 短路状态下的起火

 短路是导线电缆火灾的重要原因,一般是绝缘破损、失效以及违章操作而造成。在短路状态下,电缆在瞬间会引发绝缘材料熔化、燃烧并引燃周围可燃物。

2.2  管廊内的其他电力设备起火的主要原因

管廊内的其他电力设备如变压器、高压并联电抗器、电流互感器、开关、断路器等带电设备,由于过热或短路产生电弧也容易产生火灾。

变压器是变电站内重要的设备,也是容易发生火灾的设备。油浸变压器的油闪点为140℃,当变压器内部故障发生电弧闪烁时易发生燃烧爆炸。

2.3  电缆管廊火灾的特点

a) 电缆及设备数量大,电缆之间及电缆桥架层之间布置密集,火灾发展迅速。【2】

b) 电缆燃烧既有无焰燃烧(阴燃),又有有焰燃烧。若阴燃不及时扑灭,又迅速发展为有焰燃烧,火灾燃烧形式多样复杂。

c) 电力系统的油断路器等油浸设备温度过高使油产生蒸汽,其蒸汽燃烧火势较猛,且易产生闪爆。

3  电缆管廊消防系统的选用

   电缆管廊消防系统,国内外通常使用的有:水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统、气体灭火系统、超细干粉灭火系统。

3.1 水喷雾灭火系统

水喷雾灭火系统可用于很多场所灭火、抑制和控制火势。水喷雾灭火系统应用于变配电及电缆敷设场所的缺陷:

 a) 灭火效率低。水喷雾灭火系统在单位时间内向每平方米保护面积提供的最低限度的喷雾量要求大,持续时间长。表1为设计喷雾强度与持续喷雾时间。【3】

表1 设计喷雾强度与持续喷雾时间

防护目的

保护对象

设计喷雾强度

(L/min·㎡)

持续喷雾时间

(h)

 

 

 

 

固体火灾

15

1

液体火灾

闪点60—120℃的液体

20

0.5

闪点高于120℃的液体

13

电气火灾

油浸式电力变压器、油开关

20

0.4

油浸式电力变压器的集油坑

6

电     缆

13

  b) 只能进行局部保护应用灭火,不能进行全淹没应用灭火。在水喷雾直接喷到的位置才能灭火,水雾不能直接喷到的位置不能灭火,因此喷头的布置必须保证水雾能喷到所有的保护面,对喷头的数量及技术要求高。

   c) 灭火系统体积庞大。由于灭火效率低,持续的时间长,需要的水量多,因此需具备专用消防水源,加压设施及大量管道。

   d) 大量的水喷射在带电设备上,容易形成电路短路,给供电系统造成损害。

3.2 细水雾灭火系统

细水雾灭火系统有诸多优点,用于发电机房、变压器房、综合管廊等场所应用扑救火灾优于水喷雾。

根据使用情况看,细水雾灭火系统安装于综合管廊的消防使用,也存在以下实际问题:

a) 细水雾灭火系统在电缆隧道、夹层的最小喷雾强度为2.0L/min▪㎡,灭火系统的设计持续喷雾时间不应小于30min。【4】要可靠灭火,按最小喷雾强度计算,每㎡需60L水,灭火系统体积庞大,在狭窄的管廊安装,带来诸多实际问题。

b) 细水雾灭火系统防护分区的容积,对于泵组系统不宜超过3000m³,对于瓶组系统不宜超过260m³。【5】通常的电缆仓宽度为3-4m,高为3m,200m一个防护门的分区容积为1800-2400m³,泵组系统基本符合要求。管廊往往有数个分区至数十个分区,灭火系统配套设施专用水池和泵组数量庞大,增加了安装和运营成本。

3.3  气体灭火系统

目前常用的气体灭火系统有七氟丙烷灭火系统、LG541灭火系统、热气溶胶灭火系统。气体灭火系统设计应用于综合管廊消防存在缺陷:

a)灭火剂要求浓度高。七氟丙烷灭火剂灭火效能为450-500g/m³,LG541灭火剂灭火效能为700-900g/m³,灭火剂需要量大,带来灭火系统数量增多、管道长、体积庞大、在管廊内不便于安装等实际问题。热气溶胶灭火装置充装的灭火剂,灭火效能约为55g/m³,但由于采用药剂燃烧产生烟雾灭火,灭火时间长达20S以上,灭火速度慢。

b)灭火系统单个防护的保护面积受限制。气体灭火系统设计规范规定,采用管网灭火系统时,一个防护区的面积不宜大于800㎡;采用预制灭火系统时,一个防护区的面积不宜大于500㎡。【6】综合管廊单个防护区面积往往超过800㎡,气体灭火系统应用于综合管廊狭长而计算面积大的场合,灭火效果较差。

3.4  超细干粉灭火系统

超细干粉灭火系统是最近几年发展起来的新型灭火系统。充装于灭火系统的超细干粉灭火剂由于粒径小、表面积大,其灭火基理以化学灭火为主,其灭火效能为目前在用的灭火剂中最高的一种。【7】超细干粉灭火剂目前为两类,一类为磷酸铵盐ABC超细干粉灭火剂,灭火效能为90g/m³-120g/m³,是普通ABC干粉灭火剂的5倍;另一类为HLK聚合材料ABC超细干粉灭火剂,灭火效能为65g/m³,是普通ABC干粉灭火剂的10倍。

HLK超细干粉灭火剂是一种新发明的无机聚合物为基材的复合材料作为灭火组分,采用目前最先进的生产工艺制备的环保型高效灭火剂。该灭火剂的物质不吸潮不结块,在常态下不分解,无毒无害,无腐蚀,对保护物不造成任何影响,既可全淹没应用灭火,又可局部应用灭火。该灭火剂中的灭火组分在国外被用于电缆的防火涂层。

                       表2 HLK超细干粉的灭火效能与灭火时间

防护目的

保护对象

灭火效能

灭火时间

(s)

 

 

 

 

固体火灾

≤65g/m3

<2

液体火灾

闪点小于28℃的液体

≤65g/m3

<2

闪点大于60℃的液体

≤65g/m3

电气火灾

油浸式电力变压器、油开关

≤65g/m3

  2

油浸式电力变压器的集油坑

≤65g/m3

     

≤65g/m3

注:1)表中的参数为HLK超细干粉灭火剂通过国家3C认证检验的技术参数

3.4.1 HLK超细干粉灭火装置的结构

灭火装置按驱动方式分为贮压式和非贮压式两类。贮压式灭火装置,主要由灭火剂贮罐、喷头、压力指示器、感温元件、电引发器等组成。非贮压式灭火装置主要由灭火剂贮罐(或壳体)、气体喷发剂盒、铝箔喷口、感温引发器、电引发器等组成。


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 1HLK超细干粉灭火装置的组成结构图

3.4.2  HLK超细干粉灭火装置工作控制原理

灭火装置采用温控启动和电控启动两种启动方式。单具灭火装置可同时具有温控启动和电控启动两种启动方式。应用于综合管廊时,多具灭火装置连接形成无管网自动灭火系统。原理图见图2.

当防护区发生火灾,环境温度上升至灭火装置设定的公称动作温度时,灭火装置自动启动释放超细干粉灭火剂灭火。

将灭火装置上的电引发器与火灾探测报警控制系统相连接,灭火装置处于电控自动启动方式。接收到火灾探测报警控制系统启动信号,一个防护区内的灭火装置可同时启动。

防护区发生火灾时,火灾报警控制系统启动灭火装置释放超细干粉灭火剂灭火。装有信号反馈器时,信号反馈器向灭火控制器反馈灭火剂释放信号。

3.4.3  HLK超细干粉灭火装置在综合管廊消防系统中的应用

  a)贮压式悬挂式灭火装置,压力氮气和灭火剂同贮存于灭火装置的罐体中。防护区发生火灾时,喷口自动开启,压力氮气驱动灭火剂释放灭火。非贮压悬挂式灭火装置平时处于常压状态,发生火灾需启动灭火装置时,装置内的喷发剂瞬间产生压力气体,驱动灭火剂释放灭火。管廊消防系统,贮压式灭火装置和非贮压灭火装置均可应用。

 b)灭火装置在管廊消防系统应用时,安装于管廊上方顶部位置,喷口朝下,灭火剂释放后瞬间全淹没灭火,不必直接对着保护物喷射灭火剂。灭火装置安装见图3。

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                     图2 HLK超细干粉灭火装置工作控制原理图             图3  灭火装置安装

c)灭火装置灭火时间小于5s,在管廊中分区可不用安全门隔离。

 4  HLK超细干粉灭火装置应用于管廊消防系统中的设计

灭火装置采用分区联动的启动方式,分区可按管廊的安全隔离门的自然分区方法。应用设计,宜采用全淹没应用设计。灭火剂设计灭火浓度,不得小于1.2倍国家法定检验机构出具的生产厂家灭火剂灭火效能有效注册数据。【8】

4.1  超细干粉灭火剂设计用量宜按下式计算【9】

    m=C×V1×k1

式中:

m- 灭火剂设计用量(kg);

C-灭火剂设计灭火浓度(kg/m³),按厂家注册数据×1.2倍;

V1-防护区容积(m³);

k1-配置场所危险等级补偿系数。

4.2  超细干粉灭火装置数量宜按下式计算【10】

N≥m/m1

式中:

N-灭火装置数量(具)

m1-单具灭火装置额定重装量(kg)。

4.3  设计举例

管廊电缆仓宽4m,高3m,每200m设一道安全隔离门。宜以隔离门划分防护区,每200m划为一个防护区,灭火装置按区启动。

4.3.1 灭火剂设计用量的计算及灭火装置的配置

    a)单防护区灭火剂设计用量

 m=C×V1×k1

C-灭火剂设计灭火浓度(kg/m³),为0.065kg×1.2(HLK超细干粉 3C认证注册数据为65g/m³);

k1-配置场所危险等级补偿系数,取1.2。

m=0.065kg×1.2×(4m×3m×200m)×1.2

  =0.078kg×2400×1.2

  =224.64(kg)

    b)单防护区灭火装置配置数量

N≥m/m1

m1-单具灭火装置额定充装量。可选用FZX-ACT5.5/1.5-HLK型灭火装置,灭火剂充装量5.5kg。

N=224.64÷5.5

≈40.72(具)取41具

c)灭火装置安装间距计算

200m÷41具≈4.88(m)

防护区内灭火装置均衡布置间距4.8m。见图4.

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图四  灭火装置布置平面

d)整个管廊灭火装置数量

(6000÷200)×41=1230(具)

5  结束语

综上所述,综合管廊动力电缆仓内容易发生火灾。可应用的灭火装置主要有水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统、气体灭火系统、超细干粉灭火系统,上述灭火系统各有优势和缺陷。从灭火效能高、技术先进、便于安装维护、经济合理及环保安全等诸方面综合比较,推荐使用HLK超细干粉灭火系统。

参考文献

【1】GB50838-2015   城市综合管廊工程技术规范

【2】程洁群  综合管廊消防设计探讨   武警学院学报第30卷第8期

【3】GB20219-2014   水喷雾灭火系统技术规范

【4】、【5】GB50898-2013  细水雾灭火系统技术规范

【6】GB50370-2005   气体灭火系统设计规范

【7】吴颐伦   新型高效灭火剂   消防技术与产品信息2000(7)

【8】GB50347-2004   干粉灭火系统设计规范

【9】、【10】DB37/T1317-2009超细干粉灭火系统设计、施工及验收规范