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2010-04-22 09:15 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
引言
工業(yè)電纜是一種重要的電力傳輸設備,現代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn),離不開(kāi)電能,而電力的輸送則是由大量的電纜來(lái)完成的。電纜隧道火災事故,危害極大。它不但會(huì )燒毀大量電纜及其它設備,迫使大型工廠(chǎng)停機,造成大面積停電,而且由于電纜往往集中敷設,一旦起火,影響范圍廣,修復時(shí)間長(cháng),造成的損失大。
一般的電纜敷設方式有電纜溝和電纜隧道,電纜隧道適合大量的電纜長(cháng)距離傳輸,因此它的安全性至關(guān)重要。
1.隧道火災特點(diǎn):
電纜是以爆燃形式起火燃燒的。電纜著(zhù)火后,火勢順著(zhù)電纜線(xiàn)呈線(xiàn)形燃燒,出煙濃火小速度慢,如果隧道內有多層電纜或電纜交叉疊放,就會(huì )形成立體燃燒。呈現以下特點(diǎn):
1.1隧道氣流速度大,加之燃燒釋放出的熱量不易散發(fā),起火后熱量迅速積累,隧道內溫度驟升,導致火勢迅猛發(fā)展。
1.2通道狹長(cháng),大量煙氣難以排出,人員疏散困難。
1.3隧道縱向的坡度較大,一旦起火,很容易形成煙囪效應,溫度和煙會(huì )迅速傳播。
1.4火災撲救困難。
1.5火災損失大。[1]上海供電局2001年因電纜中間頭過(guò)熱引起電纜隧道火災,大面積電纜被燒損,導致市區大面積停電事故;1999年牡丹江第二發(fā)電廠(chǎng)因電纜溝火災,導致全廠(chǎng)停電事故,直接、間接損失達近千萬(wàn)元。
1.6易復燃,撲救時(shí)間長(cháng)[2]在電纜隧道火災撲救過(guò)程中大多數采用噴水滅火,水在高溫下會(huì )和可燃的電纜絕緣材料小顆;旌,隨著(zhù)火勢蔓延,當遇到明火時(shí),就會(huì )馬上燃燒起來(lái),給滅火人員帶來(lái)很大困難。
2.救援滅火關(guān)鍵
由于電纜隧道環(huán)境惡劣以及發(fā)生火災時(shí)產(chǎn)生一些爆炸等連鎖反應,破壞了隧道照明設施,因此,在隧道火災救援滅火工作中,大量煙氣的積聚使能見(jiàn)度降低給救援人員帶來(lái)的很大困難。因大量煙氣不容易排出隧道外,積聚的煙氣會(huì )阻礙救援滅火人員的視線(xiàn),難以判斷火源的位置。另外,大量的煙氣所造成的輻射熱使得周?chē)鷾囟壬,使消防滅火人員難以接近,救援滅火工作非常困難。
根據火災傷亡的統計,火災條件下人員傷亡的原因大多數是由于煙氣(HCl、CO等)中毒、高熱、缺氧。[3]
綜上所述,如果能測量、分析發(fā)生火災時(shí),煙氣和氧氣的濃度以及火焰蔓延情況,找出適合人生存逃亡區域,將會(huì )給救援、滅火工作帶來(lái)很大幫助,大大降低損失。
3.數值模擬
3.1數值計算原理
FDS是以火災中流體運動(dòng)為主要模擬對象的計算流體動(dòng)力學(xué)軟件。該軟件采用數值方法求解受火災浮力驅動(dòng)的低馬赫數流動(dòng)N-S方程,重點(diǎn)計算火災中的煙氣和熱傳遞過(guò)程。進(jìn)行FDS模擬是為了得到一系列有關(guān)煙霧、溫度、毒氣等相關(guān)參數,指導實(shí)際設計工程,以保證一旦火災發(fā)生,其煙霧保持在一定的疏散高度之上、毒氣濃度在一定的范圍內,從而不會(huì )威脅到疏散人員的安全。
3.2數值建模
1.根據實(shí)物,建立模型長(cháng)×寬×高=6m×2m×2m,取網(wǎng)格參數見(jiàn)表1。
2.根據實(shí)際的銅芯橡膠絕緣電纜線(xiàn),按銅:塑料=6:4進(jìn)行電纜材料配比。
3.在實(shí)驗中取點(diǎn)火源(紅色小立方體0.1m×0.1m×0.1m),熱功率為1500KW。
4.根據實(shí)際電纜隧道中電纜尺寸,在網(wǎng)格中建立電纜模型(3列×2排),模型左側設計為空曠即是通氣的,在右側設置,面積2×2(米),風(fēng)速0.5m/s的抽風(fēng)機一個(gè),具體模型結果見(jiàn)圖5。
上述是建模的主要步驟,完成建模后,設置參數后,進(jìn)行3600S模擬計算。
3.3數據處理和分析
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研究煙氣分布對于火災救援非常重要,尤其是環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)所,在電纜隧道火災模擬中,對實(shí)驗數據分析,繪圖比較,發(fā)現隨著(zhù)時(shí)間增加,隧道由于通風(fēng)不佳,煙氣大量積累,在273.6秒(4.56分鐘)時(shí),煙氣只存在于0.5米高,到了1058.4秒(17.64分鐘)時(shí)(如圖3),其能見(jiàn)度已經(jīng)很小,而在此時(shí),可燃物還在劇烈燃燒,煙氣還在積累,人員幾乎不可能生存。
從圖6中可以看出,當612秒(10.2分鐘)時(shí),煙氣的濃度達到最大值。
通過(guò)繪圖比較可以發(fā)現以下規律:
1.隧道電纜發(fā)生火災時(shí),煙氣從著(zhù)火源即燃燒較劇烈的一側,向燃燒程度低的區域延伸。
2.煙氣由于火羽流熱作用,先上升至頂部,而后順著(zhù)墻面向下延伸。
3.煙氣延伸速率很快。根據實(shí)驗數據,在518.0秒(8.64分鐘)時(shí),距離地面1.0m以上的空間已經(jīng)充滿(mǎn)煙氣。如圖4.
因此,在火災現場(chǎng),消防滅火人員應該順著(zhù)燃燒劇烈程度較低的一側,彎腰前進(jìn),那些在火災中逃亡者也應該如此,或者爬到地上臉朝下,等待救援人員的到來(lái)。同時(shí),消防人員可以根據煙氣分布初步判斷著(zhù)火源的大概位置,便于實(shí)施滅火和救援工作。
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在實(shí)驗中,可以看到在10.8s時(shí),火焰開(kāi)始在垂直方向迅速蔓延,到達414.0s(6.9分鐘)時(shí)形成頂棚射流,加劇了火焰的蔓延,在529.0s(8.81分鐘)時(shí),火焰開(kāi)始在水平方向蔓延,到698.4s(11.64分鐘)時(shí),火已經(jīng)蔓延到左側上層電纜,到1580.4s(26.34分鐘)時(shí),火焰已經(jīng)充滿(mǎn)了整個(gè)隧道模型。
分析可知,火從陰燃到劇烈燃燒,只用了500s(8.33分鐘)。在現實(shí)中,電纜隧道一旦發(fā)生火災如果自動(dòng)滅火系統不能在8.33分鐘內自動(dòng)滅火,火焰就會(huì )蔓延,引燃整個(gè)隧道電纜,向兩端蔓延。在模型計算中,6米長(cháng)隧道,火焰蔓延只用了860s(14.33分鐘)。在實(shí)際現場(chǎng),電纜隧道火災時(shí)由于有煙囪效應,風(fēng)速一般為0.5m∕s[4],加速了火焰蔓延,火焰蔓延速度更快。
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過(guò)上述數據分析和作圖比較,可以看出,在電纜開(kāi)始燃燒時(shí)的262.0s時(shí),火焰開(kāi)始加速蔓延,火羽流上升碰到頂棚時(shí),快速形成頂棚射流,沿頂棚以水平方向運動(dòng)。在264.0s(4.40分鐘)時(shí)火羽到達左側,在288.0s(4.80分鐘)時(shí)火羽到達右側。在288.0s時(shí),距地面1.7米以上的氧氣濃度明顯下降,到468.0s(7.80分鐘)時(shí),距地面1.7米以上的氧氣已經(jīng)被完全消耗。由于在右側放置了一個(gè)風(fēng)速為0.5m/s的抽風(fēng)機,所以在火羽蔓延上風(fēng)方向,燃燒劇烈,氧氣濃度降低較迅速。當在1432.8s(23.88分鐘)時(shí),距離地面0.4米以上的空間形成短暫無(wú)氧區域。到1699.2s(28.32分鐘)時(shí),由于燃燒將盡,左側為通風(fēng)面,氧氣濃度開(kāi)始回升,而右側氧氣濃度回升不明顯。
4.數值模擬結論與建議
根據隧道的火災原因和火災隱患,以及上述關(guān)于隧道火災中煙氣和氧氣分布,以及火焰蔓延速速特性的分析,提出以下建議:
4.1提高隧道耐火等級。
隧道發(fā)生火災時(shí),其頂部溫度高達1000℃。(在模擬實(shí)驗中1.9米處溫度探頭測得最高溫度972℃)。應該采取其他保護措施,比如,在壁面涂防火涂料,以提高其耐火等級,防止隧道內鋼筋混凝土在火災中迅速升溫而降低強度,避免混凝土炸裂,襯內鋼筋破壞失去支撐能力而導致隧道垮塌。
4.2在防火分區設置火災應急廣播。
在《火災自動(dòng)報警系統設計規范GB50116-98》第5.5.2條明確規定,每個(gè)防火分區至少應設一個(gè)火災警報裝置,其位置宜設在各樓層走道靠近樓梯出口處。警報裝置宜采用手動(dòng)或自動(dòng)控制方式[5]
4.3加強日常巡視和檢修。
隧道火災如果發(fā)現不及時(shí),滅火工作動(dòng)作不迅速,后果是很?chē)乐氐。同時(shí),如果加強日常巡視和檢修,也能大大降低發(fā)生火災的可能性,從根本上起到了防范作用。
5.結束語(yǔ)
電纜隧道火災災害,后果嚴重。本人通過(guò)實(shí)驗檢測到煙氣中含有HCl氣體,以及通過(guò)FDS軟件模擬電纜隧道火災實(shí)驗數據分析,得出一些結論和建議,希望能對現場(chǎng)的實(shí)際防火防爆工作有意義。
電纜隧道火災的防范不僅僅要有先進(jìn)技術(shù),還要有合理有效的日常管理制度和健全的法律制度。
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