浅谈工业电缆隧道火灾救援与灭火研究

浅谈工业电缆隧道火灾救援与灭火研究引言工业电缆是一种重要的电力传输设备，现代工业企业的生产，离不开电能，而电力的输送则是由大量的电缆来完成的。电缆隧道火灾事故，危害极大。它不但会烧毁大量电缆及其它设备，迫使大型工厂停机，造成大面积停电，而且由于电缆往往集中敷设，一旦起火，影响范围广，修复时间长，造成的损失大。一般的电缆敷设方式有电缆沟和电缆隧道，电缆隧道适合大量的电缆长距离传输，因此它的安全性至关重要。1.隧道火灾特点：电缆是以爆燃形式起火燃烧的.电缆着火后,火势顺着电缆线呈线形燃烧，出烟浓火小速度慢，如果隧道内有多层电缆或电缆交叉叠放,就会形成立体燃烧。呈现以下特点：隧道气流速度大，加之燃烧释放出的热量不易散发，起火后热量迅速积累，隧道内温度骤升，导致火势迅猛发展。通道狭长，大量烟气难以排出，人员疏散困难。隧道纵向的坡度较大，一旦起火，很容易形成烟囱效应，温度和烟会迅速传播。火灾扑救困难。火灾损失大。1上海供电局 XX 年因电缆中间头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故；1999 年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电事故，直接、间接损失达近千万元。易复燃,扑救时间长2在电缆隧道火灾扑救过程中大多数采用喷水灭火，水在高温下会和可燃的电缆绝缘材料小颗粒混合，随着火势蔓延，当遇到明火时，就会马上燃烧起来，给灭火人员带来很大困难。2.救援灭火关键由于电缆隧道环境恶劣以及发生火灾时产生一些爆炸等连锁反应，破坏了隧道照明设施，因此，在隧道火灾救援灭火工作中，大量烟气的积聚使能见度降低给救援人员带来的很大困难。因大量烟气不容易排出隧道外，积聚的烟气会阻碍救援灭火人员的视线，难以判断火源的位置。另外，大量的烟气所造成的辐射热使得周围温度升高，使消防灭火人员难以接近，救援灭火工作非常困难。根据火灾伤亡的统计，火灾条件下人员伤亡的原因大多数是由于烟气（hcl、co 等）中毒、高热、缺氧。3综上所述，如果能测量、分析发生火灾时，烟气和氧气的浓度以及火焰蔓延情况，找出适合人生存逃亡区域，将会给救援、灭火工作带来很大帮助，大大降低损失。3.数值模拟数值计算原理fds 是以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动 n-s 方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。进行 fds 模拟是为了得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，指导实际设计工程，以保证一旦火灾发生，其烟雾保持在一定的疏散高度之上、毒气浓度在一定的范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。数值建模1.根据实物，建立模型长宽高=6m2m2m，取网格参数见表 1。表 1 网格参数轴minmax网格数x60y20z-202.根据实际的铜芯橡胶绝缘电缆线，按铜：塑料=6：4 进行电缆材料配比。3.在实验中取点火源（红色小立方体） ，热功率为 1500kw。4根据实际电缆隧道中电缆尺寸，在网格中建立电缆模型（3 列2 排） ， ，模型左侧设计为空旷即是通气的，在右侧设置，面积 22（米） ，风速/s 的抽风机一个，具体模型结果见图 5。图 5：电缆隧道火灾模型上述是建模的主要步骤，完成建模后，设置参数后，进行 3600s 模拟计算。数据处理和分析（一）烟气图 2：烟气纵向分布曲线 图 3：秒燃烧情况 图 4：烟气纵向分布情况研究烟气分布对于火灾救援非常重要，尤其是环境比较恶劣的场所，在电缆隧道火灾模拟中，对实验数据分析，绘图比较，发现随着时间增加，隧道由于通风不佳，烟气大量积累，在秒（分钟）时，烟气只存在于米高，到了秒（分钟）时（如图 3） ，其能见度已经很小，而在此时，可燃物还在剧烈燃烧，烟气还在积累，人员几乎不可能生存。从图 6 中可以看出，当 612 秒（分钟）时，烟气的浓度达到最大值。通过绘图比较可以发现以下规律：1.隧道电缆发生火灾时，烟气从着火源即燃烧较剧烈的一侧，向燃烧程度低的区域延伸。2.烟气由于火羽流热作用，先上升至顶部，而后顺着墙面向下延伸。3.烟气延伸速率很快。根据实验数据，在秒（分钟）时，距离地面以上的空间已经充满烟气。如图 4。因此，在火灾现场，消防灭火人员应该顺着燃烧剧烈程度较低的一侧，弯腰前进，那些在火灾中逃亡者也应该如此，或者爬到地上脸朝下，等待救援人员的到来。同时，消防人员可以根据烟气分布初步判断着火源的大概位置，便于实施灭火和救援工作。(二)火焰蔓延情况图 5：秒燃烧情况在实验中，可以看到在时，火焰开始在垂直方向迅速蔓延，到达（分钟）时形成顶棚射流，加剧了火焰的蔓延，在（分钟）时，火焰开始在水平方向蔓延，到（分钟）时，火已经蔓延到左侧上层电缆，到（分钟）时，火焰已经充满了整个隧道模型。分析可知，火从阴燃到剧烈燃烧，只用了500s（分钟） 。在现实中，电缆隧道一旦发生火灾如果自动灭火系统不能在分钟内自动灭火，火焰就会蔓延，引燃整个隧道电缆，向两端蔓延。在模型计算中，6 米长隧道，火焰蔓延只用了 860s（分钟）。在实际现场，电缆隧道火灾时由于有烟囱效应，风速一般为s4，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。(三)氧气浓度:（黑色代表氧气分布，越黑，氧气浓度越大）图 6：秒氧气分布情况 图 7：秒氧气分布情况通过上述数据分析和作图比较，可以看出，在电缆开始燃烧时的时，火焰开始加速蔓延，火羽流上升碰到顶棚时，快速形成顶棚射流，沿顶棚以水平方向运动。在（分钟）时火羽到达左侧，在（分钟）时火羽到达右侧。在时，距地面米以上的氧气浓度明显下降，到（分钟）时，距地面米以上的氧气已经被完全消耗。由于在右侧放置了一个风速为s 的抽风机，所以在火羽蔓延上风方向，燃烧剧烈，氧气浓度降低较迅速。当在（分钟）时，距离地面米以上的空间形成短暂无氧区域。到（分钟）时，由于燃烧将尽，左侧为通风面，氧气浓度开始回升，而右侧氧气浓度回升不明显。4.数值模拟结论与建议根据隧道的火灾原因和火灾隐患，以及上述关于隧道火灾中烟气和氧气分布，以及火焰蔓延速速特性的分析，提出以下建议：提高隧道耐火等级。隧道发生火灾时，其顶部温度高达 1000。（在模拟实验中米处温度探头测得最高温度 972）。应该采取其他保护措施，比如,在壁面涂防火涂料，以提高其耐火等级，防止隧道内钢筋混凝土在火灾中迅速升温而降低强度，避免混凝土炸裂，衬内钢筋破坏失去支撑能力而导致隧道垮塌。在防火分区设置火灾应急广播。在火灾自动报警系统设计规范 gb50116-98第条明确规定，每个防火分区至少应设一个火灾警报装置，其位置宜设在各楼层走道靠近楼梯出口处。警报装置宜采用手动或自动控制方式5加强日常巡视和检修。隧道火灾如果发现不及时，灭火工作动作不迅速，后果是很严重的。同时，如果加强日常巡视和检修，也能大大降低发生火灾的可能性，从根本上起到了防范作用。5.结束语：电缆隧道火灾灾害，后果严重。本人通过实验检测到烟气中含有 hcl 气体，以及通过 fds 软件模拟电缆隧道火灾实验数据分析，得出一些结论和建议，希望能对现场的实际防火防爆工作有意义。电缆隧道火灾的防范不仅仅要有先进技术，还要有合理有效的日常管理制度和健全的法律制度。参考文献:1张喆,马占一起隧道火灾模拟及灭火行动中的排风干j 新西部,XX,10(1):：1-2 页2张霄,刘凯浅析地下电缆隧道火灾的扑救j广西民族大学学报(自然科学版)，XX（s1）：19-213任大海，主编 防火防爆安全便携手册m北京：机械工业出版社.，XX，1404邵刚，杨培中，金先龙fds 中非矩形边界隧道的自动建模j计算机工程与应用,XX，365覃文清，李风隧道火灾与防范j 消防科学与技术 ，XX，23（1）54-596中华人民共和国公安部，50116-98isbn 号:， 火灾自动报警系统设计规范 gb50116-98出版社:中国计划出版社，1999 年 5 月，第条引言工业电缆是一种重要的电力传输设备，现代工业企业的生产，离不开电能，而电力的输送则是由大量的电缆来完成的。电缆隧道火灾事故，危害极大。它不但会烧毁大量电缆及其它设备，迫使大型工厂停机，造成大面积停电，而且由于电缆往往集中敷设，一旦起火，影响范围广，修复时间长，造成的损失大。一般的电缆敷设方式有电缆沟和电缆隧道，电缆隧道适合大量的电缆长距离传输，因此它的安全性至关重要。1.隧道火灾特点：电缆是以爆燃形式起火燃烧的.电缆着火后,火势顺着电缆线呈线形燃烧，出烟浓火小速度慢，如果隧道内有多层电缆或电缆交叉叠放,就会形成立体燃烧。呈现以下特点：隧道气流速度大，加之燃烧释放出的热量不易散发，起火后热量迅速积累，隧道内温度骤升，导致火势迅猛发展。通道狭长，大量烟气难以排出，人员疏散困难。隧道纵向的坡度较大，一旦起火，很容易形成烟囱效应，温度和烟会迅速传播。火灾扑救困难。火灾损失大。1上海供电局 XX 年因电缆中间头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故；1999 年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电事故，直接、间接损失达近千万元。易复燃,扑救时间长2在电缆隧道火灾扑救过程中大多数采用喷水灭火，水在高温下会和可燃的电缆绝缘材料小颗粒混合，随着火势蔓延，当遇到明火时，就会马上燃烧起来，给灭火人员带来很大困难。2.救援灭火关键由于电缆隧道环境恶劣以及发生火灾时产生一些爆炸等连锁反应，破坏了隧道照明设施，因此，在隧道火灾救援灭火工作中，大量烟气的积聚使能见度降低给救援人员带来的很大困难。因大量烟气不容易排出隧道外，积聚的烟气会阻碍救援灭火人员的视线，难以判断火源的位置。另外，大量的烟气所造成的辐射热使得周围温度升高，使消防灭火人员难以接近，救援灭火工作非常困难。根据火灾伤亡的统计，火灾条件下人员伤亡的原因大多数是由于烟气（hcl、co 等）中毒、高热、缺氧。3综上所述，如果能测量、分析发生火灾时，烟气和氧气的浓度以及火焰蔓延情况，找出适合人生存逃亡区域，将会给救援、灭火工作带来很大帮助，大大降低损失。3.数值模拟数值计算原理fds 是以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动 n-s 方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。进行 fds 模拟是为了得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，指导实际设计工程，以保证一旦火灾发生，其烟雾保持在一定的疏散高度之上、毒气浓度在一定的范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。数值建模1.根据实物，建立模型长宽高=6m2m2m，取网格参数见表 1。表 1 网格参数轴minmax网格数x60y20z-202.根据实际的铜芯橡胶绝缘电缆线，按铜：塑料=6：4 进行电缆材料配比。3.在实验中取点火源（红色小立方体） ，热功率为 1500kw。4根据实际电缆隧道中电缆尺寸，在网格中建立电缆模型（3 列2 排） ， ，模型左侧设计为空旷即是通气的，在右侧设置，面积 22（米） ，风速/s 的抽风机一个，具体模型结果见图 5。图 5：电缆隧道火灾模型上述是建模的主要步骤，完成建模后，设置参数后，进行 3600s 模拟计算。数据处理和分析（一）烟气图 2：烟气纵向分布曲线 图 3：秒燃烧情况 图 4：烟气纵向分布情况研究烟气分布对于火灾救援非常重要，尤其是环境比较恶劣的场所，在电缆隧道火灾模拟中，对实验数据分析，绘图比较，发现随着时间增加，隧道由于通风不佳，烟气大量积累，在秒（分钟）时，烟气只存在于米高，到了秒（分钟）时（如图 3） ，其能见度已经很小，而在此时，可燃物还在剧烈燃烧，烟气还在积累，人员几乎不可能生存。从图 6 中可以看出，当 612 秒（分钟）时，烟气的浓度达到最大值。通过绘图比较可以发现以下规律：1.隧道电缆发生火灾时，烟气从着火源即燃烧较剧烈的一侧，向燃烧程度低的区域延伸。2.烟气由于火羽流热作用，先上升至顶部，而后顺着墙面向下延伸。3.烟气延伸速率很快。根据实验数据，在秒（分钟）时，距离地面以上的空间已经充满烟气。如图 4。因此，在火灾现场，消防灭火人员应该顺着燃烧剧烈程度较低的一侧，弯腰前进，那些在火灾中逃亡者也应该如此，或者爬到地上脸朝下，等待救援人员的到来。同时，消防人员可以根据烟气分布初步判断着火源的大概位置，便于实施灭火和救援工作。(二)火焰蔓延情况图 5：秒燃烧情况在实验中，可以看到在时，火焰开始在垂直方向迅速蔓延，到达（分钟）时形成顶棚射流，加剧了火焰的蔓延，在（分钟）时，火焰开始在水平方向蔓延，到（分钟）时，火已经蔓延到左侧上层电缆，到（分钟）时，火焰已经充满了整个隧道模型。分析可知，火从阴燃到剧烈燃烧，只用了500s（分钟） 。在现实中，电缆隧道一旦发生火灾如果自动灭火系统不能在分钟内自动灭火，火焰就会蔓延，引燃整个隧道电缆，向两端蔓延。在模型计算中，6 米长隧道，火焰蔓延只用了 860s（分钟）。在实际现场，电缆隧道火灾时由于有烟囱效应，风速一般为s4，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。(三)氧气浓度:（黑色代表氧气分布，越黑，氧气浓度越大）图 6：秒氧气分布情况 图 7：秒氧气分布情况通过上述数据分析和作图比较，可以看出，在电缆开始燃烧时的时，火焰开始加速蔓延，火羽流上升碰到顶棚时，快速形成顶棚射流，沿顶棚以水平方向运动。在（分钟）时火羽到达左侧，在（分钟）时火羽到达右侧。在时，距地面米以上的氧气浓度明显下降，到（分钟）时，距地面米以上的氧气已经被完全消耗。由于在右侧放置了一个风速为s 的抽风机，所以在火羽蔓延上风方向，燃烧剧烈，氧气浓度降低较迅速。当在（分钟）时，距离地面米以上的空间形成短暂无氧区域。到（分钟）时，由于燃烧将尽，左侧为通风面，氧气浓度开始回升，而右侧氧气浓度回升不明显。4.数值模拟结论与建议根据隧道的火灾原因和火灾隐患，以及上述关于隧道火灾中烟气和氧气分布，以及火焰蔓延速速特性的分析，提出以下建议：提高隧道耐火等级。隧道发生火灾时，其顶部温度高达 1000。（在模拟实验中米处温度探头测得最高温度 972）。应该采取其他保护措施，比如,在壁面涂防火涂料，以提高其耐火等级，防止隧道内钢筋混凝土在火灾中迅速升温而降低强度，避免混凝土炸裂，衬内钢筋破坏失去支撑能力而导致隧道垮塌。在防火分区设置火灾应急广播。在火灾自动报警系统设计规范 gb50116-98第条明确规定，每个防火分区至少应设一个火灾警报装置，其位置宜设在各楼层走道靠近楼梯出口处。警报装置宜采用手动或自动控制方式5加强日常巡视和检修。隧道火灾如果发现不及时，灭火工作动作不迅速，后果是很严重的。同时，如果加强日常巡视和检修，也能大大降低发生火灾的可能性，从根本上起到了防范作用。5.结束语：电缆隧道火灾灾害，后果严重。本人通过实验检测到烟气中含有 hcl 气体，以及通过 fds 软件模拟电缆隧道火灾实验数据分析，得出一些结论和建议，希望能对现场的实际防火防爆工作有意义。电缆隧道火灾的防范不仅仅要有先进技术，还要有合理有效的日常管理制度和健全的法律制度。参考文献:1张喆,马占一起隧道火灾模拟及灭火行动中的排风干j 新西部,XX,10(1):：1-2 页2张霄,刘凯浅析地下电缆隧道火灾的扑救j广西民族大学学报(自然科学版)，XX（s1）：19-213任大海，主编 防火防爆安全便携手册m北京：机械工业出版社.，XX，1404邵刚，杨培中，金先龙fds 中非矩形边界隧道的自动建模j计算机工程与应用,XX，365覃文清，李风隧道火灾与防范j 消防科学与技术 ，XX，23（1）54-596中华人民共和国公安部，50116-98isbn 号:， 火灾自动报警系统设计规范 gb50116-98出版社:中国计划出版社，1999 年 5 月，第条引言工业电缆是一种重要的电力传输设备，现代工业企业的生产，离不开电能，而电力的输送则是由大量的电缆来完成的。电缆隧道火灾事故，危害极大。它不但会烧毁大量电缆及其它设备，迫使大型工厂停机，造成大面积停电，而且由于电缆往往集中敷设，一旦起火，影响范围广，修复时间长，造成的损失大。一般的电缆敷设方式有电缆沟和电缆隧道，电缆隧道适合大量的电缆长距离传输，因此它的安全性至关重要。1.隧道火灾特点：电缆是以爆燃形式起火燃烧的.电缆着火后,火势顺着电缆线呈线形燃烧，出烟浓火小速度慢，如果隧道内有多层电缆或电缆交叉叠放,就会形成立体燃烧。呈现以下特点：隧道气流速度大，加之燃烧释放出的热量不易散发，起火后热量迅速积累，隧道内温度骤升，导致火势迅猛发展。通道狭长，大量烟气难以排出，人员疏散困难。隧道纵向的坡度较大，一旦起火，很容易形成烟囱效应，温度和烟会迅速传播。火灾扑救困难。火灾损失大。1上海供电局 XX 年因电缆中间头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故；1999 年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电事故，直接、间接损失达近千万元。易复燃,扑救时间长2在电缆隧道火灾扑救过程中大多数采用喷水灭火，水在高温下会和可燃的电缆绝缘材料小颗粒混合，随着火势蔓延，当遇到明火时，就会马上燃烧起来，给灭火人员带来很大困难。2.救援灭火关键由于电缆隧道环境恶劣以及发生火灾时产生一些爆炸等连锁反应，破坏了隧道照明设施，因此，在隧道火灾救援灭火工作中，大量烟气的积聚使能见度降低给救援人员带来的很大困难。因大量烟气不容易排出隧道外，积聚的烟气会阻碍救援灭火人员的视线，难以判断火源的位置。另外，大量的烟气所造成的辐射热使得周围温度升高，使消防灭火人员难以接近，救援灭火工作非常困难。根据火灾伤亡的统计，火灾条件下人员伤亡的原因大多数是由于烟气（hcl、co 等）中毒、高热、缺氧。3综上所述，如果能测量、分析发生火灾时，烟气和氧气的浓度以及火焰蔓延情况，找出适合人生存逃亡区域，将会给救援、灭火工作带来很大帮助，大大降低损失。3.数值模拟数值计算原理fds 是以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动 n-s 方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。进行 fds 模拟是为了得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，指导实际设计工程，以保证一旦火灾发生，其烟雾保持在一定的疏散高度之上、毒气浓度在一定的范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。数值建模1.根据实物，建立模型长宽高=6m2m2m，取网格参数见表 1。表 1 网格参数轴minmax网格数x60y20z-202.根据实际的铜芯橡胶绝缘电缆线，按铜：塑料=6：4 进行电缆材料配比。3.在实验中取点火源（红色小立方体） ，热功率为 1500kw。4根据实际电缆隧道中电缆尺寸，在网格中建立电缆模型（3 列2 排） ， ，模型左侧设计为空旷即是通气的，在右侧设置，面积 22（米） ，风速/s 的抽风机一个，具体模型结果见图 5。图 5：电缆隧道火灾模型上述是建模的主要步骤，完成建模后，设置参数后，进行 3600s 模拟计算。数据处理和分析（一）烟气图 2：烟气纵向分布曲线 图 3：秒燃烧情况 图 4：烟气纵向分布情况研究烟气分布对于火灾救援非常重要，尤其是环境比较恶劣的场所，在电缆隧道火灾模拟中，对实验数据分析，绘图比较，发现随着时间增加，隧道由于通风不佳，烟气大量积累，在秒（分钟）时，烟气只存在于米高，到了秒（分钟）时（如图 3） ，其能见度已经很小，而在此时，可燃物还在剧烈燃烧，烟气还在积累，人员几乎不可能生存。从图 6 中可以看出，当 612 秒（分钟）时，烟气的浓度达到最大值。通过绘图比较可以发现以下规律：1.隧道电缆发生火灾时，烟气从着火源即燃烧较剧烈的一侧，向燃烧程度低的区域延伸。2.烟气由于火羽流热作用，先上升至顶部，而后顺着墙面向下延伸。3.烟气延伸速率很快。根据实验数据，在秒（分钟）时，距离地面以上的空间已经充满烟气。如图 4。因此，在火灾现场，消防灭火人员应该顺着燃烧剧烈程度较低的一侧，弯腰前进，那些在火灾中逃亡者也应该如此，或者爬到地上脸朝下，等待救援人员的到来。同时，消防人员可以根据烟气分布初步判断着火源的大概位置，便于实施灭火和救援工作。(二)火焰蔓延情况图 5：秒燃烧情况在实验中，可以看到在时，火焰开始在垂直方向迅速蔓延，到达（分钟）时形成顶棚射流，加剧了火焰的蔓延，在（分钟）时，火焰开始在水平方向蔓延，到（分钟）时，火已经蔓延到左侧上层电缆，到（分钟）时，火焰已经充满了整个隧道模型。分析可知，火从阴燃到剧烈燃烧，只用了500s（分钟） 。在现实中，电缆隧道一旦发生火灾如果自动灭火系统不能在分钟内自动灭火，火焰就会蔓延，引燃整个隧道电缆，向两端蔓延。在模型计算中，6 米长隧道，火焰蔓延只用了 860s（分钟）。在实际现场，电缆隧道火灾时由于有烟囱效应，风速一般为s4，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。(三)氧气浓度:（黑色代表氧气分布，越黑，氧气浓度越大）图 6：秒氧气分布情况 图 7：秒氧气分布情况通过上述数据分析和作图比较，可以看出，在电缆开始燃烧时的时，火焰开始加速蔓延，火羽流上升碰到顶棚时，快速形成顶棚射流，沿顶棚以水平方向运动。在（分钟）时火羽到达左侧，在（分钟）时火羽到达右侧。在时，距地面米以上的氧