慧聪消防网讯【摘要】针对电缆中间接头的灭火和防火，文中提出了一种简单易行的解决方案，并对其它类型的火灾防控应用拓展进行全面深入的探讨。
【关键词】火灾中间头塑料膜沙子灭火袋
【abstract】DiscussiononpreventingandextinguishingthecablejointsfireInthisarticle,inaccordancewiththefirepreventionandextinguishingoncablejoints,weputforwardasolutionandhaveadiscussionabouttheapplication.
【keyword】fire;cablejoint;plasticfilm;sand;extinguishingbag
1.火灾概述
火灾的发生是一个很偶然的事件，也许十年，也许二十年，没人知道它会在什么时间、什么地点出现，由于在时间和空间上的不确定性，一起火灾可能造成的损失在其初始阶段是未知的，常规的划分隔火区域属于从空间上进行火灾防控，但受现场条件限制，实际操作起来并不可能划分得很清楚，由于可燃烟气沿风流方向形成不稳定的火舌阵面，火势容易蔓延开来，从另一方面看，由于事故损失随时间推移呈指数级增长，所以在时间上控制住火势显得尤为重要。
电缆火灾作为一种典型的固体火灾，其特点在于：电缆线路的分布范围点多面广，有的地段拥挤不堪，散热条件差，极易造成火势扩大。电缆本身不易燃，可一旦在电弧的作用下着火后，对周围电缆形成预热，火势凶猛，延燃迅速；同时由于着火时产生大量烟气和热量，隧道工作面窄，扑救困难，并对低压电气设备有二次危害；燃烧持续时间长，损失严重，恢复时间长。
在目前所有固体火灾防控的研究中，以电缆防火作为原型进行研究或许具有一定的代表性。
同其它火灾一样，由于电缆火灾发生的不确定性，对其进行全天候、全方位地防控是不经济的，也是不现实的，实际操作起来在各环节中还会出现很多漏洞。从电缆火灾形成的内部原因来看，根据运行经验，电缆本体短路电击穿的机率不大于20%，由此引起的火灾概率更小，绝大部分的火灾是由于电缆接头运行长时间过热击穿，短路放炮起火，造成火势蔓延，所以，接头可以看作是电缆线路上的重点火险隐患，对接头火灾的防控成为对整个电缆火灾防控的重中之重，通过对各个“点”的控制，可以有效保护全“线”，从而保护“面”以至立体“空间”，大幅降低火灾扩大事故的形成机率，实际操作起来也容易得多。
2.防火现状
2.1目前所采取的针对接头的被动式防火措施有；防火带、防火泥、防火隔板、防火涂料、防火堵料，辅助监测手段有:在线温度传感器、火灾烟雾温度报警装置等，灭火手段分为常规应急火灾扑救、自动灭火系统。
2.2从现场应用效果来看：防火带、阻火包等被动型固定防火措施在接头短路放炮时受爆炸破坏的影响，防火效果将明显下降。
2.3防火隔板、槽盒在一定程度上可以抑制火势蔓延，同时存在的问题在于：
2.3.1接头短路放炮时有可能将隔板炸穿或炸裂，若火焰不能自行熄灭，将会引燃上层及下层支架的电缆，并四处蔓延开来。
2.3.2即便放炮未对隔板造成直接破坏，在火焰的直接烘烤下，槽盒有可能发烟、焦化甚至穿火，热量逐渐累积，上层电缆仍可能被引燃，并引发连锁短路放炮。
2.3.3槽盒如果完全密封，将会严重影响接头散热，不利于长期运行，如果不密封，火会沿电缆传播，有实验数据表明：接头起火后，延水平方向可以大约5cm/min的速度传播，在一定风速的影响下，这一传播速度会明显加快，而在竖井中的传播速度会提高到2.7～3.2倍。
由此看出：上述被动型防火手段的使用受现场条件及事故破坏的影响，功能发挥不可靠，且不具备现场灭火功能，所以在接头放炮起火后第一时间进行灭火是完全必要的，它可以完全控制并阻止火势的进一步蔓延，从最大限度上降低火灾扩大性事故的发生机率。
2.4常规应急火灾扑救一般分为三步：发现火情、运送灭火剂、现场扑救。由于上述各环节受各种客观因素影响，往往延误灭火最佳时机，造成损失扩大：如烟雾报警装置的频繁误报或长期闲置不用，或者由于维护不到位，往往真正出现火警时并不能及时报警或是真真假假难以引起足够重视，造成火势蔓延；运送灭火剂或消防给水如不能及时充足地补充供应，也耽误抢险时间；受现场各种复杂地形条件、通讯困难、夜间能见度低及烟雾阻碍视线、人员无法呼吸的影响，如生产车间、地下工程和高层建筑，虑及消防人员的自身安全，即使灭火剂到位后人员也无法迅速抵达起火点组织开展扑救工作。鉴于上述原因，小火随时间的推移，伴随着连锁反应，很容易发展为大火，并造成重大经济损失。
2.5现有的火灾自动灭火系统属于主动防范措施，前期首先依赖于火灾烟雾温度等报警装置准确发出火警信息，再启动自动喷水灭火系统，这一系列设施所有机构由于长时间不使用，设备工作环节多，容易卡壳，或者在火灾事故中供电电源一旦中断，设备可靠性不高。二氧化碳、氮气等介质的灭火系统除上述缺陷外，在平时如果误启动，可能对附近人员造成伤害，安全性得不到保障，故在启用方式上有所顾忌，由于火灾本身就是小概率事件，以上设备成本及维护费用相对偏高，误报率高，使用率又低，实际应用过程中还会遇到很多问题。
3.解决方案
故在此提出一种解决方案，基于火险隐患现场第一时间就地自动灭火，将火灾事故消灭在萌芽初始状态。
为解决火险隐患部位的自动灭火，本设计所采用的具体技术方案是：
一种自动灭火装置，底部包括一个塑料膜外层，内部装填泥沙。将该自动灭火装置垂直悬挂于火险隐患的上方，火险隐患放置于隔火板上，火险隐患与相邻可燃设备或物体连接。（见附图1）
图1：防控电缆接头火灾自动灭火装置新思路
当火险隐患在任意时间起火，火苗触及塑料膜外层，塑料膜外层熔融滴落，泥沙靠重力随之落下，以隔火板为底面形成一个锥体，将火险隐患全部覆盖，把可燃物与火焰、氧气隔离开来，通过窒息终止燃烧，同时与相邻设备隔离，达到灭火与隔火的目的，杜绝火势蔓延，从而保护相邻设备。
泥沙的数量以落下后能够完全覆盖火险隐患为宜，泥沙和塑料膜外层所构成的整体在隔火板上的投影面积应明显大于火险隐患在隔火板上的投影面积。
塑料膜外层的厚度以能够长期承载泥沙的重量而不会自然破裂为宜，如火险隐患面积较大，相应要求塑料膜外层面积较大，则可用金属网格或塑料框架安装于塑料膜外层下方，辅助承载泥沙的重量；或采用可拆卸分体组合方式，类似于活字印刷术，实现对大面积火险隐患的全覆盖。塑料膜外层与火险隐患的距离以初始火灾的火苗能够在短时间内将塑料膜外层烧化为宜。
为防止平时泥沙遇风尘土飞扬，可将泥沙整体全部密封包装。在这里，隔火板可以理解为是地板，相邻设备可以理解为是其它可燃物品，泥沙可以理解为是不可燃或难燃的粉末或颗粒物质。
从实用性考虑，灭火袋可以做成扁平的枕头状或规整的长方体，由于底层塑料膜平时始终处于受力的紧绷状态，一旦底部被烧穿，塑料膜势必向外围回缩，整个灭火过程类似于电脑桌面的沙漏图案，呈倒三角与正三角状，这样可以保证真正失火时有足够的沙子落下，迅速对初始起火部位形成全覆盖。
该装置除了应用于火险隐患的定点或特定防火区域的自动灭火，也可用于同一建筑物内部几个相对独立保护区域之间的隔火，包括竖井的封堵。
4.应用研究
4.1安装参数的调整
4.1.1塑料膜的厚度当然是越薄越好，这样在起火烧灼时能够在最短时间内烧穿，泥沙落下覆盖，但虑及塑料膜的厚度要能够长期承载泥沙的重量而不会自然破裂，要求越厚越好，所以这之间必然要找到一个平衡点或段，并涉及到材料选用方面的问题。
4.1.2塑料膜与接头的距离距离不能太近，否则会阻碍泥沙的自由落体运动，不能够很好地散开，起不到灭火效果；同时距离又不能太远，火苗受风扰动，这样将延长塑料膜的烧穿时间，起不到迅速灭火的效果。
4.1.3灭火袋的容量、底面积大小即泥沙的数量，太少不能有效灭火，过多则显得没有必要，而且占据太大空间，在现场实际安装会有困难。
上述三项参数本身的选取和调整首先要以接头的大小为依据，找出一个基本值或经验值，在综合考虑三者间的相互关系时（见附图2）可能还要作进一步调整，针对不同类型的火险隐患及现场具体灭火需求制定相应的设计安装规范。
图2：防控电缆接头火灾自动灭火装置新思路
4.2泥沙潮湿度的影响
通过系列模拟实验，对灭火袋烧穿过程有了新的认识：包裹在泥沙外面的塑料膜并不如单纯的塑料膜那么容易烧穿，这是因为：在火焰的烘烤下，泥沙通过塑料膜热传递直接吸收热量，一定时间后，泥沙温度也升高，在内外高温的作用下，塑料膜才可能熔融，承受不住泥沙的重量而自然破裂，第一次户外实验烧穿过程花了大约30秒时间，较大程度受到风的影响，造成火苗摇摆，热量不集中，如果泥沙潮湿，这一时间还会延长，所以应尽量选用干燥的颗粒状泥沙，避免结块。但从另一角度看，泥沙受潮并不会对灭火时间产生影响，这是因为：受潮的泥沙也需要吸收更多的热量，使烧穿时间延长，因而热量也不易向周围扩散，即火焰不会向周围扩散，所以在灭火时间上也不会出现问题。
单独的塑料膜一点即燃，但其燃烧的热值较低，不会引燃具有一定阻燃性的电缆外护套，而且正如实验中表明：与泥沙相互依托的塑料膜并不易燃，所以大可不必担心灭火袋顶部和侧面的塑料膜被引燃而助燃相邻电缆，或者直接将顶部和侧面的包装更换为不可燃材质。
4.3灭火袋防爆问题
这是在电缆防火中不可回避的首要问题，电缆接头防火必须先防爆，接头在运行中放炮的威力到底有多大？到目前为止还很少有人亲身现场经历过，但根据多次的经验可以先行预测电缆接头放炮的发展过程：首先接头运行温度升高，绝缘程度急剧下降，单相接地拉弧使得内部绝缘层中难燃的高分子聚合物热分解为可燃的低分子物质（这为后面的燃烧创造了物质条件），35kv单芯电缆拉弧时间更长，进一步发展成相间短路，接头炸开，弧光引燃可燃物，一旦接头内部暴露于空气中，由于空气的大量介入，形成燃烧迅速的链锁反应。
有实例表明：爆炸瞬间产生的电弧能穿透薄钢板，冲击力较强，然而面对柔软的沙袋，而且有相当的厚度与重量体积，至少在冲击的瞬间很难对灭火袋的顶部和侧面的包装造成直接破坏，将灭火袋全部掀开的可能性更小，或者说，根据实际爆炸可能造成的威力，可以增加沙袋整体的容积和重量，类似于炮弹和沙包的关系，大多数灭火袋的上部还有电缆支架和电缆阻挡，如此分析，爆炸不会造成泥沙四处飞散，由于顶部及侧面包装不需要烘烤，可适当增加厚度，以保证在底部受到冲击作用时根本不会破裂，使袋中泥沙保持完整，从而保证了灭火剂的完好与充足。反过来看，在高温电弧的冲击下，爆炸最大可能直接造成灭火袋底部的塑料膜直接破坏，这样反倒省去了烧穿所耗费的时间，爆炸瞬间完成，泥沙随即落下迅速灭火，如有余火，又将继续烧穿过程。
由此可见，爆炸对灭火袋的使用不会有根本的影响，只是在实践运用中要根据现场实际确定灭火袋中泥沙的最基本用量，并考虑对灭火袋捆绑固定，能抵御住瞬间冲击力的作用，不致使灭火袋造成前后左右的横向位移。
5.效果分析及应用拓展
5.1本设计显著的特点：
1
灭火自启动原理、工艺流程、全天候工作
灭火的有效性
2
自身占用空间小，安装简便，不受空间限制，安装方式自由灵活，免维护，使用寿命长。
使用的广泛性
3
无需电力或人为控制，无中间环节，第一时间灭火，指向明确，一步到位，结构简单，不受任何外在因素干扰，永不失效。
灭火的可靠性
4
装置本身无压力，包装后清洁无污染，不会因扑救工作对其余设备造成二次损害，不会盲目扩大扑救范围，对人身无任何伤害。
安全环保性
5
可将事故损失控制到基本接近零、区域内整体灭火成本相对极低，投入产出比极高。
显著经济性
5.2实施这一构想的主要优势在于：
5.2.1通过前期清理排查火险隐患安装灭火袋的过程，可以自觉地提前消除其它外部潜在隐患，在有可能爆炸起火的部位，其灭火效果不受爆炸破坏的影响。
5.2.2适用于高低压电力网络的各类接点、各行业生产车间、用火频繁场所、危化品生产及存储场所、化工及鞭炮生产企业、商铺密集场所、所有地下及高层建筑等地形复杂的隐蔽场所内，通过经验确定的火险隐患初起火灾的扑灭。
5.2.3从灭火介质来看，几乎适用于各类可燃物，尤其是针对不能用水扑救的化学物质等，或一些特殊场合，对灭火介质有特殊要求的，沙子相对来说，更具明显优势，沙子只会在起火点上方陆续落下，从起火初始时间点开始，下落时间尚有一定滞后，不会出现人员被掩埋的状况，该灭火介质不会对人身安全构成威胁，起火点外围的沙子不会无端落下，不会影响现场人员的逃生。
5.2.4从一座建筑自身来讲，如果已在各个点安装了灭火袋，根据防火等级要求，还可以根据此原理合理设置防火隔离区，这样一来，即便由于其它意外原因形成了火灾，或是相邻建筑蔓延过来的火灾，自身建筑不易发展成“通透式”燃烧，消防应急救援相对也会容易得多，财物损失自然也会小得多，因此可以看做：通过隔离区的设置又多增加了一道“保险”。
5.2.5自动灭火袋整体长期处于静止状态，塑料膜可保持完好5-10年甚至更长时间，如果自然老化破损，沙子可能会零星落下，不会造成大的麻烦，为避免这一情况，可定期在原塑料膜下方重新覆盖一层，又可继续使用同样长的时间，由于内层塑料膜已逐步老化，对今后火灾发生时烧穿时间的延迟影响甚微。
5.2.6该灭火袋的安装可能会在一定程度上有碍原有的视觉观瞻，但综合权衡防火安全与视觉美观，还需做出一定让步，或者通过巧妙布局，如做成嵌入式的平面防火夹层或其它手段对整体视觉进行优化，以达到和谐美观的视觉效果。
5.2.7常规应急手段灭火后，现场一片混乱。本装置灭火后，能保持完整的初始火灾原貌，便于从内部分析起火原因，更好地对设施内部起火进行主动防范。
5.2.8防火与防盗历来就是一对矛盾体，由于防火压力的逐步减轻，这之间的矛盾通过一定时间或许能得到一定程度的缓解。
5.2.9自动灭火袋与现有各类消防、安防、监控设施的安装位置、功能使用发挥等方面均不发生冲突，可在同一区域内共同建立起牢固的消防安全防线，在火情发生时，按时间先后呈梯次发挥作用，形成合力。
6.结语
该项创意的关键点在于：紧紧抓住了时间，而且抓住了任何火灾从一开始就具有破坏力这一显著特征,从第1秒钟开始小火苗就具有破坏力，以此作为启动灭火程序的触发点，着眼点立足于各类火险隐患起火后的半分钟到一分钟内，最多不超过三五分钟，具体时间取决于火险隐患和塑料膜之间的距离，力争在几分钟内解决所有问题。和同类产品比较，对火灾信息的扑捉无延迟，判断准确，灭火剂自动灭火指向明确。在火灾扑救过程中，赢得了时间就等于赢得了一切，一起可能造成数以万计的财产损失的火灾也许就在这么不经意间避免了。
电缆火灾属于人为灾害的一种，不能完全等同于天灾，从理论的角度上讲，人为灾害都是可以预防的。安全工程学把事故前预防作为重点，正是基于人为灾害是可以预防这一基本点上的。尽管实际上要预防全部人为灾害是困难的，但是完全可以通过有效的技术手段使扩大性火灾事故最终形成的概率无限趋近于零。同时，还必须结合规范修订、消防管理等方面进行探讨，根据某一建筑物及内部设备设施的具体防火等级要求对各类现有防火手段进行梯次配置。由于新的战术思想的出现或许要对原有的战略思想进行调整，或许这还将逐步改变人们历来固有的对火灾的总体认识，部分消除人们原有的对火灾的盲目恐惧以致对火灾事故的过于谨慎，走出认识及防范误区，从而避免“谈火色变”。
由于灭火袋的成本极低，动作有效可靠，安全环保，无任何副作用，因此可以筛选出所有火险隐患点或特定防火区域后大量采用，大范围广泛使用后，各类初始火灾被及时扑灭的成功案例将层出不穷，各种建筑物及设备设施的综合防火能力可以得到大幅提升，由此又可节约整合出消防应急资源以应对其余突发火灾事件，这便构成了整体消防控制能力的良性循环，对人身财产安全、防灾减灾和社会经济发展具有重大现实意义。（来稿单位：攀枝花市攀钢集团公司能源动力中心）
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