火電廠氣溶膠自動(dòng)滅火技術(shù)的研究與應(yīng)用

張 達(dá)

（國家電投江西貴溪發(fā)電有限公司，江西貴溪335400）

0 引言

近年來，隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，電纜發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷上升[1，2]，由于火電廠對廠內(nèi)電力系統(tǒng)的安全性與可靠性要求較高[3]，一旦電纜發(fā)生火災(zāi)事故不僅會(huì)對人員、設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全造成極大的影響，還容易造成火電廠機(jī)組停運(yùn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響到社會(huì)用電的可靠性。目前多數(shù)火電廠針對火電機(jī)組的電纜橋架、電纜層、電纜井、電纜隧道、電纜溝等電氣設(shè)備空間大多采用傳統(tǒng)的干粉式滅火裝置[4，5]，無法在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、撲滅火情，對于無人值守、少人巡守的燃煤火力機(jī)組難以滿足電氣設(shè)備的相關(guān)防護(hù)需求。

考慮到火電廠燃煤火力機(jī)組高壓電纜較多，其滅火介質(zhì)必須具備綠色環(huán)保、清潔高效、自動(dòng)響應(yīng)、啟動(dòng)可靠等特點(diǎn)[6]。本文采用了基于S型氣溶膠自動(dòng)滅火技術(shù)的電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造方法，通過配置氣溶膠自動(dòng)滅火裝置，可實(shí)現(xiàn)安全、可靠、潔凈、經(jīng)濟(jì)的氣體滅火系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合貴溪發(fā)電廠的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境提出了燃煤火力機(jī)組電纜夾層火災(zāi)防滅火方案，并通過現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證了改造方案的可行性與有效性。

1 氣溶膠自動(dòng)滅火系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

氣溶膠自動(dòng)滅火系統(tǒng)由氣溶膠滅火裝置、氣體滅火控制器（或啟動(dòng)器）、火災(zāi)探測器、聲光報(bào)警器、手動(dòng)啟停開關(guān)、釋放顯示燈、備用電源及開口自動(dòng)關(guān)閉裝置等組成，如圖1所示。當(dāng)布設(shè)于防護(hù)區(qū)的火災(zāi)探測器僅接收到感溫探測器或感煙探測器的單個(gè)火情信號時(shí)，可觸發(fā)氣體滅火控制器或啟動(dòng)器，使之僅發(fā)出火災(zāi)聲光預(yù)報(bào)警信號；當(dāng)感煙和感溫火災(zāi)探測器同時(shí)被觸發(fā)，并向氣體滅火控制器或啟動(dòng)器同時(shí)發(fā)出信號時(shí)，氣體滅火控制器或啟動(dòng)器開始發(fā)出聲光報(bào)警信號并催促防護(hù)區(qū)人員盡快撤離，同時(shí)系統(tǒng)生成聯(lián)動(dòng)控制信號可使防護(hù)區(qū)內(nèi)的空調(diào)機(jī)、換氣扇等電氣設(shè)備停止工作。

圖1 氣溶膠滅火系統(tǒng)工作原理圖

火警認(rèn)證成功后，氣溶膠滅火系統(tǒng)可在設(shè)定的延時(shí)時(shí)間內(nèi)通過控制器輸出啟動(dòng)電流信號給各釋放點(diǎn)的滅火裝置，激活氣溶膠滅火劑在發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并依靠熱氣溶膠滅火裝置向防護(hù)區(qū)內(nèi)釋放氣溶膠滅火劑撲滅火災(zāi)。同時(shí)，氣溶膠滅火產(chǎn)生的熱量將使系統(tǒng)內(nèi)置反饋元件閉合，并通過控制系統(tǒng)反饋給氣體滅火控制器或啟動(dòng)器，以此實(shí)現(xiàn)火情的全景監(jiān)測。

1.2 系統(tǒng)滅火機(jī)理

由于不同的滅火劑具有不同的滅火機(jī)理，可根據(jù)物質(zhì)燃燒的四大要素將各類滅火劑的滅火機(jī)理分為隔離、窒息、冷卻與化學(xué)抑制四類，不同滅火劑的滅火機(jī)理如表1所示。

表1 不同滅火劑的滅火機(jī)理

由于氣溶膠中固體顆粒主要為金屬氧化物，其進(jìn)入火災(zāi)區(qū)后在高溫下會(huì)迅速分解產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，同時(shí)由于氣溶膠中的固體顆粒及其微小，在火焰中被加熱后發(fā)生裂解和氣化的同時(shí)仍有大量的微粒未被裂解、氣化，通過與體積較大的火焰中的活性基團(tuán)發(fā)生碰撞，利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)將活性基團(tuán)瞬時(shí)吸附，起到消耗燃燒活性基團(tuán)、抑制火焰燃燒的效果。

根據(jù)上述分析，本文采用的氣溶膠自動(dòng)滅火系統(tǒng)是以物理冷卻、化學(xué)抑制兩種滅火機(jī)理同時(shí)對火焰進(jìn)行全淹沒式撲滅，其瞬間產(chǎn)生的大量惰性氣體會(huì)迅速稀釋空氣中的氧氣濃度，同時(shí)通過化學(xué)性抑制消耗燃燒活性基團(tuán)，達(dá)到切斷火焰燃燒鏈的作用，實(shí)現(xiàn)快速滅火。

2 燃煤火力機(jī)組電纜夾層改造技術(shù)措施

2.1 S型熱氣溶膠滅火裝置

貴溪發(fā)電有限公司燃煤火力機(jī)組電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造，旨在確保自動(dòng)滅火裝置能夠安全、可靠、潔凈、經(jīng)濟(jì)地保護(hù)電纜夾層內(nèi)的電氣設(shè)備。綜合考慮各類滅火劑滅火機(jī)理的優(yōu)缺點(diǎn)，由于S型熱氣溶膠滅火劑具有化學(xué)生成物不導(dǎo)電、藥劑吸濕率低、氣溶膠固體含量少、藥劑安全性能較好等特點(diǎn)，現(xiàn)場采用S型氣溶膠滅火裝置安裝于電纜夾層防護(hù)區(qū)。當(dāng)電纜夾層發(fā)生火情時(shí)，通過釋放閥門噴射的熱氣溶膠生成物質(zhì)中的固體顆粒具有不吸水、不含有氯和硫等酸堿物質(zhì)的特性，不會(huì)對電氣設(shè)備及金屬材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕性二次損害，同時(shí)其沉降物絕緣電阻大于200 MΩ，遠(yuǎn)大于沉降物電阻值不小于20 MΩ的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且滅火裝置可在常溫下貯存，占地空間小便于施工、安裝與維護(hù)。

通過有金屬屏蔽層的電纜將氣體滅火控制器與防護(hù)區(qū)內(nèi)的S型熱氣溶膠滅火裝置連接，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)滅火裝置能夠接受控制器發(fā)出的啟動(dòng)信號，進(jìn)而引發(fā)熱氣溶膠發(fā)生劑生成氣溶膠滅火劑從噴口向外噴射釋放而撲滅火災(zāi)。其主要技術(shù)參數(shù)及裝置結(jié)構(gòu)示意見表2、圖2。

表2 S型熱氣溶膠滅火裝置技術(shù)參數(shù)

圖2 S型熱氣溶膠滅火裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造方案

針對貴溪發(fā)電有限公司2×300MW與2×640MW共4臺燃煤火力機(jī)組開展電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)技術(shù)改造，現(xiàn)場采用的改造接線方案如圖3所示。其中在傳統(tǒng)氣溶膠滅火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配置了手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)與緊急啟動(dòng)/停止按鈕，當(dāng)防護(hù)區(qū)內(nèi)人員發(fā)現(xiàn)火情而系統(tǒng)并未發(fā)出火警聲光預(yù)報(bào)警信號時(shí)，可通過擊碎氣體滅火控制器或手動(dòng)按壓控制器面板上緊急啟動(dòng)按鈕，實(shí)行人工緊急啟動(dòng)，此狀態(tài)下系統(tǒng)將立即實(shí)施啟動(dòng)程序并在規(guī)定延時(shí)時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)S型熱氣溶膠滅火裝置撲滅火災(zāi)；當(dāng)防護(hù)區(qū)內(nèi)人員確認(rèn)火情為誤報(bào)警或者在延時(shí)時(shí)間內(nèi)火情已熄滅時(shí)，亦可通過手動(dòng)按壓控制器面板上緊急停止按鈕立即終止型S熱氣溶膠滅火裝置釋放滅火劑。

圖3 電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造接線方案

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370—2005中的技術(shù)規(guī)范要求，電纜隧道（夾層、井）及自備發(fā)電機(jī)房發(fā)生火災(zāi)時(shí)，S型和K型熱氣溶膠的滅火設(shè)計(jì)密度不應(yīng)小于140 g/m3。需要結(jié)合電纜防護(hù)區(qū)的凈容積大小合理配置S型熱氣溶膠滅火劑的設(shè)計(jì)用量，具體計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：W為S型熱氣溶膠滅火劑的設(shè)計(jì)用量，kg；C為S型熱氣溶膠滅火劑的設(shè)計(jì)滅火密度，kg/m3；V為防護(hù)區(qū)的凈容積大小，m3；KV為容積修正系數(shù)。其中當(dāng)V＜500 m3時(shí)，KV取值 1；當(dāng) 500 m3≤V＜1 000 m3時(shí)，KV取值1.1；當(dāng)V≥1 000 m3時(shí)，KV取值1.2。

以1號機(jī)組6 kV電纜夾層為例，其火災(zāi)防護(hù)區(qū)面積約為 252 m2，層高為 2.4 m，凈容積為1 152 m3，如圖4所示。取S型熱氣溶膠滅火劑的設(shè)計(jì)滅火密度為140 g/m3=0.14 kg/m3，結(jié)合式（1）可得1號機(jī)組電纜夾層所需配置的S型熱氣溶膠滅火劑用量為W=0.14×1.2×1152=193.54kg，考慮到電纜夾層的空間限制條件，故1號機(jī)組電纜夾層需要配置39套5 kg容量的懸掛式熱氣溶膠滅火裝置用于火情防護(hù)，現(xiàn)場安裝布置效果如圖5所示。

圖4 1號機(jī)組電纜夾層控制系統(tǒng)平面布置圖

圖5 1號機(jī)組電纜夾層熱氣溶膠滅火裝置安裝圖

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

開展貴溪發(fā)電有限公司燃煤火力機(jī)組電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造后現(xiàn)場測試試驗(yàn)，采用人工模擬火災(zāi)的方法，通過集熱式磁力攪拌器對圖6中氣體滅火控制器的感溫探測器單元分別施加不同溫度，控制中的氣體滅火控制器處于火災(zāi)預(yù)警狀態(tài)，記錄控制器是否能發(fā)出聲光預(yù)警信號，以及在感煙探測器同時(shí)被觸發(fā)時(shí)能否在設(shè)定的延時(shí)時(shí)間內(nèi)輸出氣溶膠滅火裝置啟動(dòng)信號。

圖6 氣體滅火控制器

分別在80℃、100℃、120℃三種不同的測試溫度下進(jìn)行氣體滅火控制器聲光預(yù)警信號啟動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 氣體滅火控制器聲光預(yù)警試驗(yàn)

由表3可知，在三種不同的測試溫度下，感溫傳感器在達(dá)到其動(dòng)作溫度時(shí)，都能成功觸發(fā)氣體滅火控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號，同時(shí)其平均響應(yīng)時(shí)間均在1.5 s范圍之內(nèi)。

最后，結(jié)合感煙傳感器加煙試驗(yàn)進(jìn)行氣體滅火控制器聲光報(bào)警信號及氣溶膠滅火裝置啟動(dòng)信號驗(yàn)證測試，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 氣體滅火控制器聲光報(bào)警試驗(yàn)

由試驗(yàn)結(jié)果可知，在三種不同的測試溫度下進(jìn)行加煙試驗(yàn)，均能聯(lián)動(dòng)防護(hù)區(qū)內(nèi)的聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)在設(shè)定延時(shí)30 s后，測試輸出口電壓輸出正常，氣溶膠滅火劑釋放顯示燈亮起，氣溶膠滅火裝置能夠正常啟動(dòng)。

4 結(jié)語

針對貴溪發(fā)電有限公司火電廠開展燃煤火力機(jī)組電纜夾層火災(zāi)防護(hù)區(qū)改造工作，通過加裝S型氣溶膠滅火裝置能夠確保在高壓電纜運(yùn)行現(xiàn)場發(fā)生火警時(shí)，氣溶膠滅火系統(tǒng)能夠迅速、自主的感知并噴射滅火劑撲滅火情。同時(shí)開展了電纜夾層防護(hù)區(qū)改造后的現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明氣溶膠滅火系統(tǒng)能夠有效為燃煤火力機(jī)組火災(zāi)防護(hù)進(jìn)行支撐，且不會(huì)影響到燃煤火力機(jī)組的正常運(yùn)行。