探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在燕山石化的成功應用

■ 杜金山 王玉霞 中國石化北京燕山石化公司

石油化工生產裝置配電間電纜溝發(fā)生著火事故曾多次發(fā)生，2010年以來燕山石化儲運廠、橡膠廠、化工一廠、熱電廠等單位就多次發(fā)生過電纜著火事故，嚴重影響了我們企業(yè)的正常生產和經營，全國石化企業(yè)電纜著火更是數不勝數。特別是建廠多年的老企業(yè)，其生產裝置在用的高低壓電纜陳舊、老化、絕緣性能差，加之裝置不斷升級改造，用電負荷日趨增加，更是發(fā)生電纜火災事故的最大癥結。為消除電纜火災事故的風險和隱患，一方面要采取強化日常安全管理、制定安全防范措施、更新更換陳舊老化的電纜等辦法解決，另一方面，應采取提高應急處置能力、現場布設快速有效的滅火系統(tǒng)等辦法，一旦發(fā)生電纜火災事故，能夠立即采取應急處置措施，啟動現場滅火設施把電纜火災事故處理在初期萌芽狀態(tài)，避免火災的進一步蔓延，把事故損失控制在最低的程度。本項目就是吸取化工一廠乙二醇裝置配電間AA23配電柜下方電纜溝內著火事故教訓，引用探火管七氟丙烷氣體滅火技術，在高科公司高壓裝置配電間電纜溝的一例典型的成功實踐。

一、問題的提出

2015年10月21日下午15時35分左右，化工一廠乙二醇裝置配電間AA23配電柜下方電纜溝內低壓電纜過熱，電纜絕緣老化、破損造成電纜放電，并迅速形成明火，引發(fā)電纜短路著火事故，火焰不斷蔓延并上行進入配電間開關柜，沿電纜溝及開關柜內的間隙不斷擴大，燒毀電纜溝內電纜和配電間內配電及開關設備，給公司的生產經營造成了很大損失，同時帶來了不良的社會影響。

此次事故暴露出公司對配電間安全管理方面存在薄弱環(huán)節(jié)，同時也反映出對配電間火災事故應急處置能力不足和預防措施短缺的問題。事后，公司組織全面開展配電間管理安全隱患排查，采取有效措施，杜絕類似事故再次發(fā)生。在提高配電設備的安全性和運行可靠性的同時，提出了強化電纜溝電纜火災預防措施，在電纜溝內電纜橋架上增設自動滅火系統(tǒng)，把事故處理在初始萌芽階段。

二、電氣火災滅火系統(tǒng)分析與選擇

撲滅電氣火災，采用氣體滅火是目前最有效的滅火手段。氣體滅火系統(tǒng)是以一種或多種氣體作為滅火介質，通過這些氣體在整個防護區(qū)域內或保護對象周圍的局部區(qū)域建立起高濃度滅火氣體實現滅火。它具有滅火效率高、滅火速度快、保護對象無污損等特點。目前常用的氣體滅火系統(tǒng)有二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷滅火系統(tǒng)、IG541混合氣體滅火系統(tǒng)。

（一）二氧化碳滅火系統(tǒng)

二氧化碳滅火系統(tǒng)主要在于窒息，其次是冷卻。常溫常壓條件下，二氧化碳物態(tài)為氣相，儲存在密封高壓氣瓶中，低于臨界溫度31.4℃時以氣、液兩相共存。滅火過程中，二氧化碳從儲存氣瓶中釋放出來，壓力驟然下降，使得二氧化碳由液態(tài)轉變成氣態(tài)，分布于燃燒物周圍，稀釋氧含量，達到窒息作用。另一方面，二氧化碳釋放時又因焓降的關系，溫度急劇下降，形成細微的固體干冰粒子，吸收周圍的熱量而升華，達到冷卻的作用。

二氧化碳滅火系統(tǒng)

1.二氧化碳滅火系統(tǒng)特點

二氧化碳滅火系統(tǒng)按照滅火劑儲存壓力不同可分為高壓系統(tǒng)（指滅火劑在常溫下儲存的系統(tǒng)）和低壓系統(tǒng)（指滅火劑在―20℃到―18℃低溫下儲存的系統(tǒng)）兩種應用形式。高壓系統(tǒng)壓力一般為5.17MPa，低壓系統(tǒng)壓力一般為2.07MPa。

2.二氧化碳滅火系統(tǒng)的應用范圍

二氧化碳滅火系統(tǒng)主要應用在局部應用和全淹沒應用氣體滅火場所。針對切斷氣源的氣體火災，液體火災或石蠟、瀝青等可熔化的固體火災最有效。缺點是二氧化碳是一種有毒有害氣體，釋放過程中容易造成人員中毒事故，同時儲存二氧化碳的氣瓶壓力隨著環(huán)境溫度的不同會產生較大變化，對探火管式自動滅火方式不適用。

（二）七氟丙烷滅火系統(tǒng)

七氟丙烷是一種清潔、安全的鹵代烷替代藥劑，它是一種化學合成藥劑，適用于全淹沒氣體滅火系統(tǒng)中。

七氟丙烷分子結構

1.七氟丙烷滅火劑的特點

七氟丙烷常溫常壓下為氣態(tài)，通過氮氣增壓以液態(tài)形式儲存在鋼瓶內，儲存壓力一般為2.5Mpa、4.2Mpa、5.6Mpa三種壓力等級。七氟丙烷系統(tǒng)的保護濃度一般在8%-10%左右，它通過80%的物理降溫作用，再加上20%的化學作用（阻斷燃燒鏈式反應）共同作用進行滅火。

2.七氟丙烷滅火系統(tǒng)的主要優(yōu)點

（1）七氟丙烷藥劑在一定的濃度下噴放對人體不會產生不良影響，可用于經常有人活動的場所。

（2）七氟丙烷系統(tǒng)滅火濃度較低，需要的儲瓶數量較少，占地面積小。

（3）在獨立防護區(qū)無鋼瓶間的條件下或較小不適合采用有管網的防護區(qū)可以采用柜式七氟丙烷系統(tǒng)，靈活性較高。

（4）七氟丙烷藥劑具有極強的化學穩(wěn)定性，在沒有接觸到鋼瓶以外的環(huán)境時是長期有效的，如果鋼瓶沒有出現泄漏或釋放則不需要補充藥劑。

柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

3.七氟丙烷滅火系統(tǒng)的主要缺點

（1）由于系統(tǒng)壓力限制，管網輸送距離有限。一般情況下2.5Mpa的系統(tǒng)鋼瓶至末端噴頭的管道長度需在30m以內；4.2Mpa的系統(tǒng)鋼瓶至末端噴頭的管道長度需在45m以內；5.6Mpa的系統(tǒng)鋼瓶至末端噴頭的管道長度需在60m以內。當防護區(qū)分布較分散時，七氟丙烷系統(tǒng)需要多套系統(tǒng)才能達到保護要求。

（2）七氟丙烷藥劑在高于550度的溫度下會分解產生氫氟酸，對設備有一定的腐蝕性，對人體呼吸道有較強的刺激性。

（3）七氟丙烷藥劑釋放時以氣、液混合形態(tài)存在，在有障礙物的情況下，無法在短時間內達到均勻的滅火濃度，會影響滅火效果。

（三）IG541混合氣體滅火系統(tǒng)

1.IG541混合氣體滅火劑的組成與特點

IG541是一種由52%的氮氣、40%的氬氣和8%的二氧化碳混合而成的惰性氣體滅火劑，在滅火時不會發(fā)生任何化學反應，不污染環(huán)境，無毒、無腐蝕，具有良好的電絕緣性能，滅火過程潔凈，滅火后不留痕跡不會對被保護設備構成危害。

IG541滅火系統(tǒng)

IG541氣體本身無毒性，也不會產生毒性分解物，根據美國科學家“低氧狀態(tài)下的生命維持理論”證明，空氣中含有3%～5%的二氧化碳可以刺激人體呼吸速率加快。IG541滅火劑中加入的8%二氧化碳，可起到在缺氧條件下，刺激呼吸加速，滿足人體在缺氧條件下的氧氣需求量，對人體是相對安全的，可用于經常有人活動的場所。一般儲存壓力較高，有15Mpa和20Mpa、30Mpa三種壓力等級。IG541系統(tǒng)的保護濃度一般在36.5-42.8%，當IG541氣體噴放到著火區(qū)域時，在短時間內會使著火區(qū)域內的氧氣濃度降低至能夠支持燃燒的12.5%以下，對燃燒產生窒息作用，使燃燒迅速終止。

2.IG541滅火系統(tǒng)的主要優(yōu)點

（1）由于IG541系統(tǒng)儲存壓力高，因此輸送距離較遠，鋼瓶至噴頭距離可達150m以上。在系統(tǒng)采用組合分配方式下，可以連接更多的保護區(qū)域，節(jié)約氣體滅火系統(tǒng)的投資。

（2）IG541混合氣體與空氣密度接近，且在末端噴頭釋放時壓力較高，因此噴放后能快速擴散并與空氣混合，迅速降低氧氣濃度撲滅火災。

（3）IG541以氣態(tài)方式儲存并以氣態(tài)方式噴放，噴放時不會引起保護區(qū)域內溫度急劇下降，對精密設備和其他珍貴財物無任何傷害。

（4）由于IG541系統(tǒng)使用的氣體都是惰性氣體，其價格低廉，因此當系統(tǒng)釋放后進行二次充裝的費用很低。

3.IG541滅火系統(tǒng)的主要缺點

（1）IG541系統(tǒng)末端噴頭的釋放壓力一般在2Mpa左右，噴放時會產生一定的噪音及高速氣流產生灰塵、輕質物品飛揚，影響人員的聽覺、視覺。

（2）由于IG541系統(tǒng)儲存壓力較高，因此其儲存容器和釋放管路的壓力等級要求都比較高，造成系統(tǒng)造價較高。

（3）IG541系統(tǒng)設計濃度較高，因此保護相同體積的防護區(qū)時需要的儲瓶數量較多，需要使用的鋼瓶間占地面積較大。

綜上所述，從儲存壓力、占地空間（面積）及可靠性、成熟性、安全性、適用性等多方面考慮，選用七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)是最優(yōu)選擇。

三、探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

（一）基本原理

探火管七氟丙烷滅火系統(tǒng)是由裝有七氟丙烷滅火劑的壓力容器、容器閥及能釋放七氟丙烷滅火劑的感溫滅火氣體輸送管（探火管）等組成。將感溫滅火氣體輸送管置于靠近或在火源最可能發(fā)生處的上方，同時，依靠沿感溫滅火氣體輸送管的諸多探測點（線型）進行探測。被保護對象一旦高溫或著火時，感溫滅火氣體輸送管在受熱溫度最高處被軟化，即溫度超過170℃（可根據需要設定）時內部介質受高溫后壓強極速增大，形成直對火源的噴射口，將滅火介質通過感溫滅火氣體輸送管本身（直接系統(tǒng)）或噴嘴（間接系統(tǒng)）釋放到被保護區(qū)域直接滅火。其中，探火管是高科技領域開發(fā)的新品種，是一種高科技非金屬合成品。它集長時間抗漏、柔韌性及有效的感溫性于一體，在一定溫度范圍內爆破，噴射滅火介質或傳遞火災信號。

其工作原理如下圖所示：

（二）探火管滅火裝置以七氟丙烷作為滅火劑的優(yōu)點

（1）滅火劑直接向最先發(fā)熱、著火點，能有效地把火患處置在初期萌芽狀態(tài)；

（2）無需使用電源驅動；

（3）探測反應時間快速，最大限度地減少火勢蔓延所造成的損失；

（4）不會因油、灰塵等惡劣的環(huán)境因素而導致誤噴或延時誤噴射；

（5）結構簡單，安裝方便，節(jié)省用戶有限的空間。

（三）探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)技術指標要求：

主要技術參數：

產品名稱 探火管滅火裝置型號規(guī)格 WZ-Q/T-D-F6使用范圍 適用于撲救封閉空間的固體火災、液體火災、氣體火災、電氣火災。滅火劑充裝量 6kg滅火劑類型 七氟丙烷貯存壓力 20℃時2.5 MPa安全泄放裝置壓力 5.9±0.295MPa感溫元件動作溫度 170±10℃探火管長度 25m探火管直徑 Φ6mm有效滅火體積 8.5m3

探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)圖

四、探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)安裝方案分析

探火管式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)安裝，選擇在燕山石化高科公司高壓裝置配電間地下電纜溝內。

（一）探火管鋪設

電纜溝探火管敷設參照配電柜敷設標準，沿電纜橋架S形敷設并用扎帶間隔0.5米進行固定，每套探火管敷設25米，對電纜橋架進行全覆蓋，確保一旦敷設火災能在第一時間被撲滅。

平面布設如圖所示：

電纜夾層探火管延電纜呈S型布設，根據電纜夾層內電纜布設具體情況，整個電纜夾層內用火探系統(tǒng)進行全覆蓋，探火管與被保護對象間距小于50厘米，電纜夾層每層長度約136米，四層累計長度544米，共需要6公斤七氟丙烷火探系統(tǒng)數量如下：

136米×4層×1.5÷25米=32套 （1.5為安裝系數）

立體效果如圖所示：

（二）探火管滅火系統(tǒng)現場安裝

1.探火管滅火系統(tǒng)現場安裝風險評價

風險評價表：

風險評價序號活動、產品或服務危險源危害類別L 風險級別1滅火系統(tǒng)安裝作業(yè)可能性C 控制措施后果電鉆漏電 觸電 可能 一般 Ⅳ 日常設備檢查2滅火系統(tǒng)安裝作業(yè)誤碰電源 斷電 可能 嚴重 Ⅲ 甲方人員監(jiān)控3滅火系統(tǒng)安裝作業(yè)鉆孔毛刺機械傷害 可能 一般 Ⅳ 勞動防護4滅火系統(tǒng)安裝作業(yè)滅火劑誤噴發(fā)凍傷傷害 可能 嚴重 Ⅲ 嚴格安全操作規(guī)程5滅火系統(tǒng)安裝作業(yè)滅火器容器超壓物理性爆炸可能 嚴重 Ⅲ 安全附件檢驗合格

2.探火管滅火裝置安裝前，應對容器閥、探火管、釋放管、噴頭等進行外觀質量檢查，并應符合下列要求：

（1）組件無碰撞變形及其它機械性損傷；

（2）組件外露非機械加工表面保護涂層完好；

（3）組件所有外露接口均設有防護堵、蓋，且封閉良好，接口螺紋無損傷；

（4）銘牌清晰，其內容應符合國家有關標識的規(guī)定。

3.探火管滅火裝置安裝前應檢查滅火劑儲存容器內的充裝量與充裝壓力，且應符合下列規(guī)定要求：

滅火劑儲存容器的充裝量及滅火劑儲存容器內的充裝壓力應符合GB50193-93《七氟丙烷滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》設計要求。

4.滅火劑儲存容器的安裝應符合下列要求：

（1）安裝位置應符合CNCA/CTS 0015-2010《感溫自啟動滅火裝置認證技術規(guī)范》技術要求；

（2）安裝已充裝好的滅火劑儲存容器之前，不應將探火管連接至滅火劑儲存容器的閥上；

（3）滅火劑儲存容器應直立安裝，支架、框架固定牢靠，且采取防腐處理措施；

（4）滅火劑儲存容器安全泄放裝置的泄壓方向不應朝向操作面，且不應對人身和設備造成危害。

5.探火管及釋放管的安裝應符合下列要求：

（1）探火管連接部件應采用專用連接件；

（2）探火管應按設計要求敷設，并應采用專用管夾固定，固定措施應保證探火管牢固、工作可靠；當被保護對象為電線電纜時，宜將探火管隨電線電纜敷設，并應使用專用的夾子固定；

（3）探火管或釋放管三通管接頭應保證分流處參數均衡；

（4）探火管穿過墻壁或設備殼體時，應采用專用保護件或連接件防止探火管磨損；

（5）探火管不宜布置在溫度大于80℃的物體表面；

（6）探火管壓力表的安裝位置應便于觀察；

（7）釋放管的安裝應符合GB50193-93《七氟丙烷滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》、GB50370（氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范）的規(guī)定要求；

（8）當防護區(qū)內的開口或縫隙超過規(guī)定值時，應進行密封處理。

6.系統(tǒng)調試規(guī)范要求：

（1）探火管滅火裝置的調試應在滅火裝置安裝完畢后進行；

（2）進行調試試驗時，應采取可靠防護措施；

（3）在滅火系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)下，以氮氣為介質向探火管內充壓至設定壓力，保持壓力6.0h，探火管內壓力應無變化；

（4）調試完成后，應將探火管滅火裝置各部件恢復至正常工作狀態(tài)。

現場安裝過程中

現場安裝完成圖

燕山石化高科公司高壓裝置配電間電纜溝內探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)于2016年1月20日安裝調試完成，并正常運行至今。

五、結語

在石油化工生產過程中，變電站、配電間電纜著火事故時有發(fā)生，但是只要我們在日常管理工作中，強化現場安全管理、制定完備的安全防范措施、創(chuàng)造條件及時更新更換陳舊老化的電纜，提高應急處置能力、現場采取快速高效的滅火手段，即使發(fā)生電纜火災事故，我們也能夠及時采取應急處置措施，啟動現場滅火設施把電纜火災事故處理在初期萌芽狀態(tài)，避免火災的進一步蔓延，把事故損失控制在最低的程度。2018年公司將在進一步擴大探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的適用范圍，熱電廠申報的在前進變電站電纜隧道內布設探火管七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的隱患項目已經得到中石化總部的同意批復，將于2018年組織實施，屆時將為東生產區(qū)正常供電提供可靠保障。