電伴熱技術(shù)在寒冷地區(qū)隧道水消防管道保溫中的應(yīng)用

梁正才

（甘肅省蘭州高速公路處）

0 引言

北方寒冷地區(qū)高速公路隧道消防系統(tǒng)采取水消防系統(tǒng)為主，干粉滅火器為輔的運行模式，隧道水消防管道由消防水源至洞口管網(wǎng)、洞外環(huán)接管網(wǎng)及洞內(nèi)管網(wǎng)組成。因隧道地處冬季寒冷地區(qū)，隧道消防系統(tǒng)消防水源至洞口管網(wǎng)、洞外環(huán)接管網(wǎng)采取埋至凍土層以下的保溫方式進(jìn)行保溫[3]，而洞內(nèi)消防管道采用包裹 50mm厚聚氨酯泡沫保溫層，外加阻燃聚乙烯保護(hù)層的保溫方式，經(jīng)冬季運行經(jīng)常發(fā)生隧道內(nèi)管網(wǎng)凍裂現(xiàn)象。為了防止消防管網(wǎng)出現(xiàn)凍裂，保障其他季節(jié)消防設(shè)施正常運行，運營單位根據(jù)冬季氣溫情況排空隧道水消防管道內(nèi)消防用水，同時在隧道緊急停車帶內(nèi)增設(shè)消防滅火沙、滅火器等設(shè)施，如在該時間段內(nèi)隧道發(fā)生火災(zāi)，使用隧道內(nèi)配置的滅火器、消防滅火沙等方式進(jìn)行滅火，待氣溫回升至冰點以上后，運營單位對隧道內(nèi)消防栓管網(wǎng)進(jìn)行注水，屆時隧道水消防系統(tǒng)正常使用。該運行方式存在一定的隧道行車安全隱患。其他南方省份因冬季氣溫很少降到0℃以下，一般消防管道僅采用包裹50mm厚聚氨酯泡沫保溫層，外加阻燃聚乙烯保護(hù)層的保溫方式進(jìn)行保溫，如遇極端極寒天氣，臨時排空隧道水消防管道內(nèi)消防用水，以保證管道正常運行。

1 電伴熱技術(shù)在消防系統(tǒng)中利用情況

電伴熱技術(shù)是利用新型電伴熱帶材料對消防管道進(jìn)行加熱保溫的一種技術(shù)。它利用電能使電伴熱帶在被保溫管道的表面持續(xù)的產(chǎn)生熱量。電伴熱帶以平行單根、平行雙根、纏繞等方式緊緊包裹在被保溫的消防管道、閥門上。保溫防凍的目的就是通電后發(fā)熱，利用產(chǎn)生的熱量對消防管道內(nèi)的介質(zhì)加溫, 補充由于管道外殼內(nèi)外溫差引起的熱散失，起到溫度維持、解凍化冰、防凍保溫的效果，達(dá)到了消防管道防凍保溫的目的。電伴熱系統(tǒng)主要由電源、電伴熱帶、溫控器(恒功率電伴熱帶)、恒溫器（自限溫電伴熱帶）以及接線盒、二通、三通、尾端等附件構(gòu)成。

電伴熱技術(shù)在北方隧道消防系統(tǒng)中有初步利用。根據(jù)隧道運行經(jīng)驗，隧道冬季出入口處一定距離內(nèi)的環(huán)境溫度較低，易將消防管道凍裂，而進(jìn)入隧道一定距離后環(huán)境溫度逐漸升高，對消防管道的影響將會變?nèi)?，所以北方部分隧道在設(shè)計中將隧道出入口處300m范圍電纜溝內(nèi)的消防主管及消火栓連接支管采用電伴熱進(jìn)行加熱，外加50mm厚聚氨酯泡沫保溫層進(jìn)行管道保溫，其余管道采用50mm厚聚氨酯泡沫保溫層進(jìn)行保溫。因根據(jù)北方隧道長期運行的經(jīng)驗及運營單位在冬季最冷月份對隧道內(nèi)不同距離處溫度的實際抽測數(shù)據(jù)顯示，隧道內(nèi)距洞口2000m范圍內(nèi)溫度大多低于0℃以下，易造成消防管道凍裂，這種設(shè)計在實際使用中可使水消防系統(tǒng)在冬季使用的時間稍有延長，但不能徹底解決存在問題，所以消防電伴熱技術(shù)利用不是很廣泛。根據(jù)對北方一些長隧道內(nèi)部氣溫的觀測，得出在氣溫達(dá)到極點的月份，距隧道口不同距離的隧道內(nèi)部溫度及隧道內(nèi)中點溫度均在5℃以下，再考慮到罕見極端氣候的影響，均會造成隧道水消防管道的凍裂。為了消除隧道行車安全隱患，冬季寒冷地區(qū)隧道水消防系統(tǒng)管道保溫問題需徹底解決。

2 消防電伴熱在隧道消防系統(tǒng)中設(shè)置方案及要點

（1）消防電伴熱帶的技術(shù)要求

消防電伴熱帶有自限溫電伴熱帶和恒功率電伴熱帶兩種。自限溫電伴熱帶又稱自控溫電伴熱帶，它是新一代帶狀恒溫電熱產(chǎn)品，由高分子導(dǎo)電碳粒和兩根平行母線外加絕緣層構(gòu)成，其PTC發(fā)熱元件的電阻率具有很高的正溫度系數(shù)且相互并聯(lián)。自限溫電伴熱帶能夠自動限制發(fā)熱溫度，并隨被伴熱體溫度自動調(diào)節(jié)輸出功率，可以任意剪切或在一定長度范圍內(nèi)接長使用，允許多次交叉重疊而無高溫過熱燒毀之慮，維護(hù)簡便且節(jié)約電能。恒功率電伴熱帶分為并聯(lián)電伴熱帶和串聯(lián)電伴熱帶，指電伴熱帶通電后即以恒定的功率發(fā)熱，并不隨環(huán)境溫度改變而變化。電源母線為兩根平行絕緣銅線，在內(nèi)絕緣層上纏繞電熱絲，并將電熱絲每隔一定距離（稱為“發(fā)熱節(jié)”）與母線相連，形成連續(xù)并聯(lián)的電阻。母線通電后，各并聯(lián)電阻發(fā)熱，因而形成一條連續(xù)的加熱帶。恒功率電伴熱帶的通斷由溫控器控制，能較準(zhǔn)確地控制介質(zhì)的溫度，在隧道消防管道保溫中經(jīng)常會采用恒功率電伴熱帶。恒功率電伴熱帶應(yīng)符合 IEC800（1992）標(biāo)準(zhǔn)要求，為保證消防電伴熱在運行中不發(fā)生過熱燃燒的情況，根據(jù)測算，其直徑不得小于 6.0mm，線性功率不得大于 17W/m，纏繞功率不得大于 26W/m，纏繞比例約1:1.5?？紤]安全的要求，發(fā)熱電伴熱帶選用內(nèi)部隱式拼接接頭，即冷熱線連接處在電纜表面應(yīng)無接痕、連續(xù)通過，電纜須有接地屏蔽結(jié)構(gòu)，考慮到防水等因素，屏蔽層應(yīng)采用連續(xù)金屬層屏蔽[1]。恒功率電伴熱帶需設(shè)置配套的溫度控制箱，它包括電壓端、溫度控制器、固態(tài)繼電器、散熱器、溫度傳感器，其中電壓端分別與溫度控制器、固態(tài)繼電器、電伴熱帶相連，溫度控制器分別與溫度傳感器、固態(tài)繼電器相連，固態(tài)繼電器和散熱器相連，其采用單元集裝制方式，對應(yīng)的一套加熱系統(tǒng)由一個控制單元獨立完成控制，各控制單元設(shè)有溫度顯示、調(diào)節(jié)、檢測和主電路的控制和保護(hù)，能夠自動控制被保溫介質(zhì)保持一定的溫度。

（2）消防電伴熱系統(tǒng)的設(shè)置方案及要點

鑒于以上論述，冬季寒冷地區(qū)隧道內(nèi)消防主管及消火栓連接支管均需采用電伴熱進(jìn)行加熱、管道保溫采用 50mm 厚聚氨酯泡沫保溫層外加阻燃聚乙烯保護(hù)層的方式進(jìn)行保溫，并配備配套配電箱、溫控器、接線盒等設(shè)施來保持恒溫，管道周圍溫度需維持在5℃左右，才能保證消防管道的正常運行。

依據(jù)以上消防電伴熱的技術(shù)參數(shù)，并考慮功率負(fù)載等情況，電伴熱帶需分段進(jìn)行布設(shè)控制，其控制箱在隧道內(nèi)按 200m 設(shè)置1個，具體設(shè)置位置可視現(xiàn)場情況調(diào)整，敷設(shè)路由盡量沿原電纜溝敷設(shè)，當(dāng)無電纜溝時需進(jìn)行穿管保護(hù)，敷設(shè)深度不小于 0.7m，當(dāng)穿越機(jī)動車道時深度不小于 1m，并應(yīng)敷設(shè)在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?。電伴熱帶從控制箱接出后纏繞至消防管道上負(fù)責(zé)該段管道的加熱，安裝前需對管道進(jìn)行吹掃、試壓等驗收，驗收合格后方可進(jìn)行電伴熱帶的施工，管道安裝前需將敷設(shè)處的灰塵、銹跡、油污等擦拭干凈，電伴熱帶不允許疊繞交叉安裝、不允許使用現(xiàn)場發(fā)泡的方式保溫。電伴熱帶的敷設(shè)應(yīng)從電源供給端開始，邊敷設(shè)電伴熱帶，管道外壁邊用不燃性玻璃布復(fù)合鋁箔膠帶全程固定，同時用布團(tuán)用力抹壓，使電伴熱帶牢固固定，同時不燃性玻璃布復(fù)合鋁箔膠帶也充當(dāng)管道防潮層，起到一定的保護(hù)作用。電伴熱帶附件處應(yīng)留有一定的余量，電源端和尾端需預(yù)留1m的余量，二通或三通配件處各端預(yù)留0.5m的余量，以便下次檢修重復(fù)使用，法蘭處介質(zhì)易泄露，纏繞電伴熱帶時應(yīng)避開其正下方，電伴熱帶尾端必須使用配套的封頭嚴(yán)密套封，電伴熱帶的分支、末端及電伴熱帶之間的連接處必須采用電伴熱帶專業(yè)廠家提供的專業(yè)配件。電氣接線盒應(yīng)采用玻纖膠帶或金屬喉卡緊固，溫度傳感器的傳感末梢應(yīng)采用玻纖膠帶包裹在設(shè)備或管道上。電伴熱帶不能在地面上拖曳、硬拉，不能打硬折，以免損傷電伴熱帶。電伴熱帶不能放置在管道較鋒利的邊緣，嚴(yán)禁踩踏發(fā)熱電伴熱帶，需做好保護(hù)，敷設(shè)時，遇有銳角部位應(yīng)用不燃性玻璃布復(fù)合鋁箔膠帶加以保護(hù)，在安裝前必須檢查管道是否損壞或滴漏，管道刷的防腐漆是否干透，在現(xiàn)場環(huán)境溫度低于零下10℃時，電伴熱帶不宜安裝。發(fā)熱電伴熱帶安裝完畢后，應(yīng)對整個伴熱系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)回路接線、分相、溫度控制等是否正確，檢查發(fā)熱電伴熱帶的電阻值和絕緣電阻是否合格，并接通臨時電源確定運行正常后才能安裝聚氨酯泡沫絕熱保溫層[2]。安裝絕熱保溫層后，在保溫層上面再敷設(shè)一層強度較高的阻燃聚乙烯保護(hù)層材料，保證電伴熱系統(tǒng)的運營安全性。

3 電伴熱系統(tǒng)的供電方案

電伴熱系統(tǒng)電源需充分考慮原變電所變壓器的容量大小，如變壓器容量不足，需考慮對變壓器進(jìn)行增容，如變壓器容量足夠，供電電源由隧道供電系統(tǒng)低壓柜應(yīng)急備用回路配出，根據(jù)實際情況對出線斷路器進(jìn)行調(diào)整。供電主纜從隧道變電所敷設(shè)至隧道口，接入總配電控制箱，上、下行線隧道口各敷設(shè)一根，供電電纜一般采用 NH－YJV－1kV－型電纜，外穿管保護(hù)，電壓采用 380V 三相供電，接地采用 TN－S系統(tǒng)，接地電阻不大于 4Ω[4]。

各電伴熱帶控制箱分支纜從總供電控制箱回路開關(guān)中接出，提供220V交流電，需充分考慮電流的三相平衡條件，控制箱出線開關(guān)需配漏電保護(hù)器，漏電參數(shù) 30ma，開關(guān)功率根據(jù)相應(yīng)長度電伴熱帶的功率進(jìn)行匹配，分支線纜根據(jù)供電回路所帶負(fù)載進(jìn)行選型配備。連接設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)分別鋪設(shè)，排列整齊，捆扎固定，長度留有余量，并按要求編號，電纜電線不得有扭絞、壓扁和保護(hù)層斷裂等現(xiàn)象。

4 消防電伴熱在隧道消防系統(tǒng)中實施后的運行效果

北方寒冷地區(qū)部分隧道內(nèi)消防主管及消火栓連接支管均采用電伴熱進(jìn)行加熱、管道保溫采用 50mm 厚聚氨酯泡沫保溫層的保溫方案后取得了良好的運行效果，冬季在氣溫最低月份實測中發(fā)現(xiàn)，電纜溝內(nèi)消防主管及支管表面溫度基本能保持在6℃左右，基本解決了北方寒冷地區(qū)隧道水消防管道保溫存在的問題，目前該保溫方式普遍被應(yīng)用于北方寒冷隧道的隧道內(nèi)、隧道外消防管道的保溫。目前實施了該保溫方案的隧道，冬季很少發(fā)生消防管道凍裂現(xiàn)象，給隧道冬季的突發(fā)火災(zāi)的撲救提供了有力的消防保障，并且消除了隧道行車安全隱患，取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。