火電廠氣溶膠自動滅火技術(shù)的研究與應(yīng)用

張 達

（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)城市化進程的逐步推進，電纜發(fā)生火災(zāi)事故的風險也在不斷上升[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)事故不僅會對人員、設(shè)備財產(chǎn)安全造成極大的影響，還容易造成火電廠機組停運，進而嚴重影響到社會用電的可靠性。目前多數(shù)火電廠針對火電機組的電纜橋架、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組難以滿足電氣設(shè)備的相關(guān)防護需求。

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

1 氣溶膠自動滅火系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

氣溶膠自動滅火系統(tǒng)由氣溶膠滅火裝置、氣體滅火控制器（或啟動器）、火災(zāi)探測器、聲光報警器、手動啟停開關(guān)、釋放顯示燈、備用電源及開口自動關(guān)閉裝置等組成，如圖1所示。當布設(shè)于防護區(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火情信號時，可觸發(fā)氣體滅火控制器或啟動器，使之僅發(fā)出火災(zāi)聲光預(yù)報警信號；當感煙和感溫火災(zāi)探測器同時被觸發(fā)，并向氣體滅火控制器或啟動器同時發(fā)出信號時，氣體滅火控制器或啟動器開始發(fā)出聲光報警信號并催促防護區(qū)人員盡快撤離，同時系統(tǒng)生成聯(lián)動控制信號可使防護區(qū)內(nèi)的空調(diào)機、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

火警認證成功后，氣溶膠滅火系統(tǒng)可在設(shè)定的延時時間內(nèi)通過控制器輸出啟動電流信號給各釋放點的滅火裝置，激活氣溶膠滅火劑在發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生化學反應(yīng)，并依靠熱氣溶膠滅火裝置向防護區(qū)內(nèi)釋放氣溶膠滅火劑撲滅火災(zāi)。同時，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器，以此實現(xiàn)火情的全景監(jiān)測。

1.2 系統(tǒng)滅火機理

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

表1 不同滅火劑的滅火機理

由于氣溶膠中固體顆粒主要為金屬氧化物，其進入火災(zāi)區(qū)后在高溫下會迅速分解產(chǎn)生強烈的吸熱反應(yīng)，同時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發(fā)生碰撞，利用鏈式反應(yīng)將活性基團瞬時吸附，起到消耗燃燒活性基團、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滅火系統(tǒng)是以物理冷卻、化學抑制兩種滅火機理同時對火焰進行全淹沒式撲滅，其瞬間產(chǎn)生的大量惰性氣體會迅速稀釋空氣中的氧氣濃度，同時通過化學性抑制消耗燃燒活性基團，達到切斷火焰燃燒鏈的作用，實現(xiàn)快速滅火。

2 燃煤火力機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組電纜夾層火災(zāi)防護區(qū)改造，旨在確保自動滅火裝置能夠安全、可靠、潔凈、經(jīng)濟地保護電纜夾層內(nèi)的電氣設(shè)備。綜合考慮各類滅火劑滅火機理的優(yōu)缺點，由于S型熱氣溶膠滅火劑具有化學生成物不導(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，現(xiàn)場采用S型氣溶膠滅火裝置安裝于電纜夾層防護區(qū)。當電纜夾層發(fā)生火情時，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，不會對電氣設(shè)備及金屬材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕性二次損害，同時其沉降物絕緣電阻大于200 MΩ，遠大于沉降物電阻值不小于20 MΩ的行業(yè)技術(shù)標準，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。

通過有金屬屏蔽層的電纜將氣體滅火控制器與防護區(qū)內(nèi)的S型熱氣溶膠滅火裝置連接，當發(fā)生火災(zāi)時滅火裝置能夠接受控制器發(fā)出的啟動信號，進而引發(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臺燃煤火力機組開展電纜夾層火災(zāi)防護區(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)上配置了手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)與緊急啟動/停止按鈕，當防護區(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)報警信號時，可通過擊碎氣體滅火控制器或手動按壓控制器面板上緊急啟動按鈕，實行人工緊急啟動，此狀態(tài)下系統(tǒng)將立即實施啟動程序并在規(guī)定延時時間內(nèi)啟動S型熱氣溶膠滅火裝置撲滅火災(zāi)；當防護區(qū)內(nèi)人員確認火情為誤報警或者在延時時間內(nèi)火情已熄滅時，亦可通過手動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)防護區(qū)改造接線方案

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(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)電機房發(fā)生火災(zāi)時，S型和K型熱氣溶膠的滅火設(shè)計密度不應(yīng)小于140 g/m3。需要結(jié)合電纜防護區(qū)的凈容積大小合理配置S型熱氣溶膠滅火劑的設(shè)計用量，具體計算公式如式（1）所示。

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

以1號機組6 kV電纜夾層為例，其火災(zāi)防護區(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)計滅火密度為140 g/m3=0.14 kg/m3，結(jié)合式（1）可得1號機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，現(xiàn)場安裝布置效果如圖5所示。

圖4 1號機組電纜夾層控制系統(tǒng)平面布置圖

圖5 1號機組電纜夾層熱氣溶膠滅火裝置安裝圖

3 現(xiàn)場試驗

開展貴溪發(fā)電有限公司燃煤火力機組電纜夾層火災(zāi)防護區(qū)改造后現(xiàn)場測試試驗，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被觸發(fā)時能否在設(shè)定的延時時間內(nèi)輸出氣溶膠滅火裝置啟動信號。

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行氣體滅火控制器聲光預(yù)警信號啟動驗證試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 氣體滅火控制器聲光預(yù)警試驗

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

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

表4 氣體滅火控制器聲光報警試驗

由試驗結(jié)果可知，在三種不同的測試溫度下進行加煙試驗，均能聯(lián)動防護區(qū)內(nèi)的聲光報警器發(fā)出報警信號，同時在設(shè)定延時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。

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組電纜夾層火災(zāi)防護區(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行現(xiàn)場發(fā)生火警時，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。同時開展了電纜夾層防護區(qū)改造后的現(xiàn)場試驗驗證，結(jié)果表明氣溶膠滅火系統(tǒng)能夠有效為燃煤火力機組火災(zāi)防護進行支撐，且不會影響到燃煤火力機組的正常運行。