電伴熱技術在寒冷地區(qū)隧道水消防管道保溫中的應用

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行保溫[3]，而洞內消防管道采用包裹 50mm厚聚氨酯泡沫保溫層，外加阻燃聚乙烯保護層的保溫方式，經冬季運行經常發(fā)生隧道內管網(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消防用水，同時在隧道緊急停車帶內增設消防滅火沙、滅火器等設施，如在該時間段內隧道發(fā)生火災，使用隧道內配置的滅火器、消防滅火沙等方式進行滅火，待氣溫回升至冰點以上后，運營單位對隧道內消防栓管網(wǎng)進行注水，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層的保溫方式進行保溫，如遇極端極寒天氣，臨時排空隧道水消防管道內消防用水，以保證管道正常運行。

1 電伴熱技術在消防系統(tǒng)中利用情況

電伴熱技術是利用新型電伴熱帶材料對消防管道進行加熱保溫的一種技術。它利用電能使電伴熱帶在被保溫管道的表面持續(xù)的產生熱量。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，利用產生的熱量對消防管道內的介質加溫, 補充由于管道外殼內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、尾端等附件構成。

電伴熱技術在北方隧道消防系統(tǒng)中有初步利用。根據(jù)隧道運行經驗，隧道冬季出入口處一定距離內的環(huán)境溫度較低，易將消防管道凍裂，而進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弱，所以北方部分隧道在設計中將隧道出入口處300m范圍電纜溝內的消防主管及消火栓連接支管采用電伴熱進行加熱，外加50mm厚聚氨酯泡沫保溫層進行管道保溫，其余管道采用50mm厚聚氨酯泡沫保溫層進行保溫。因根據(jù)北方隧道長期運行的經驗及運營單位在冬季最冷月份對隧道內不同距離處溫度的實際抽測數(shù)據(jù)顯示，隧道內距洞口2000m范圍內溫度大多低于0℃以下，易造成消防管道凍裂，這種設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利用不是很廣泛。根據(jù)對北方一些長隧道內部氣溫的觀測，得出在氣溫達到極點的月份，距隧道口不同距離的隧道內部溫度及隧道內中點溫度均在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)中設置方案及要點

（1）消防電伴熱帶的技術要求

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品，由高分子導電碳粒和兩根平行母線外加絕緣層構成，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節(jié)輸出功率，可以任意剪切或在一定長度范圍內接長使用，允許多次交叉重疊而無高溫過熱燒毀之慮，維護簡便且節(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，能較準確地控制介質的溫度，在隧道消防管道保溫中經常會采用恒功率電伴熱帶。恒功率電伴熱帶應符合 IEC800（1992）標準要求，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。考慮安全的要求，發(fā)熱電伴熱帶選用內部隱式拼接接頭，即冷熱線連接處在電纜表面應無接痕、連續(xù)通過，電纜須有接地屏蔽結構，考慮到防水等因素，屏蔽層應采用連續(xù)金屬層屏蔽[1]。恒功率電伴熱帶需設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，各控制單元設有溫度顯示、調節(jié)、檢測和主電路的控制和保護，能夠自動控制被保溫介質保持一定的溫度。

（2）消防電伴熱系統(tǒng)的設置方案及要點

鑒于以上論述，冬季寒冷地區(qū)隧道內消防主管及消火栓連接支管均需采用電伴熱進行加熱、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層的方式進行保溫，并配備配套配電箱、溫控器、接線盒等設施來保持恒溫，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參數(shù)，并考慮功率負載等情況，電伴熱帶需分段進行布設控制，其控制箱在隧道內按 200m 設置1個，具體設置位置可視現(xiàn)場情況調整，敷設路由盡量沿原電纜溝敷設，當無電纜溝時需進行穿管保護，敷設深度不小于 0.7m，當穿越機動車道時深度不小于 1m，并應敷設在當?shù)貎鐾翆右韵隆ｋ姲闊釒目刂葡浣映龊罄p繞至消防管道上負責該段管道的加熱，安裝前需對管道進行吹掃、試壓等驗收，驗收合格后方可進行電伴熱帶的施工，管道安裝前需將敷設處的灰塵、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。電伴熱帶的敷設應從電源供給端開始，邊敷設電伴熱帶，管道外壁邊用不燃性玻璃布復合鋁箔膠帶全程固定，同時用布團用力抹壓，使電伴熱帶牢固固定，同時不燃性玻璃布復合鋁箔膠帶也充當管道防潮層，起到一定的保護作用。電伴熱帶附件處應留有一定的余量，電源端和尾端需預留1m的余量，二通或三通配件處各端預留0.5m的余量，以便下次檢修重復使用，法蘭處介質易泄露，纏繞電伴熱帶時應避開其正下方，電伴熱帶尾端必須使用配套的封頭嚴密套封，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。電氣接線盒應采用玻纖膠帶或金屬喉卡緊固，溫度傳感器的傳感末梢應采用玻纖膠帶包裹在設備或管道上。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，嚴禁踩踏發(fā)熱電伴熱帶，需做好保護，敷設時，遇有銳角部位應用不燃性玻璃布復合鋁箔膠帶加以保護，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，應對整個伴熱系統(tǒng)進行全面檢查，確認回路接線、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一層強度較高的阻燃聚乙烯保護層材料，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)低壓柜應急備用回路配出，根據(jù)實際情況對出線斷路器進行調整。供電主纜從隧道變電所敷設至隧道口，接入總配電控制箱，上、下行線隧道口各敷設一根，供電電纜一般采用 NH－YJV－1kV－型電纜，外穿管保護，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，控制箱出線開關需配漏電保護器，漏電參數(shù) 30ma，開關功率根據(jù)相應長度電伴熱帶的功率進行匹配，分支線纜根據(jù)供電回路所帶負載進行選型配備。連接設備的電源線和信號線應分別鋪設，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)部分隧道內消防主管及消火栓連接支管均采用電伴熱進行加熱、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用于北方寒冷隧道的隧道內、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濟效益。