引言

　　工業(yè)電纜是一種重要的電力傳輸設(shè)備，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)，離不開(kāi)電能，而電力的輸送則是由大量的電纜來(lái)完成的。電纜隧道火災(zāi)事故，危害極大。它不但會(huì)燒毀大量電纜及其它設(shè)備，迫使大型工廠停機(jī)，造成大面積停電，而且由于電纜往往集中敷設(shè)，一旦起火，影響范圍廣，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，造成的損失大。

　　一般的電纜敷設(shè)方式有電纜溝和電纜隧道，電纜隧道適合大量的電纜長(zhǎng)距離傳輸，因此它的安全性至關(guān)重要。

　　1.隧道火災(zāi)特點(diǎn)：

　　電纜是以爆燃形式起火燃燒的。電纜著火后，火勢(shì)順著電纜線呈線形燃燒，出煙濃火小速度慢，如果隧道內(nèi)有多層電纜或電纜交叉疊放，就會(huì)形成立體燃燒。呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

　　1.1隧道氣流速度大，加之燃燒釋放出的熱量不易散發(fā)，起火后熱量迅速積累，隧道內(nèi)溫度驟升，導(dǎo)致火勢(shì)迅猛發(fā)展。

　　1.2通道狹長(zhǎng)，大量煙氣難以排出，人員疏散困難。

　　1.3隧道縱向的坡度較大，一旦起火，很容易形成煙囪效應(yīng)，溫度和煙會(huì)迅速傳播。

　　1.4火災(zāi)撲救困難。

　　1.5火災(zāi)損失大。[1]上海供電局2001年因電纜中間頭過(guò)熱引起電纜隧道火災(zāi)，大面積電纜被燒損，導(dǎo)致市區(qū)大面積停電事故；1999年牡丹江第二發(fā)電廠因電纜溝火災(zāi)，導(dǎo)致全廠停電事故，直接、間接損失達(dá)近千萬(wàn)元。

　　1.6易復(fù)燃，撲救時(shí)間長(zhǎng)[2]在電纜隧道火災(zāi)撲救過(guò)程中大多數(shù)采用噴水滅火，水在高溫下會(huì)和可燃的電纜絕緣材料小顆粒混合，隨著火勢(shì)蔓延，當(dāng)遇到明火時(shí)，就會(huì)馬上燃燒起來(lái)，給滅火人員帶來(lái)很大困難。

　　2.救援滅火關(guān)鍵

　　由于電纜隧道環(huán)境惡劣以及發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生一些爆炸等連鎖反應(yīng)，破壞了隧道照明設(shè)施，因此，在隧道火災(zāi)救援滅火工作中，大量煙氣的積聚使能見(jiàn)度降低給救援人員帶來(lái)的很大困難。因大量煙氣不容易排出隧道外，積聚的煙氣會(huì)阻礙救援滅火人員的視線，難以判斷火源的位置。另外，大量的煙氣所造成的輻射熱使得周?chē)鷾囟壬�高，使消防滅火人員難以接近，救援滅火工作非常困難。

　　根據(jù)火災(zāi)傷亡的統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)條件下人員傷亡的原因大多數(shù)是由于煙氣（HCl、CO等）中毒、高熱、缺氧。[3]

　　綜上所述，如果能測(cè)量、分析發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣和氧氣的濃度以及火焰蔓延情況，找出適合人生存逃亡區(qū)域，將會(huì)給救援、滅火工作帶來(lái)很大幫助，大大降低損失。

　　3.數(shù)值模擬

　　3.1數(shù)值計(jì)算原理

　　FDS是以火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)為主要模擬對(duì)象的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件。該軟件采用數(shù)值方法求解受火災(zāi)浮力驅(qū)動(dòng)的低馬赫數(shù)流動(dòng)N-S方程，重點(diǎn)計(jì)算火災(zāi)中的煙氣和熱傳遞過(guò)程。進(jìn)行FDS模擬是為了得到一系列有關(guān)煙霧、溫度、毒氣等相關(guān)參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)工程，以保證一旦火災(zāi)發(fā)生，其煙霧保持在一定的疏散高度之上、毒氣濃度在一定的范圍內(nèi)，從而不會(huì)威脅到疏散人員的安全。

　　3.2數(shù)值建模

　　1.根據(jù)實(shí)物，建立模型長(zhǎng)×寬×高=6m×2m×2m，取網(wǎng)格參數(shù)見(jiàn)表1。

　　2.根據(jù)實(shí)際的銅芯橡膠絕緣電纜線，按銅：塑料=6：4進(jìn)行電纜材料配比。

　　3.在實(shí)驗(yàn)中取點(diǎn)火源（紅色小立方體0.1m×0.1m×0.1m），熱功率為1500KW。

　　4.根據(jù)實(shí)際電纜隧道中電纜尺寸，在網(wǎng)格中建立電纜模型（3列×2排），模型左側(cè)設(shè)計(jì)為空曠即是通氣的，在右側(cè)設(shè)置，面積2×2（米），風(fēng)速0.5m/s的抽風(fēng)機(jī)一個(gè)，具體模型結(jié)果見(jiàn)圖5。

　　上述是建模的主要步驟，完成建模后，設(shè)置參數(shù)后，進(jìn)行3600S模擬計(jì)算。

　　3.3數(shù)據(jù)處理和分析

　�。ㄒ唬�煙氣

　　研究煙氣分布對(duì)于火災(zāi)救援非常重要，尤其是環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)所，在電纜隧道火災(zāi)模擬中，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，繪圖比較，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間增加，隧道由于通風(fēng)不佳，煙氣大量積累，在273.6秒（4.56分鐘）時(shí)，煙氣只存在于0.5米高，到了1058.4秒（17.64分鐘）時(shí)（如圖3），其能見(jiàn)度已經(jīng)很小，而在此時(shí)，可燃物還在劇烈燃燒，煙氣還在積累，人員幾乎不可能生存。

　　從圖6中可以看出，當(dāng)612秒（10.2分鐘）時(shí)，煙氣的濃度達(dá)到最大值。

　　通過(guò)繪圖比較可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

　　1.隧道電纜發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣從著火源即燃燒較劇烈的一側(cè)，向燃燒程度低的區(qū)域延伸。

　　2.煙氣由于火羽流熱作用，先上升至頂部，而后順著墻面向下延伸。

　　3.煙氣延伸速率很快。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在518.0秒（8.64分鐘）時(shí)，距離地面1.0m以上的空間已經(jīng)充滿煙氣。如圖4.

　　因此，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，消防滅火人員應(yīng)該順著燃燒劇烈程度較低的一側(cè)，彎腰前進(jìn)，那些在火災(zāi)中逃亡者也應(yīng)該如此，或者爬到地上臉朝下，等待救援人員的到來(lái)。同時(shí)，消防人員可以根據(jù)煙氣分布初步判斷著火源的大概位置，便于實(shí)施滅火和救援工作。

　�。ǘ�）火焰蔓延情況

　　在實(shí)驗(yàn)中，可以看到在10.8s時(shí)，火焰開(kāi)始在垂直方向迅速蔓延，到達(dá)414.0s（6.9分鐘）時(shí)形成頂棚射流，加劇了火焰的蔓延，在529.0s（8.81分鐘）時(shí)，火焰開(kāi)始在水平方向蔓延，到698.4s（11.64分鐘）時(shí)，火已經(jīng)蔓延到左側(cè)上層電纜，到1580.4s（26.34分鐘）時(shí)，火焰已經(jīng)充滿了整個(gè)隧道模型。

　　分析可知，火從陰燃到劇烈燃燒，只用了500s（8.33分鐘）。在現(xiàn)實(shí)中，電纜隧道一旦發(fā)生火災(zāi)如果自動(dòng)滅火系統(tǒng)不能在8.33分鐘內(nèi)自動(dòng)滅火，火焰就會(huì)蔓延，引燃整個(gè)隧道電纜，向兩端蔓延。在模型計(jì)算中，6米長(zhǎng)隧道，火焰蔓延只用了860s（14.33分鐘）。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，電纜隧道火災(zāi)時(shí)由于有煙囪效應(yīng)，風(fēng)速一般為0.5m∕s[4]，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。

　�。ㄈ�）氧氣濃度：（黑色代表氧氣分布，越黑，氧氣濃度越大）

　　 過(guò)上述數(shù)據(jù)分析和作圖比較，可以看出，在電纜開(kāi)始燃燒時(shí)的262.0s時(shí)，火焰開(kāi)始加速蔓延，火羽流上升碰到頂棚時(shí)，快速形成頂棚射流，沿頂棚以水平方向運(yùn)動(dòng)。在264.0s（4.40分鐘）時(shí)火羽到達(dá)左側(cè)，在288.0s（4.80分鐘）時(shí)火羽到達(dá)右側(cè)。在288.0s時(shí)，距地面1.7米以上的氧氣濃度明顯下降，到468.0s（7.80分鐘）時(shí)，距地面1.7米以上的氧氣已經(jīng)被完全消耗。由于在右側(cè)放置了一個(gè)風(fēng)速為0.5m／s的抽風(fēng)機(jī)，所以在火羽蔓延上風(fēng)方向，燃燒劇烈，氧氣濃度降低較迅速。當(dāng)在1432.8s（23.88分鐘）時(shí)，距離地面0.4米以上的空間形成短暫無(wú)氧區(qū)域。到1699.2s（28.32分鐘）時(shí)，由于燃燒將盡，左側(cè)為通風(fēng)面，氧氣濃度開(kāi)始回升，而右側(cè)氧氣濃度回升不明顯。

　　4.數(shù)值模擬結(jié)論與建議

　　根據(jù)隧道的火災(zāi)原因和火災(zāi)隱患，以及上述關(guān)于隧道火災(zāi)中煙氣和氧氣分布，以及火焰蔓延速速特性的分析，提出以下建議：

　　4.1提高隧道耐火等級(jí)。

　　隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，其頂部溫度高達(dá)1000℃。（在模擬實(shí)驗(yàn)中1.9米處溫度探頭測(cè)得最高溫度972℃）。應(yīng)該采取其他保護(hù)措施，比如，在壁面涂防火涂料，以提高其耐火等級(jí)，防止隧道內(nèi)鋼筋混凝土在火災(zāi)中迅速升溫而降低強(qiáng)度，避免混凝土炸裂，襯內(nèi)鋼筋破壞失去支撐能力而導(dǎo)致隧道垮塌。

　　4.2在防火分區(qū)設(shè)置火災(zāi)應(yīng)急廣播。

　　在《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50116-98》第5.5.2條明確規(guī)定，每個(gè)防火分區(qū)至少應(yīng)設(shè)一個(gè)火災(zāi)警報(bào)裝置，其位置宜設(shè)在各樓層走道靠近樓梯出口處。警報(bào)裝置宜采用手動(dòng)或自動(dòng)控制方式[5]

　　4.3加強(qiáng)日常巡視和檢修。

　　隧道火災(zāi)如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，滅火工作動(dòng)作不迅速，后果是很?chē)?yán)重的。同時(shí)，如果加強(qiáng)日常巡視和檢修，也能大大降低發(fā)生火災(zāi)的可能性，從根本上起到了防范作用。

　　5.結(jié)束語(yǔ)

　　電纜隧道火災(zāi)災(zāi)害，后果嚴(yán)重。本人通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到煙氣中含有HCl氣體，以及通過(guò)FDS軟件模擬電纜隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出一些結(jié)論和建議，希望能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際防火防爆工作有意義。

　　電纜隧道火災(zāi)的防范不僅僅要有先進(jìn)技術(shù)，還要有合理有效的日常管理制度和健全的法律制度。