探火管七氟丙烷气体灭火系统在燕山石化的成功应用

■ 杜金山 王玉霞 中国石化北京燕山石化公司

石油化工生产装置配电间电缆沟发生着火事故曾多次发生，2010年以来燕山石化储运厂、橡胶厂、化工一厂、热电厂等单位就多次发生过电缆着火事故，严重影响了我们企业的正常生产和经营，全国石化企业电缆着火更是数不胜数。特别是建厂多年的老企业，其生产装置在用的高低压电缆陈旧、老化、绝缘性能差，加之装置不断升级改造，用电负荷日趋增加，更是发生电缆火灾事故的最大症结。为消除电缆火灾事故的风险和隐患，一方面要采取强化日常安全管理、制定安全防范措施、更新更换陈旧老化的电缆等办法解决，另一方面，应采取提高应急处置能力、现场布设快速有效的灭火系统等办法，一旦发生电缆火灾事故，能够立即采取应急处置措施，启动现场灭火设施把电缆火灾事故处理在初期萌芽状态，避免火灾的进一步蔓延，把事故损失控制在最低的程度。本项目就是吸取化工一厂乙二醇装置配电间AA23配电柜下方电缆沟内着火事故教训，引用探火管七氟丙烷气体灭火技术，在高科公司高压装置配电间电缆沟的一例典型的成功实践。

一、问题的提出

2015年10月21日下午15时35分左右，化工一厂乙二醇装置配电间AA23配电柜下方电缆沟内低压电缆过热，电缆绝缘老化、破损造成电缆放电，并迅速形成明火，引发电缆短路着火事故，火焰不断蔓延并上行进入配电间开关柜，沿电缆沟及开关柜内的间隙不断扩大，烧毁电缆沟内电缆和配电间内配电及开关设备，给公司的生产经营造成了很大损失，同时带来了不良的社会影响。

此次事故暴露出公司对配电间安全管理方面存在薄弱环节，同时也反映出对配电间火灾事故应急处置能力不足和预防措施短缺的问题。事后，公司组织全面开展配电间管理安全隐患排查，采取有效措施，杜绝类似事故再次发生。在提高配电设备的安全性和运行可靠性的同时，提出了强化电缆沟电缆火灾预防措施，在电缆沟内电缆桥架上增设自动灭火系统，把事故处理在初始萌芽阶段。

二、电气火灾灭火系统分析与选择

扑灭电气火灾，采用气体灭火是目前最有效的灭火手段。气体灭火系统是以一种或多种气体作为灭火介质，通过这些气体在整个防护区域内或保护对象周围的局部区域建立起高浓度灭火气体实现灭火。它具有灭火效率高、灭火速度快、保护对象无污损等特点。目前常用的气体灭火系统有二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统、IG541混合气体灭火系统。

（一）二氧化碳灭火系统

二氧化碳灭火系统主要在于窒息，其次是冷却。常温常压条件下，二氧化碳物态为气相，储存在密封高压气瓶中，低于临界温度31.4℃时以气、液两相共存。灭火过程中，二氧化碳从储存气瓶中释放出来，压力骤然下降，使得二氧化碳由液态转变成气态，分布于燃烧物周围，稀释氧含量，达到窒息作用。另一方面，二氧化碳释放时又因焓降的关系，温度急剧下降，形成细微的固体干冰粒子，吸收周围的热量而升华，达到冷却的作用。

二氧化碳灭火系统

1.二氧化碳灭火系统特点

二氧化碳灭火系统按照灭火剂储存压力不同可分为高压系统（指灭火剂在常温下储存的系统）和低压系统（指灭火剂在―20℃到―18℃低温下储存的系统）两种应用形式。高压系统压力一般为5.17MPa，低压系统压力一般为2.07MPa。

2.二氧化碳灭火系统的应用范围

二氧化碳灭火系统主要应用在局部应用和全淹没应用气体灭火场所。针对切断气源的气体火灾，液体火灾或石蜡、沥青等可熔化的固体火灾最有效。缺点是二氧化碳是一种有毒有害气体，释放过程中容易造成人员中毒事故，同时储存二氧化碳的气瓶压力随着环境温度的不同会产生较大变化，对探火管式自动灭火方式不适用。

（二）七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷是一种清洁、安全的卤代烷替代药剂，它是一种化学合成药剂，适用于全淹没气体灭火系统中。

七氟丙烷分子结构

1.七氟丙烷灭火剂的特点

七氟丙烷常温常压下为气态，通过氮气增压以液态形式储存在钢瓶内，储存压力一般为2.5Mpa、4.2Mpa、5.6Mpa三种压力等级。七氟丙烷系统的保护浓度一般在8%-10%左右，它通过80%的物理降温作用，再加上20%的化学作用（阻断燃烧链式反应）共同作用进行灭火。

2.七氟丙烷灭火系统的主要优点

（1）七氟丙烷药剂在一定的浓度下喷放对人体不会产生不良影响，可用于经常有人活动的场所。

（2）七氟丙烷系统灭火浓度较低，需要的储瓶数量较少，占地面积小。

（3）在独立防护区无钢瓶间的条件下或较小不适合采用有管网的防护区可以采用柜式七氟丙烷系统，灵活性较高。

（4）七氟丙烷药剂具有极强的化学稳定性，在没有接触到钢瓶以外的环境时是长期有效的，如果钢瓶没有出现泄漏或释放则不需要补充药剂。

柜式七氟丙烷气体灭火系统

3.七氟丙烷灭火系统的主要缺点

（1）由于系统压力限制，管网输送距离有限。一般情况下2.5Mpa的系统钢瓶至末端喷头的管道长度需在30m以内；4.2Mpa的系统钢瓶至末端喷头的管道长度需在45m以内；5.6Mpa的系统钢瓶至末端喷头的管道长度需在60m以内。当防护区分布较分散时，七氟丙烷系统需要多套系统才能达到保护要求。

（2）七氟丙烷药剂在高于550度的温度下会分解产生氢氟酸，对设备有一定的腐蚀性，对人体呼吸道有较强的刺激性。

（3）七氟丙烷药剂释放时以气、液混合形态存在，在有障碍物的情况下，无法在短时间内达到均匀的灭火浓度，会影响灭火效果。

（三）IG541混合气体灭火系统

1.IG541混合气体灭火剂的组成与特点

IG541是一种由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳混合而成的惰性气体灭火剂，在灭火时不会发生任何化学反应，不污染环境，无毒、无腐蚀，具有良好的电绝缘性能，灭火过程洁净，灭火后不留痕迹不会对被保护设备构成危害。

IG541灭火系统

IG541气体本身无毒性，也不会产生毒性分解物，根据美国科学家“低氧状态下的生命维持理论”证明，空气中含有3%～5%的二氧化碳可以刺激人体呼吸速率加快。IG541灭火剂中加入的8%二氧化碳，可起到在缺氧条件下，刺激呼吸加速，满足人体在缺氧条件下的氧气需求量，对人体是相对安全的，可用于经常有人活动的场所。一般储存压力较高，有15Mpa和20Mpa、30Mpa三种压力等级。IG541系统的保护浓度一般在36.5-42.8%，当IG541气体喷放到着火区域时，在短时间内会使着火区域内的氧气浓度降低至能够支持燃烧的12.5%以下，对燃烧产生窒息作用，使燃烧迅速终止。

2.IG541灭火系统的主要优点

（1）由于IG541系统储存压力高，因此输送距离较远，钢瓶至喷头距离可达150m以上。在系统采用组合分配方式下，可以连接更多的保护区域，节约气体灭火系统的投资。

（2）IG541混合气体与空气密度接近，且在末端喷头释放时压力较高，因此喷放后能快速扩散并与空气混合，迅速降低氧气浓度扑灭火灾。

（3）IG541以气态方式储存并以气态方式喷放，喷放时不会引起保护区域内温度急剧下降，对精密设备和其他珍贵财物无任何伤害。

（4）由于IG541系统使用的气体都是惰性气体，其价格低廉，因此当系统释放后进行二次充装的费用很低。

3.IG541灭火系统的主要缺点

（1）IG541系统末端喷头的释放压力一般在2Mpa左右，喷放时会产生一定的噪音及高速气流产生灰尘、轻质物品飞扬，影响人员的听觉、视觉。

（2）由于IG541系统储存压力较高，因此其储存容器和释放管路的压力等级要求都比较高，造成系统造价较高。

（3）IG541系统设计浓度较高，因此保护相同体积的防护区时需要的储瓶数量较多，需要使用的钢瓶间占地面积较大。

综上所述，从储存压力、占地空间（面积）及可靠性、成熟性、安全性、适用性等多方面考虑，选用七氟丙烷气体灭火系统是最优选择。

三、探火管七氟丙烷气体灭火系统

（一）基本原理

探火管七氟丙烷灭火系统是由装有七氟丙烷灭火剂的压力容器、容器阀及能释放七氟丙烷灭火剂的感温灭火气体输送管（探火管）等组成。将感温灭火气体输送管置于靠近或在火源最可能发生处的上方，同时，依靠沿感温灭火气体输送管的诸多探测点（线型）进行探测。被保护对象一旦高温或着火时，感温灭火气体输送管在受热温度最高处被软化，即温度超过170℃（可根据需要设定）时内部介质受高温后压强极速增大，形成直对火源的喷射口，将灭火介质通过感温灭火气体输送管本身（直接系统）或喷嘴（间接系统）释放到被保护区域直接灭火。其中，探火管是高科技领域开发的新品种，是一种高科技非金属合成品。它集长时间抗漏、柔韧性及有效的感温性于一体，在一定温度范围内爆破，喷射灭火介质或传递火灾信号。

其工作原理如下图所示：

（二）探火管灭火装置以七氟丙烷作为灭火剂的优点

（1）灭火剂直接向最先发热、着火点，能有效地把火患处置在初期萌芽状态；

（2）无需使用电源驱动；

（3）探测反应时间快速，最大限度地减少火势蔓延所造成的损失；

（4）不会因油、灰尘等恶劣的环境因素而导致误喷或延时误喷射；

（5）结构简单，安装方便，节省用户有限的空间。

（三）探火管七氟丙烷气体灭火系统技术指标要求：

主要技术参数：

产品名称 探火管灭火装置型号规格 WZ-Q/T-D-F6使用范围 适用于扑救封闭空间的固体火灾、液体火灾、气体火灾、电气火灾。灭火剂充装量 6kg灭火剂类型 七氟丙烷贮存压力 20℃时2.5 MPa安全泄放装置压力 5.9±0.295MPa感温元件动作温度 170±10℃探火管长度 25m探火管直径 Φ6mm有效灭火体积 8.5m³

探火管七氟丙烷气体灭火系统图

四、探火管七氟丙烷气体灭火系统安装方案分析

探火管式七氟丙烷气体灭火系统安装，选择在燕山石化高科公司高压装置配电间地下电缆沟内。

（一）探火管铺设

电缆沟探火管敷设参照配电柜敷设标准，沿电缆桥架S形敷设并用扎带间隔0.5米进行固定，每套探火管敷设25米，对电缆桥架进行全覆盖，确保一旦敷设火灾能在第一时间被扑灭。

平面布设如图所示：

电缆夹层探火管延电缆呈S型布设，根据电缆夹层内电缆布设具体情况，整个电缆夹层内用火探系统进行全覆盖，探火管与被保护对象间距小于50厘米，电缆夹层每层长度约136米，四层累计长度544米，共需要6公斤七氟丙烷火探系统数量如下：

136米×4层×1.5÷25米=32套 （1.5为安装系数）

立体效果如图所示：

（二）探火管灭火系统现场安装

1.探火管灭火系统现场安装风险评价

风险评价表：

风险评价序号活动、产品或服务危险源危害类别L 风险级别1灭火系统安装作业可能性C 控制措施后果电钻漏电 触电 可能 一般 Ⅳ 日常设备检查2灭火系统安装作业误碰电源 断电 可能 严重 Ⅲ 甲方人员监控3灭火系统安装作业钻孔毛刺机械伤害 可能 一般 Ⅳ 劳动防护4灭火系统安装作业灭火剂误喷发冻伤伤害 可能 严重 Ⅲ 严格安全操作规程5灭火系统安装作业灭火器容器超压物理性爆炸可能 严重 Ⅲ 安全附件检验合格

2.探火管灭火装置安装前，应对容器阀、探火管、释放管、喷头等进行外观质量检查，并应符合下列要求：

（1）组件无碰撞变形及其它机械性损伤；

（2）组件外露非机械加工表面保护涂层完好；

（3）组件所有外露接口均设有防护堵、盖，且封闭良好，接口螺纹无损伤；

（4）铭牌清晰，其内容应符合国家有关标识的规定。

3.探火管灭火装置安装前应检查灭火剂储存容器内的充装量与充装压力，且应符合下列规定要求：

灭火剂储存容器的充装量及灭火剂储存容器内的充装压力应符合GB50193-93《七氟丙烷灭火系统设计规范》设计要求。

4.灭火剂储存容器的安装应符合下列要求：

（1）安装位置应符合CNCA/CTS 0015-2010《感温自启动灭火装置认证技术规范》技术要求；

（2）安装已充装好的灭火剂储存容器之前，不应将探火管连接至灭火剂储存容器的阀上；

（3）灭火剂储存容器应直立安装，支架、框架固定牢靠，且采取防腐处理措施；

（4）灭火剂储存容器安全泄放装置的泄压方向不应朝向操作面，且不应对人身和设备造成危害。

5.探火管及释放管的安装应符合下列要求：

（1）探火管连接部件应采用专用连接件；

（2）探火管应按设计要求敷设，并应采用专用管夹固定，固定措施应保证探火管牢固、工作可靠；当被保护对象为电线电缆时，宜将探火管随电线电缆敷设，并应使用专用的夹子固定；

（3）探火管或释放管三通管接头应保证分流处参数均衡；

（4）探火管穿过墙壁或设备壳体时，应采用专用保护件或连接件防止探火管磨损；

（5）探火管不宜布置在温度大于80℃的物体表面；

（6）探火管压力表的安装位置应便于观察；

（7）释放管的安装应符合GB50193-93《七氟丙烷灭火系统设计规范》、GB50370（气体灭火系统设计规范）的规定要求；

（8）当防护区内的开口或缝隙超过规定值时，应进行密封处理。

6.系统调试规范要求：

（1）探火管灭火装置的调试应在灭火装置安装完毕后进行；

（2）进行调试试验时，应采取可靠防护措施；

（3）在灭火系统处于关闭状态下，以氮气为介质向探火管内充压至设定压力，保持压力6.0h，探火管内压力应无变化；

（4）调试完成后，应将探火管灭火装置各部件恢复至正常工作状态。

现场安装过程中

现场安装完成图

燕山石化高科公司高压装置配电间电缆沟内探火管七氟丙烷气体灭火系统于2016年1月20日安装调试完成，并正常运行至今。

五、结语

在石油化工生产过程中，变电站、配电间电缆着火事故时有发生，但是只要我们在日常管理工作中，强化现场安全管理、制定完备的安全防范措施、创造条件及时更新更换陈旧老化的电缆，提高应急处置能力、现场采取快速高效的灭火手段，即使发生电缆火灾事故，我们也能够及时采取应急处置措施，启动现场灭火设施把电缆火灾事故处理在初期萌芽状态，避免火灾的进一步蔓延，把事故损失控制在最低的程度。2018年公司将在进一步扩大探火管七氟丙烷气体灭火系统的适用范围，热电厂申报的在前进变电站电缆隧道内布设探火管七氟丙烷气体灭火系统的隐患项目已经得到中石化总部的同意批复，将于2018年组织实施，届时将为东生产区正常供电提供可靠保障。