电伴热技术在寒冷地区隧道水消防管道保温中的应用

梁正才

（甘肃省兰州高速公路处）

0 引言

北方寒冷地区高速公路隧道消防系统采取水消防系统为主，干粉灭火器为辅的运行模式，隧道水消防管道由消防水源至洞口管网、洞外环接管网及洞内管网组成。因隧道地处冬季寒冷地区，隧道消防系统消防水源至洞口管网、洞外环接管网采取埋至冻土层以下的保温方式进行保温[3]，而洞内消防管道采用包裹 50mm厚聚氨酯泡沫保温层，外加阻燃聚乙烯保护层的保温方式，经冬季运行经常发生隧道内管网冻裂现象。为了防止消防管网出现冻裂，保障其他季节消防设施正常运行，运营单位根据冬季气温情况排空隧道水消防管道内消防用水，同时在隧道紧急停车带内增设消防灭火沙、灭火器等设施，如在该时间段内隧道发生火灾，使用隧道内配置的灭火器、消防灭火沙等方式进行灭火，待气温回升至冰点以上后，运营单位对隧道内消防栓管网进行注水，届时隧道水消防系统正常使用。该运行方式存在一定的隧道行车安全隐患。其他南方省份因冬季气温很少降到0℃以下，一般消防管道仅采用包裹50mm厚聚氨酯泡沫保温层，外加阻燃聚乙烯保护层的保温方式进行保温，如遇极端极寒天气，临时排空隧道水消防管道内消防用水，以保证管道正常运行。

1 电伴热技术在消防系统中利用情况

电伴热技术是利用新型电伴热带材料对消防管道进行加热保温的一种技术。它利用电能使电伴热带在被保温管道的表面持续的产生热量。电伴热带以平行单根、平行双根、缠绕等方式紧紧包裹在被保温的消防管道、阀门上。保温防冻的目的就是通电后发热，利用产生的热量对消防管道内的介质加温, 补充由于管道外壳内外温差引起的热散失，起到温度维持、解冻化冰、防冻保温的效果，达到了消防管道防冻保温的目的。电伴热系统主要由电源、电伴热带、温控器(恒功率电伴热带)、恒温器（自限温电伴热带）以及接线盒、二通、三通、尾端等附件构成。

电伴热技术在北方隧道消防系统中有初步利用。根据隧道运行经验，隧道冬季出入口处一定距离内的环境温度较低，易将消防管道冻裂，而进入隧道一定距离后环境温度逐渐升高，对消防管道的影响将会变弱，所以北方部分隧道在设计中将隧道出入口处300m范围电缆沟内的消防主管及消火栓连接支管采用电伴热进行加热，外加50mm厚聚氨酯泡沫保温层进行管道保温，其余管道采用50mm厚聚氨酯泡沫保温层进行保温。因根据北方隧道长期运行的经验及运营单位在冬季最冷月份对隧道内不同距离处温度的实际抽测数据显示，隧道内距洞口2000m范围内温度大多低于0℃以下，易造成消防管道冻裂，这种设计在实际使用中可使水消防系统在冬季使用的时间稍有延长，但不能彻底解决存在问题，所以消防电伴热技术利用不是很广泛。根据对北方一些长隧道内部气温的观测，得出在气温达到极点的月份，距隧道口不同距离的隧道内部温度及隧道内中点温度均在5℃以下，再考虑到罕见极端气候的影响，均会造成隧道水消防管道的冻裂。为了消除隧道行车安全隐患，冬季寒冷地区隧道水消防系统管道保温问题需彻底解决。

2 消防电伴热在隧道消防系统中设置方案及要点

（1）消防电伴热带的技术要求

消防电伴热带有自限温电伴热带和恒功率电伴热带两种。自限温电伴热带又称自控温电伴热带，它是新一代带状恒温电热产品，由高分子导电碳粒和两根平行母线外加绝缘层构成，其PTC发热元件的电阻率具有很高的正温度系数且相互并联。自限温电伴热带能够自动限制发热温度，并随被伴热体温度自动调节输出功率，可以任意剪切或在一定长度范围内接长使用，允许多次交叉重叠而无高温过热烧毁之虑，维护简便且节约电能。恒功率电伴热带分为并联电伴热带和串联电伴热带，指电伴热带通电后即以恒定的功率发热，并不随环境温度改变而变化。电源母线为两根平行绝缘铜线，在内绝缘层上缠绕电热丝，并将电热丝每隔一定距离（称为“发热节”）与母线相连，形成连续并联的电阻。母线通电后，各并联电阻发热，因而形成一条连续的加热带。恒功率电伴热带的通断由温控器控制，能较准确地控制介质的温度，在隧道消防管道保温中经常会采用恒功率电伴热带。恒功率电伴热带应符合 IEC800（1992）标准要求，为保证消防电伴热在运行中不发生过热燃烧的情况，根据测算，其直径不得小于 6.0mm，线性功率不得大于 17W/m，缠绕功率不得大于 26W/m，缠绕比例约1:1.5。考虑安全的要求，发热电伴热带选用内部隐式拼接接头，即冷热线连接处在电缆表面应无接痕、连续通过，电缆须有接地屏蔽结构，考虑到防水等因素，屏蔽层应采用连续金属层屏蔽[1]。恒功率电伴热带需设置配套的温度控制箱，它包括电压端、温度控制器、固态继电器、散热器、温度传感器，其中电压端分别与温度控制器、固态继电器、电伴热带相连，温度控制器分别与温度传感器、固态继电器相连，固态继电器和散热器相连，其采用单元集装制方式，对应的一套加热系统由一个控制单元独立完成控制，各控制单元设有温度显示、调节、检测和主电路的控制和保护，能够自动控制被保温介质保持一定的温度。

（2）消防电伴热系统的设置方案及要点

鉴于以上论述，冬季寒冷地区隧道内消防主管及消火栓连接支管均需采用电伴热进行加热、管道保温采用 50mm 厚聚氨酯泡沫保温层外加阻燃聚乙烯保护层的方式进行保温，并配备配套配电箱、温控器、接线盒等设施来保持恒温，管道周围温度需维持在5℃左右，才能保证消防管道的正常运行。

依据以上消防电伴热的技术参数，并考虑功率负载等情况，电伴热带需分段进行布设控制，其控制箱在隧道内按 200m 设置1个，具体设置位置可视现场情况调整，敷设路由尽量沿原电缆沟敷设，当无电缆沟时需进行穿管保护，敷设深度不小于 0.7m，当穿越机动车道时深度不小于 1m，并应敷设在当地冻土层以下。电伴热带从控制箱接出后缠绕至消防管道上负责该段管道的加热，安装前需对管道进行吹扫、试压等验收，验收合格后方可进行电伴热带的施工，管道安装前需将敷设处的灰尘、锈迹、油污等擦拭干净，电伴热带不允许叠绕交叉安装、不允许使用现场发泡的方式保温。电伴热带的敷设应从电源供给端开始，边敷设电伴热带，管道外壁边用不燃性玻璃布复合铝箔胶带全程固定，同时用布团用力抹压，使电伴热带牢固固定，同时不燃性玻璃布复合铝箔胶带也充当管道防潮层，起到一定的保护作用。电伴热带附件处应留有一定的余量，电源端和尾端需预留1m的余量，二通或三通配件处各端预留0.5m的余量，以便下次检修重复使用，法兰处介质易泄露，缠绕电伴热带时应避开其正下方，电伴热带尾端必须使用配套的封头严密套封，电伴热带的分支、末端及电伴热带之间的连接处必须采用电伴热带专业厂家提供的专业配件。电气接线盒应采用玻纤胶带或金属喉卡紧固，温度传感器的传感末梢应采用玻纤胶带包裹在设备或管道上。电伴热带不能在地面上拖曳、硬拉，不能打硬折，以免损伤电伴热带。电伴热带不能放置在管道较锋利的边缘，严禁踩踏发热电伴热带，需做好保护，敷设时，遇有锐角部位应用不燃性玻璃布复合铝箔胶带加以保护，在安装前必须检查管道是否损坏或滴漏，管道刷的防腐漆是否干透，在现场环境温度低于零下10℃时，电伴热带不宜安装。发热电伴热带安装完毕后，应对整个伴热系统进行全面检查，确认回路接线、分相、温度控制等是否正确，检查发热电伴热带的电阻值和绝缘电阻是否合格，并接通临时电源确定运行正常后才能安装聚氨酯泡沫绝热保温层[2]。安装绝热保温层后，在保温层上面再敷设一层强度较高的阻燃聚乙烯保护层材料，保证电伴热系统的运营安全性。

3 电伴热系统的供电方案

电伴热系统电源需充分考虑原变电所变压器的容量大小，如变压器容量不足，需考虑对变压器进行增容，如变压器容量足够，供电电源由隧道供电系统低压柜应急备用回路配出，根据实际情况对出线断路器进行调整。供电主缆从隧道变电所敷设至隧道口，接入总配电控制箱，上、下行线隧道口各敷设一根，供电电缆一般采用 NH－YJV－1kV－型电缆，外穿管保护，电压采用 380V 三相供电，接地采用 TN－S系统，接地电阻不大于 4Ω[4]。

各电伴热带控制箱分支缆从总供电控制箱回路开关中接出，提供220V交流电，需充分考虑电流的三相平衡条件，控制箱出线开关需配漏电保护器，漏电参数 30ma，开关功率根据相应长度电伴热带的功率进行匹配，分支线缆根据供电回路所带负载进行选型配备。连接设备的电源线和信号线应分别铺设，排列整齐，捆扎固定，长度留有余量，并按要求编号，电缆电线不得有扭绞、压扁和保护层断裂等现象。

4 消防电伴热在隧道消防系统中实施后的运行效果

北方寒冷地区部分隧道内消防主管及消火栓连接支管均采用电伴热进行加热、管道保温采用 50mm 厚聚氨酯泡沫保温层的保温方案后取得了良好的运行效果，冬季在气温最低月份实测中发现，电缆沟内消防主管及支管表面温度基本能保持在6℃左右，基本解决了北方寒冷地区隧道水消防管道保温存在的问题，目前该保温方式普遍被应用于北方寒冷隧道的隧道内、隧道外消防管道的保温。目前实施了该保温方案的隧道，冬季很少发生消防管道冻裂现象，给隧道冬季的突发火灾的扑救提供了有力的消防保障，并且消除了隧道行车安全隐患，取得了较好的社会经济效益。