引言

    工業電纜是一種重要的電力傳輸設備，現代工業企業的生產，離不開電能，而電力的輸送則是由大量的電纜來完成的。電纜隧道火災事故，危害極大。它不但會燒毀大量電纜及其它設備，迫使大型工廠停機，造成大面積停電，而且由于電纜往往集中敷設，一旦起火，影響范圍廣，修復時間長，造成的損失大。

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

    1.隧道火災特點：

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

    1.1隧道氣流速度大，加之燃燒釋放出的熱量不易散發，起火后熱量迅速積累，隧道內溫度驟升，導致火勢迅猛發展。

    1.2通道狹長，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，溫度和煙會迅速傳播。

    1.4火災撲救困難。

    1.5火災損失大。[1]上海供電局2001年因電纜中間頭過熱引起電纜隧道火災，大面積電纜被燒損，導致市區大面積停電事故；1999年牡丹江第二發電廠因電纜溝火災，導致全廠停電事故，直接、間接損失達近千萬元。

    1.6易復燃,撲救時間長[2]在電纜隧道火災撲救過程中大多數采用噴水滅火，水在高溫下會和可燃的電纜絕緣材料小顆粒混合，隨著火勢蔓延，當遇到明火時，就會馬上燃燒起來，給滅火人員帶來很大困難。

    2.救援滅火關鍵

    由于電纜隧道環境惡劣以及發生火災時產生一些爆炸等連鎖反應，破壞了隧道照明設施，因此，在隧道火災救援滅火工作中，大量煙氣的積聚使能見度降低給救援人員帶來的很大困難。因大量煙氣不容易排出隧道外，積聚的煙氣會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圍溫度升高，使消防滅火人員難以接近，救援滅火工作非常困難。

    根據火災傷亡的統計，火災條件下人員傷亡的原因大多數是由于煙氣（HCl、CO等）中毒、高熱、缺氧。[3]

    綜上所述，如果能測量、分析發生火災時，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域，將會給救援、滅火工作帶來很大幫助，大大降低損失。

    3.數值模擬

    3.1數值計算原理

    FDS是以火災中流體運動為主要模擬對象的計算流體動力學軟件。該軟件采用數值方法求解受火災浮力驅動的低馬赫數流動N-S方程，重點計算火災中的煙氣和熱傳遞過程。進行FDS模擬是為了得到一系列有關煙霧、溫度、毒氣等相關參數，指導實際設計工程，以保證一旦火災發生，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，從而不會威脅到疏散人員的安全。

    3.2數值建模

    1.根據實物，建立模型長×寬×高=6m×2m×2m，取網格參數見表1。

    表1網格參數

軸	Min	Max	網格數
X	0.0	6.0	60
Y	0.0	2.0	20
Z	-0.4	1.6	20

　　2.根據實際的銅芯橡膠絕緣電纜線，按銅：塑料=6：4進行電纜材料配比。

    3.在實驗中取點火源（紅色小立方體0.1m×0.1m×0.1m），熱功率為1500KW。

    4．根據實際電纜隧道中電纜尺寸，在網格中建立電纜模型（3列×2排），，模型左側設計為空曠即是通氣的，在右側設置，面積2×2（米），風速0.5m/s的抽風機一個，具體模型結果見圖5。

 

圖5：電纜隧道火災模型

    上述是建模的主要步驟，完成建模后，設置參數后，進行3600S模擬計算。

    3.3數據處理和分析

    （一）煙氣

 

 　　圖2：煙氣縱向分布曲線      　　　　　圖3：1058.4秒燃燒情況    　　　圖4：518.4s煙氣縱向分布情況

    研究煙氣分布對于火災救援非常重要，尤其是環境比較惡劣的場所，在電纜隧道火災模擬中，對實驗數據分析，繪圖比較，發現隨著時間增加，隧道由于通風不佳，煙氣大量積累，在273.6秒（4.56分鐘）時，煙氣只存在于0.5米高，到了1058.4秒（17.64分鐘）時（如圖3），其能見度已經很小，而在此時，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612秒（10.2分鐘）時，煙氣的濃度達到最大值。

    通過繪圖比較可以發現以下規律：

    1.隧道電纜發生火災時，煙氣從著火源即燃燒較劇烈的一側，向燃燒程度低的區域延伸。

    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。根據實驗數據，在518.0秒（8.64分鐘）時，距離地面1.0m以上的空間已經充滿煙氣。如圖4。

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

    (二)火焰蔓延情況

 
圖5：1580.4秒燃燒情況

    在實驗中，可以看到在10.8s時，火焰開始在垂直方向迅速蔓延，到達414.0s（6.9分鐘）時形成頂棚射流，加劇了火焰的蔓延，在529.0s（8.81分鐘）時，火焰開始在水平方向蔓延，到698.4s（11.64分鐘）時，火已經蔓延到左側上層電纜，到1580.4s（26.34分鐘）時，火焰已經充滿了整個隧道模型。

    分析可知，火從陰燃到劇烈燃燒，只用了500s（8.33分鐘）。在現實中，電纜隧道一旦發生火災如果自動滅火系統不能在8.33分鐘內自動滅火，火焰就會蔓延，引燃整個隧道電纜，向兩端蔓延。在模型計算中，6米長隧道，火焰蔓延只用了860s（14.33分鐘）。在實際現場，電纜隧道火災時由于有煙囪效應，風速一般為0.5m∕s[4]，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。

    (三)氧氣濃度:（黑色代表氧氣分布，越黑，氧氣濃度越大）

 

 圖6：468.0秒氧氣分布情況 　　　　　    圖7：1699.2秒氧氣分布情況

    通過上述數據分析和作圖比較，可以看出，在電纜開始燃燒時的262.0s時，火焰開始加速蔓延，火羽流上升碰到頂棚時，快速形成頂棚射流，沿頂棚以水平方向運動。在264.0s（4.40分鐘）時火羽到達左側，在288.0s（4.80分鐘）時火羽到達右側。在288.0s時，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，距地面1.7米以上的氧氣已經被完全消耗。由于在右側放置了一個風速為0.5m／s的抽風機，所以在火羽蔓延上風方向，燃燒劇烈，氧氣濃度降低較迅速。當在1432.8s（23.88分鐘）時，距離地面0.4米以上的空間形成短暫無氧區域。到1699.2s（28.32分鐘）時，由于燃燒將盡，左側為通風面，氧氣濃度開始回升，而右側氧氣濃度回升不明顯。

    4.數值模擬結論與建議

    根據隧道的火災原因和火災隱患，以及上述關于隧道火災中煙氣和氧氣分布，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。

    隧道發生火災時，其頂部溫度高達1000℃。（在模擬實驗中1.9米處溫度探頭測得最高溫度972℃）。應該采取其他保護措施，比如,在壁面涂防火涂料，以提高其耐火等級，防止隧道內鋼筋混凝土在火災中迅速升溫而降低強度，避免混凝土炸裂，襯內鋼筋破壞失去支撐能力而導致隧道垮塌。

    4.2在防火分區設置火災應急廣播。

    在《火災自動報警系統設計規范GB50116-98》第5.5.2條明確規定，每個防火分區至少應設一個火災警報裝置，其位置宜設在各樓層走道靠近樓梯出口處。警報裝置宜采用手動或自動控制方式[5]

    4.3加強日常巡視和檢修。

    隧道火災如果發現不及時，滅火工作動作不迅速，后果是很嚴重的。同時，如果加強日常巡視和檢修，也能大大降低發生火災的可能性，從根本上起到了防范作用。

    5.結束語：

    電纜隧道火災災害，后果嚴重。本人通過實驗檢測到煙氣中含有HCl氣體，以及通過FDS軟件模擬電纜隧道火災實驗數據分析，得出一些結論和建議，希望能對現場的實際防火防爆工作有意義。

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

    參考文獻:

    [1]張喆,馬占．一起隧道火災模擬及滅火行動中的排風干[J]．《新西部》,2007,10(1):：1-2頁．

    [2]張霄,劉凱．淺析地下電纜隧道火災的撲救[J]．廣西民族大學學報(自然科學版)，2006（S1）：19-21．

    [3]任大海，主編．《防火防爆安全便攜手冊》[M]．北京：機械工業出版社.，2006，140．

    [4]邵剛，楊培中，金先龍．FDS中非矩形邊界隧道的自動建模[J]．計算機工程與應用,2005，36．

    [5]覃文清，李風．隧道火災與防范[J]．《消防科學與技術》，2004，23（1）54-59．

    [6]中華人民共和國公安部，50116-98ISBN號:1580058.401，《火災自動報警系統設計規范GB50116-98》出版社:中國計劃出版社，1999年5月，第5.5.1條．