引言

　　工业电缆是一种重要的电力传输设备，现代工业企业的生产，离不开电能，而电力的输送则是由大量的电缆来完成的。电缆隧道火灾事故，危害极大。它不但会烧毁大量电缆及其它设备，迫使大型工厂停机，造成大面积停电，而且由于电缆往往集中敷设，一旦起火，影响范围广，修复时间长，造成的损失大。

　　一般的电缆敷设方式有电缆沟和电缆隧道，电缆隧道适合大量的电缆长距离传输，因此它的安全性至关重要。

　　1.隧道火灾特点：

　　电缆是以爆燃形式起火燃烧的。电缆着火后，火势顺着电缆线呈线形燃烧，出烟浓火小速度慢，如果隧道内有多层电缆或电缆交叉叠放，就会形成立体燃烧。呈现以下特点：

　　1.1隧道气流速度大，加之燃烧释放出的热量不易散发，起火后热量迅速积累，隧道内温度骤升，导致火势迅猛发展。

　　1.2通道狭长，大量烟气难以排出，人员疏散困难。

　　1.3隧道纵向的坡度较大，一旦起火，很容易形成烟囱效应，温度和烟会迅速传播。

　　1.4火灾扑救困难。

　　1.5火灾损失大。[1]上海供电局2001年因电缆中间头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故；1999年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电事故，直接、间接损失达近千万元。

　　1.6易复燃，扑救时间长[2]在电缆隧道火灾扑救过程中大多数采用喷水灭火，水在高温下会和可燃的电缆绝缘材料小颗粒混合，随着火势蔓延，当遇到明火时，就会马上燃烧起来，给灭火人员带来很大困难。

　　2.救援灭火关键

　　由于电缆隧道环境恶劣以及发生火灾时产生一些爆炸等连锁反应，破坏了隧道照明设施，因此，在隧道火灾救援灭火工作中，大量烟气的积聚使能见度降低给救援人员带来的很大困难。因大量烟气不容易排出隧道外，积聚的烟气会阻碍救援灭火人员的视线，难以判断火源的位置。另外，大量的烟气所造成的辐射热使得周围温度升高，使消防灭火人员难以接近，救援灭火工作非常困难。

　　根据火灾伤亡的统计，火灾条件下人员伤亡的原因大多数是由于烟气（HCl、CO等）中毒、高热、缺氧。[3]

　　综上所述，如果能测量、分析发生火灾时，烟气和氧气的浓度以及火焰蔓延情况，找出适合人生存逃亡区域，将会给救援、灭火工作带来很大帮助，大大降低损失。

　　3.数值模拟

　　3.1数值计算原理

　　FDS是以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动N-S方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。进行FDS模拟是为了得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，指导实际设计工程，以保证一旦火灾发生，其烟雾保持在一定的疏散高度之上、毒气浓度在一定的范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。

　　3.2数值建模

　　1.根据实物，建立模型长×宽×高=6m×2m×2m，取网格参数见表1。

　　2.根据实际的铜芯橡胶绝缘电缆线，按铜：塑料=6：4进行电缆材料配比。

　　3.在实验中取点火源（红色小立方体0.1m×0.1m×0.1m），热功率为1500KW。

　　4.根据实际电缆隧道中电缆尺寸，在网格中建立电缆模型（3列×2排），模型左侧设计为空旷即是通气的，在右侧设置，面积2×2（米），风速0.5m/s的抽风机一个，具体模型结果见图5。

　　上述是建模的主要步骤，完成建模后，设置参数后，进行3600S模拟计算。

　　3.3数据处理和分析

　　（一）烟气

　　研究烟气分布对于火灾救援非常重要，尤其是环境比较恶劣的场所，在电缆隧道火灾模拟中，对实验数据分析，绘图比较，发现随着时间增加，隧道由于通风不佳，烟气大量积累，在273.6秒（4.56分钟）时，烟气只存在于0.5米高，到了1058.4秒（17.64分钟）时（如图3），其能见度已经很小，而在此时，可燃物还在剧烈燃烧，烟气还在积累，人员几乎不可能生存。

　　从图6中可以看出，当612秒（10.2分钟）时，烟气的浓度达到最大值。

　　通过绘图比较可以发现以下规律：

　　1.隧道电缆发生火灾时，烟气从着火源即燃烧较剧烈的一侧，向燃烧程度低的区域延伸。

　　2.烟气由于火羽流热作用，先上升至顶部，而后顺着墙面向下延伸。

　　3.烟气延伸速率很快。根据实验数据，在518.0秒（8.64分钟）时，距离地面1.0m以上的空间已经充满烟气。如图4.

　　因此，在火灾现场，消防灭火人员应该顺着燃烧剧烈程度较低的一侧，弯腰前进，那些在火灾中逃亡者也应该如此，或者爬到地上脸朝下，等待救援人员的到来。同时，消防人员可以根据烟气分布初步判断着火源的大概位置，便于实施灭火和救援工作。

　　（二）火焰蔓延情况

　　在实验中，可以看到在10.8s时，火焰开始在垂直方向迅速蔓延，到达414.0s（6.9分钟）时形成顶棚射流，加剧了火焰的蔓延，在529.0s（8.81分钟）时，火焰开始在水平方向蔓延，到698.4s（11.64分钟）时，火已经蔓延到左侧上层电缆，到1580.4s（26.34分钟）时，火焰已经充满了整个隧道模型。

　　分析可知，火从阴燃到剧烈燃烧，只用了500s（8.33分钟）。在现实中，电缆隧道一旦发生火灾如果自动灭火系统不能在8.33分钟内自动灭火，火焰就会蔓延，引燃整个隧道电缆，向两端蔓延。在模型计算中，6米长隧道，火焰蔓延只用了860s（14.33分钟）。在实际现场，电缆隧道火灾时由于有烟囱效应，风速一般为0.5m∕s[4]，加速了火焰蔓延，火焰蔓延速度更快。

　　（三）氧气浓度：（黑色代表氧气分布，越黑，氧气浓度越大）

　　 过上述数据分析和作图比较，可以看出，在电缆开始燃烧时的262.0s时，火焰开始加速蔓延，火羽流上升碰到顶棚时，快速形成顶棚射流，沿顶棚以水平方向运动。在264.0s（4.40分钟）时火羽到达左侧，在288.0s（4.80分钟）时火羽到达右侧。在288.0s时，距地面1.7米以上的氧气浓度明显下降，到468.0s（7.80分钟）时，距地面1.7米以上的氧气已经被完全消耗。由于在右侧放置了一个风速为0.5m／s的抽风机，所以在火羽蔓延上风方向，燃烧剧烈，氧气浓度降低较迅速。当在1432.8s（23.88分钟）时，距离地面0.4米以上的空间形成短暂无氧区域。到1699.2s（28.32分钟）时，由于燃烧将尽，左侧为通风面，氧气浓度开始回升，而右侧氧气浓度回升不明显。

　　4.数值模拟结论与建议

　　根据隧道的火灾原因和火灾隐患，以及上述关于隧道火灾中烟气和氧气分布，以及火焰蔓延速速特性的分析，提出以下建议：

　　4.1提高隧道耐火等级。

　　隧道发生火灾时，其顶部温度高达1000℃。（在模拟实验中1.9米处温度探头测得最高温度972℃）。应该采取其他保护措施，比如，在壁面涂防火涂料，以提高其耐火等级，防止隧道内钢筋混凝土在火灾中迅速升温而降低强度，避免混凝土炸裂，衬内钢筋破坏失去支撑能力而导致隧道垮塌。

　　4.2在防火分区设置火灾应急广播。

　　在《火灾自动报警系统设计规范GB50116-98》第5.5.2条明确规定，每个防火分区至少应设一个火灾警报装置，其位置宜设在各楼层走道靠近楼梯出口处。警报装置宜采用手动或自动控制方式[5]

　　4.3加强日常巡视和检修。

　　隧道火灾如果发现不及时，灭火工作动作不迅速，后果是很严重的。同时，如果加强日常巡视和检修，也能大大降低发生火灾的可能性，从根本上起到了防范作用。

　　5.结束语

　　电缆隧道火灾灾害，后果严重。本人通过实验检测到烟气中含有HCl气体，以及通过FDS软件模拟电缆隧道火灾实验数据分析，得出一些结论和建议，希望能对现场的实际防火防爆工作有意义。

　　电缆隧道火灾的防范不仅仅要有先进技术，还要有合理有效的日常管理制度和健全的法律制度。