1 火災(zāi)風(fēng)險特性與防護(hù)挑戰(zhàn)

煤化工生產(chǎn)環(huán)境中，油浸電氣設(shè)備（尤其是變壓器）與變配電室構(gòu)成了電力供應(yīng)的核心樞紐，其火災(zāi)風(fēng)險具有顯著的行業(yè)特性。這些區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會造成設(shè)備損毀和生產(chǎn)中斷，還可能引發(fā)連鎖事故，威脅整個工廠的安全運營。因此，深入理解其火災(zāi)特性是設(shè)計有效自動滅火系統(tǒng)的前提。

1.1 火災(zāi)成因與特性

絕緣油分解引發(fā)爆炸：油浸變壓器內(nèi)部通常裝有大量絕緣油作為冷卻和絕緣介質(zhì)。當(dāng)設(shè)備因過載、絕緣老化或短路故障產(chǎn)生異常高溫或電弧時，絕緣油會迅速熱分解，產(chǎn)生甲烷、乙烯等可燃性氣體。這些氣體積聚到一定程度后，遇高溫或火花會發(fā)生爆炸性燃燒，形成油火噴濺現(xiàn)象，火焰高度可達(dá)數(shù)米，并引燃周備。

隱蔽性強(qiáng)且復(fù)燃率高：煤化工變配電室的火災(zāi)多起源于電纜接頭、開關(guān)觸點等隱蔽部位。初期往往表現(xiàn)為陰燃狀態(tài)，產(chǎn)生大量有毒煙霧但無明顯火焰。待明火出現(xiàn)時，火勢已在電纜溝、橋架等封閉空間內(nèi)蔓延，形成多點燃燒源。即使表面火勢被撲滅，深層絕緣材料仍可能保持高溫，導(dǎo)致復(fù)燃風(fēng)險高達(dá)40%以上。

多種火災(zāi)類型交織：不同于普通工業(yè)火災(zāi)，變配電室火災(zāi)通常同時包含A類（固體可燃物如電纜絕緣層）、B類（變壓器油等液體燃料）和E類（帶電設(shè)備）火災(zāi)特性，要求滅火系統(tǒng)具備多災(zāi)種兼容能力。

1.2 防護(hù)難點與需求

設(shè)備兼容性矛盾：傳統(tǒng)水基滅火系統(tǒng)雖對A類火災(zāi)有效，但噴放后易導(dǎo)致電氣設(shè)備短路或絕緣性能下降，產(chǎn)生二次損害。而部分氣體滅火劑在高壓電弧環(huán)境下可能分解產(chǎn)生氫氟酸等腐蝕性物質(zhì)，損害精密控制元件。

快速響應(yīng)與精準(zhǔn)覆蓋：油浸設(shè)備從起火到油箱爆裂的“黃金撲救窗口期”通常不足3分鐘。這要求系統(tǒng)必須在30秒內(nèi)完成火情識別并釋放滅火劑，且需確保藥劑能穿透設(shè)備外殼間隙到達(dá)火源核心區(qū)。

復(fù)雜空間適應(yīng)性：煤化工變配電室常包含電纜夾層溝槽開關(guān)柜等結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域，形成大量滅火死角。特別是當(dāng)變壓器與配電裝置共室布置時，需同時滿足全淹沒（變壓器區(qū)）與局部應(yīng)用（開關(guān)柜）兩種滅火方式的需求。

2 自動滅火系統(tǒng)的選型與設(shè)計

煤化工油浸電氣設(shè)備及變配電室的自動滅火系統(tǒng)設(shè)計需基于精準(zhǔn)的風(fēng)險評估，結(jié)合空間布局、設(shè)備特性和工藝需求進(jìn)行差異化配置。系統(tǒng)選型應(yīng)遵循“快速響應(yīng)、精準(zhǔn)覆蓋、最小損害”原則，確保在火災(zāi)初期階段實現(xiàn)有效干預(yù)。

2.1 滅火劑選型策略

超細(xì)干粉系統(tǒng)

針對油浸變壓器火災(zāi)，超細(xì)干粉（90%粒徑<20μm）憑借其固氣兩相滅火機(jī)理成為首選。當(dāng)探測器確認(rèn)火情后，系統(tǒng)通過氮氣驅(qū)動使干粉以超音速噴灑，瞬間形成氣溶膠態(tài)滅火介質(zhì)。其優(yōu)勢在于：

1）通過化學(xué)抑制阻斷燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，尤其適用于可燃液體與氣體火災(zāi)；

2）粒徑極小可有效穿透變壓器散熱片間隙；

3）成本僅為氣體系統(tǒng)的60-70%。但需注意干粉殘留物可能污染精密儀器，后續(xù)清理成本較高。工程中常采用雙模啟動技術(shù)，即同時配置電控啟動與熱力啟動器（如68℃感溫玻璃球），確保在控制系統(tǒng)失效時仍能可靠觸發(fā)18405918333

全氟己酮氣體系統(tǒng)：（18405918333）對于設(shè)有精密繼電保護(hù)裝置或控制柜的配電室，全氟己酮因其環(huán)保性絕緣性成為理想選擇。其滅火濃度僅需4-6%，在常溫下可液態(tài)儲存，噴放后迅速氣化吸熱，實現(xiàn)降溫與窒息的協(xié)同滅火效果。相較于傳統(tǒng)七氟丙烷，全氟己酮的大氣壽命僅5天（七氟丙烷達(dá)34年），全球變暖潛能值（GWP）小于1，符合最新環(huán)保要求。設(shè)計時需確保防護(hù)區(qū)密閉性，滅火度維持時間不低于10分鐘，防止復(fù)燃。

細(xì)水霧系統(tǒng)

適用于空間高度超過5m的敞開式配電裝置區(qū)或電纜隧道。高壓細(xì)水霧（工作壓力>10MPa）通過三重作用機(jī)制滅火：184-0591-8333

1）液滴迅速氣化吸收大量熱量（汽化潛熱2257kJ/kg）；

2）水蒸氣稀釋氧氣濃度；

3）微滴穿透煙塵屏障直達(dá)火源。其用水量僅為傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)的10%，電氣設(shè)備防護(hù)等級達(dá)IP55以上時可安全使用。但需注意水質(zhì)要求（TDS<50ppm）和防堵塞設(shè)計，寒冷地區(qū)需添加防凍劑。

2.2 系統(tǒng)配置要點

探測報警融合設(shè)計：采用多傳感融合技術(shù)提升報警準(zhǔn)確性。典型配置包括：

1）分布式光纖測溫系統(tǒng)（DTS），沿電纜全程實時監(jiān)測溫度變化（精度±0.5℃）；

2）雙波段火焰探測器，識別可見光與紅外輻射；

3）VOC傳感器檢測絕緣油分解產(chǎn)物（如乙炔）。通過智能算法對多源信號進(jìn)行耦合分析，將誤報率控制在5%以下。

管網(wǎng)優(yōu)化與噴頭布置

變壓器區(qū)：采用全淹沒+局部增強(qiáng)方式。頂部布置廣角噴頭（覆蓋角120°）覆蓋油箱整體，底部設(shè)置向上噴射噴頭針對泄油池火源，噴頭間距不大于2.5m。

開關(guān)柜區(qū)：在柜體頂部和底部同時布置噴頭，形成立體覆蓋。對于柜內(nèi)隱蔽空間，可采用穿孔管方式將滅火劑直接導(dǎo)入。

電纜溝：沿溝槽走向每3米設(shè)置一個定向噴頭，噴射角度沿電纜束方向調(diào)整至30°-45°。

多級聯(lián)動控制：建立三級響應(yīng)機(jī)制：

預(yù)警級（溫度>90℃或煙霧濃度>5%/m）：啟動聲光報警，聯(lián)鎖關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)。

關(guān)斷級（溫度>120℃且火焰確認(rèn)）：切斷設(shè)備電源，啟動滅火劑預(yù)釋放程序。

滅火級（多探測器復(fù)合確認(rèn)）：釋放滅火劑，延時30秒后啟動排煙。

3 特殊場景應(yīng)用方案

煤化工裝置中油浸電氣設(shè)備的布局和使用環(huán)境存在顯著差異，需要針對特定場景設(shè)計定制化滅火方案。以下是三類典型場景的技術(shù)解決方案，均已在工程實踐中驗證其有效性。

3.1 油浸變壓器本體防火

一體化內(nèi)置滅火裝置：對于10kV/800kVA及以上容力的油浸變壓器，可采用集成式滅火結(jié)構(gòu)。如圖1所示，在變壓器外殼內(nèi)壁主油箱之間設(shè)置雙層隔離腔體：外層填充相變冷卻材料（如石蠟基復(fù)合物，熔點68℃），內(nèi)腔儲存超細(xì)干粉滅火劑（ABC類，粒徑D50≤10μm）。油箱底部安裝熔斷式釋放機(jī)構(gòu)（低熔點合金片，熔斷點120℃），當(dāng)油箱溫度異常升高時，合金片熔斷使滅火劑通過導(dǎo)流管注入油箱內(nèi)部。此設(shè)計突破傳統(tǒng)外部滅火系統(tǒng)無法快速干預(yù)油箱內(nèi)火災(zāi)的局限，響應(yīng)時間縮短至25秒以內(nèi)。

外部快速抑爆系統(tǒng)：針對變壓器套管閃絡(luò)引發(fā)的噴射火，在高壓套管周邊布置線性探測管定向干粉噴灑器。探測管充填1.2MPa氮氣，遇火爆破后觸發(fā)噴灑器，30ms內(nèi)形成錐形滅火粉霧覆蓋套管區(qū)域。工程數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)可有效抑制直徑3m范圍內(nèi)、持續(xù)時間<500ms的瞬態(tài)火焰，防止火災(zāi)蔓延至相鄰設(shè)備。

泄壓導(dǎo)流滅火組合：在變壓器下方設(shè)置卵石泄油池（卵石層厚度≥250mm，粒徑30-50mm），同時池內(nèi)預(yù)埋泡沫噴淋管網(wǎng)。當(dāng)變壓器爆裂導(dǎo)致絕緣油泄漏時，卵石層減緩油流速度并阻隔油氣揮發(fā)，此時系統(tǒng)自動噴射水成膜泡沫（AFFF），在油面形成隔離膜阻止復(fù)燃。泄油池容積按變壓器油量的110%設(shè)計，圍堰高度滿足20分鐘泡沫液蓄積要求。

3.2 高壓配電室系統(tǒng)防護(hù)

分區(qū)組合滅火策略：對含有高壓開關(guān)柜（6kV以上）的配電室，采用“氣體+干粉”雙系統(tǒng)覆蓋。主防護(hù)區(qū)（設(shè)備區(qū)）采用全氟己酮全淹沒系統(tǒng)，確保整個空間達(dá)到設(shè)計濃度（6%vol）；在開關(guān)柜內(nèi)部、電纜接頭等局部高危點增設(shè)超細(xì)干粉點式裝置，解決柜體密閉空間滅火濃度不足問題。系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯設(shè)定為：柜內(nèi)探測器報警僅啟動干粉裝置，避免全室氣體誤噴；當(dāng)2個以上分區(qū)報警或環(huán)境探測器動作時，啟動全室氣體滅火。

帶電火災(zāi)安全防護(hù)：必須嚴(yán)格遵循“斷電優(yōu)先”原則。滅火系統(tǒng)與電源開關(guān)設(shè)置硬線聯(lián)鎖：當(dāng)任一火災(zāi)探測器確認(rèn)報警，立即觸發(fā)斷路器分閘線圈動作（響應(yīng)<500ms），確保滅火劑釋放前完成斷電。對于無法斷電的應(yīng)急母線系統(tǒng)（如UPS輸出端），滅火系統(tǒng)僅限于使用非導(dǎo)電介質(zhì)（全氟己酮或干粉），且噴放時需確保人員撤離至1m外。值得注意的是，不存在適用于10kV以上帶電設(shè)備滅火的便攜式滅火器，必須依賴固定系統(tǒng)處置。

結(jié)構(gòu)適應(yīng)性改造

通風(fēng)封堵：在滅火劑噴放前，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)閥應(yīng)在15秒內(nèi)關(guān)閉，房間開口面積不超過總內(nèi)表面積的5%。

防靜電接地：所有設(shè)備外殼、金屬管網(wǎng)均需設(shè)置靜電接地網(wǎng)絡(luò)，接地電阻≤4Ω。

泄壓口優(yōu)化：氣體滅火區(qū)泄壓口設(shè)于房間上部，面積按Q=0.0085√(Pf)計算（Q為泄壓面積，Pf為圍護(hù)結(jié)構(gòu)承壓能力）。

3.3 電纜密集區(qū)解決方案

超細(xì)干粉自動定位系統(tǒng)：在電纜豎井、夾層等人員難以進(jìn)入?yún)^(qū)域，部署軌道式巡檢機(jī)器人搭載紅外熱像儀與超細(xì)干粉罐。機(jī)器人沿預(yù)設(shè)軌道巡航（速度0.5m/s），當(dāng)檢測到溫度異常（>110℃或溫差>15K），自動定位火點并啟動干粉噴射。單罐滅火劑覆蓋范圍8m3，可連續(xù)處理3個火點。該系統(tǒng)特別適用于超長電纜隧道（>100m），解決傳統(tǒng)系統(tǒng)管網(wǎng)壓降過大問題。

細(xì)水霧分區(qū)阻隔：針對成束電纜橋架，采用開式分區(qū)系統(tǒng)，每20m設(shè)一水霧隔離帶。噴頭選用實心錐型（霧化角90°，流量系數(shù)K=1.8），布置于電纜層間及側(cè)向，形成立體水霧屏障。系統(tǒng)啟動后，著火區(qū)段兩側(cè)噴頭同時動作，實現(xiàn)火勢隔離與局部滅火。水質(zhì)需經(jīng)5μm精密過濾，管道采用不銹鋼材質(zhì)防止腐蝕。

防火包封協(xié)同滅火：對穿越防火分區(qū)的關(guān)鍵電纜，在穿墻孔洞處實施膨脹型防火包封（3小時耐火極限）。包封體內(nèi)預(yù)埋滅火劑釋放管，當(dāng)溫度超過180℃時，包封材料膨脹密封孔隙，同時釋放管內(nèi)全氟己酮實現(xiàn)局部滅火。此技術(shù)有效阻斷“煙囪效應(yīng)”導(dǎo)致的火勢蔓延，特別適用于豎井與樓層交接處。

3.4 實際應(yīng)用案例

某大型煤制烯烴項目變電站采用“干粉+全氟己酮”組合系統(tǒng)保護(hù)2臺110kV油浸變壓器及配套高壓室。系統(tǒng)投運后18個月成功處置一次變壓器套管閃絡(luò)事故：故障發(fā)生時，光纖測溫系統(tǒng)在8秒內(nèi)報警，全氟己酮主系統(tǒng)于28秒后啟動，同時開關(guān)柜內(nèi)干粉裝置動作�；饎菰�45秒內(nèi)完全撲滅，設(shè)備損傷僅限于故障套管，未造成相鄰設(shè)備損壞。與傳統(tǒng)水噴霧系統(tǒng)相比，挽回直接經(jīng)濟(jì)損失約800萬元，系統(tǒng)響應(yīng)速度提高3倍以上。

4 系統(tǒng)實施與管理要點

煤化工油浸電氣設(shè)備自動滅火系統(tǒng)的工程化應(yīng)用，需要貫穿設(shè)計、安裝、驗收、運維全生命周期的標(biāo)準(zhǔn)化管理，確保系統(tǒng)長期可靠運行。

4.1 工程安裝規(guī)范

管網(wǎng)水力平衡：干粉與氣體系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計需通過CFD仿真驗證藥劑分布均勻性。干粉管道采用變徑設(shè)計，主管流速維持18-20m/s，支管流速12-15m/s，避免粉體沉降。氣體系統(tǒng)管網(wǎng)保證最遠(yuǎn)端噴頭最近端噴頭的流量偏差≤10%。細(xì)水霧系統(tǒng)需進(jìn)行全管網(wǎng)水力計算，確保高區(qū)壓力損失不超過工作壓力的15%。

防爆與防護(hù)設(shè)計：在煤化工爆炸性環(huán)境（Ex區(qū)域）安裝時，所有電氣元件需滿足Ex d IIC T4防爆等級，外殼防護(hù)等級不低于IP65�？刂齐娎|采用金屬鎧裝+阻燃外護(hù)套雙保護(hù)，穿鍍鋅鋼管敷設(shè)。管道支架間距按地震烈度8度設(shè)防，關(guān)鍵連接處采用防晃支架，最大位移量≤5mm。

安全警示設(shè)置：氣體滅火防護(hù)區(qū)入口設(shè)置聲光報警器放氣指示燈，門扇上方安裝警示標(biāo)牌（“注意氣體滅火，噴放前請撤離”）。系統(tǒng)手動啟動盒采用防誤觸保護(hù)蓋，高度距地1.5m，顏色為醒目的紅色。

4.2 全生命周期管理

專業(yè)驗收標(biāo)準(zhǔn)

模擬噴放試驗：采用氮氣替代實際滅火劑，驗證系統(tǒng)動作時序（報警→延時→噴放）符合設(shè)計要求，噴放延遲時間誤差±3秒。

濃度驗證試驗：氣體滅火區(qū)在噴放后2分鐘內(nèi)，選擇防護(hù)區(qū)容積20%且遠(yuǎn)離噴頭的檢測點，滅火劑濃度值不低于設(shè)計值的95%。

聯(lián)動測試：驗證與通風(fēng)系統(tǒng)、防火卷簾、電源開關(guān)的聯(lián)鎖可靠性，動作正確率100%。

智能維護(hù)體系

遠(yuǎn)程自檢模塊：系統(tǒng)集成物聯(lián)網(wǎng)傳感器（壓力變送器、液位計、電路通斷檢測），每日自動上傳關(guān)鍵參數(shù)至消防管理平臺。干粉系統(tǒng)每月進(jìn)行流化試驗，防止粉體結(jié)塊。

定期功能測試：每季度進(jìn)行探測器靈敏度校準(zhǔn)（煙感使用ND5標(biāo)準(zhǔn)煙，溫感采用熱風(fēng)槍升溫）；每年進(jìn)行電磁閥動作測試（空載啟動）。

藥劑更新管理：干粉滅火劑每5年更換，全氟己酮儲罐每3年進(jìn)行液相色譜分析，純度≥99.5%方可繼續(xù)使用。

人員能力建設(shè)：運行人員需通過VR滅火模擬系統(tǒng)完成年度培訓(xùn)，重點掌握：

1）手動啟動程序；

2）緊急停止操作；

3）機(jī)械應(yīng)急啟動方法。培訓(xùn)考核包括30秒內(nèi)完成防護(hù)區(qū)疏散確認(rèn)，以及斷電操作的正確順序。

4.3 前沿發(fā)展趨勢

AI預(yù)測防控：基于深度學(xué)習(xí)算法分析變壓器DGA數(shù)據(jù)（溶解氣體分析）、紅外熱像圖及局放監(jiān)測值，構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測模型。某煤化工企業(yè)應(yīng)用后，成功在故障發(fā)生前48小時預(yù)警一臺35kV變壓器的內(nèi)部過熱風(fēng)險，避免重大火災(zāi)事故。系統(tǒng)誤報率較傳統(tǒng)閾值報警降低80%。

綠色滅火技術(shù)：新一代氟酮類滅火劑Novec 1230（全氟乙基異丙基酮）因其零ODP（臭氧消耗潛能）、低GWP（全球變暖潛能值=1）特性逐步替代傳統(tǒng)產(chǎn)品。其安全余量（NOAEL）高達(dá)10%，允許人員在滅火濃度下短時停留，顯著提升應(yīng)急響應(yīng)靈活性。

數(shù)字孿生應(yīng)用：建立滅火系統(tǒng)三維數(shù)字孿生模型，集成實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與水力計算引擎。通過模擬不同火災(zāi)場景下的藥劑分布狀態(tài)，動態(tài)優(yōu)化噴頭布置與管網(wǎng)設(shè)計。某項目應(yīng)用后，滅火劑用量減少15%，覆蓋均勻性提升22%。

5 結(jié)論

煤化工油浸電氣設(shè)備及變配電室的自動滅火系統(tǒng)設(shè)計，已從傳統(tǒng)的單一藥劑防護(hù)轉(zhuǎn)向基于多模態(tài)融合的精準(zhǔn)防控體系。在系統(tǒng)選型上，需結(jié)合設(shè)備特性（油浸/干式）、空間布局（封閉/敞開）及工藝要求（斷電許可/連續(xù)供電），科學(xué)選擇干粉、氣體或細(xì)水霧等技術(shù)路線。核心在于構(gòu)建“探測-決策-執(zhí)行”的高可靠性鏈條，確保在極短時間內(nèi)實現(xiàn)火情抑制。

隨著《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50229）等規(guī)范的持續(xù)更新，以及AI預(yù)測、數(shù)字孿生等技術(shù)的深度應(yīng)用，自動滅火系統(tǒng)正向著智能化、綠色化、集成化方向演進(jìn)。未來煤化工企業(yè)應(yīng)重點關(guān)注新型環(huán)保滅火劑的替代應(yīng)用，同時強(qiáng)化系統(tǒng)全生命周期管理，通過標(biāo)準(zhǔn)化運維與人員能力建設(shè)，筑牢電力設(shè)施消防安全防線。唯有將技術(shù)創(chuàng)新與精細(xì)管理有機(jī)結(jié)合，方能實現(xiàn)“零火災(zāi)、零中斷、零污染”的終極安全目標(biāo)