CN112717304A - 一种电缆沟液氮灭火车辆系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其包括液氮消防车、设置在液氮消防车上的液氮罐以及与液氮罐连通的供氮管路，在供氮管路上设有输出控制系统；本发明通过液氮消防车、设置在液氮消防车上的液氮罐以及与液氮罐连通的供氮管路形成灭火系统，在电缆沟内只有用于输入液氮的管路，无其他管路，系统结构简单，不占用电缆沟的空间。

Description

一种电缆沟液氮灭火车辆系统

技术领域

本发明属于电力行业的应急救援领域，具体是一种电缆沟液氮灭火车辆系统。

背景技术

地下电缆隧道空间狭窄，内部电缆密集度高，运行维护困难。电缆绝缘材料为可燃物，容易老化引发火灾，一旦发生着火，火势蔓延速度快、火势凶猛，同时还会释放出大量的烟气、氯化氢、CO等有毒气体，使扑救工作变得十分困难。地下空间电力电缆通道作为城市生命线的重要组成部分,其防火、抗灾能力至关重要。

目前，虽然部分城市狭长空间虽设置了消防灭火系统，但现有灭火系统适用性不强，灭火效能不高，灾后清理处置困难。部分城市综合管廊、电缆沟内设置了灭火系统，但灭火系统多为干粉灭火系统、水喷淋灭火系统或细水雾灭火系统。研究发现干粉灭火系统不能有效降低管廊内火场温度，灭火效果较差，易引发复燃现象。此外，由于干粉灭火剂具有一定的保质期，需要定期更换，维护成本较高，且灭火残留物清理困难。而水喷淋灭火系统及细水雾灭火系统需要配置给水管网，给施工带来诸多不便。且当有障碍物遮挡时，水喷淋（或细水雾）灭火系统无法完整地覆盖整个保护区域，存在灭火死角。其灭火行动也给地下空间带来了大量的废水，难以有效快速清理，恢复生产。因此，对于城市地下狭长空间，现有灭火系统存在灭火适用性不强，灭火效能不高，灾害清理处置困难等难题，困扰了城市生命线的正常运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电缆沟液氮灭火车辆系统，为移动式液氮灭火车辆系统，在电缆沟内只有供输入液氮的管路，无其他管路，系统结构简单，不占用电缆沟空间。

本发明所采用的技术方案是：一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其包括液氮消防车、设置在液氮消防车上的液氮罐以及与液氮罐连通的供氮管路，在供氮管路上设有输出控制系统。

在电缆沟内设有若干个常闭防火门，在相邻两个常闭防火门之间两端设有电缆沟通风口，在其中一个电缆沟通风口上设有管廊注氮接口，在电缆沟内设有注氮管路，所述注氮管路的一端与管廊注氮接口连通，供氮管路与供氮管路连通。

进一步的，所述输出控制系统包括设置在供氮管路上的电动比例调节阀和液氮流量计以及与电动比例调节阀和液氮流量计电连接的PLC控制中心。

进一步的，沿液氮输送方向，在电动比例调节阀的前方设有并联的手动开关和电动控制阀门。

进一步的，在注氮管路靠近液氮罐的一端设有安全阀。

进一步的，所述供氮管路采用金属软管。

进一步的，在供氮管路上并且位于电动比例调节阀的后方设有稳压阀。

进一步的，在供氮管路上并且位于稳压阀的后方设有单向阀。

进一步的，在电缆沟通风口处均设有电动百叶窗，在另一个电缆沟通风口上设有排风机。

进一步的，所述注氮管路位于电缆沟内的部分为平行设置的两条。

进一步的，在两条注氮管路之间设有连通管路，在连通管路的中部和底部分别设有中部注氮口和底部注氮口。

本发明的积极效果为：

本发明通过液氮消防车、设置在液氮消防车上的液氮罐以及与液氮罐连通的供氮管路形成灭火系统，在电缆沟内设有若干个常闭防火门，在相邻两个常闭防火门之间两端设有电缆沟通风口，在其中一个电缆沟通风口上设有管廊注氮接口，在电缆沟内设有注氮管路，所述注氮管路的一端与管廊注氮接口连通，供氮管路与供氮管路连通。在电缆沟内只有用于输入液氮的管路，无其他管路，系统结构简单，不占用电缆沟的空间。

针对水喷雾系统水渍损失，系统动作前必须首先切断电源的缺点。本发明采用液氮用于灭火，液氮是一种优良的低温冷却剂，其来源广泛，无色、无嗅、无腐蚀性。将液氮注入火灾区域后，气体迅速膨胀，压力升高，使含氧空气从漏风口排出，可以隔绝燃烧区域氧气。液氮沸点低，气化过程与火区发生热交换，可以有效降低火区温度。液氮灭火迅速、效果显著，由于电缆在一定时间具有耐火作用，灾后，甚至不影响生产且无水渍损失。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电缆沟内部分的结构示意图；

图3为本发明供氮管路示意图；

图4为本发明连通管路示意图。

在附图中，

1-液氮消防车；

2-液氮罐；

3-槽车配带；

4-安全阀；

5-手动开关；

6-电动控制阀门；

7-电动比例调节阀；

8-稳压阀；

9-单向阀；

10- PLC控制中心；

11-供氮管路；

12-管廊注氮接口；

13-电缆沟通风口；

14-注氮管路；

15-常闭防火门；

16-感温火灾探测器；

17-排风机；

18-电动百叶窗；

19-管廊中部注氮口；

20-管廊底部注氮口；

21-弱电控制线路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如附图1-4所示，本发明主要包括液氮消防车1、设置在液氮消防车1上的液氮罐2以及与液氮罐2连通的供氮管路11，在供氮管路11上设有输出控制系统。

在电缆沟内设有若干个常闭防火门15，在相邻两个常闭防火门15之间的两端设有电缆沟通风口13，电缆通风口13向上突出电缆沟，在其中一个电缆沟通风口13上设有管廊注氮接口12，在电缆沟内设有注氮管路14，所述注氮管路14的一端与管廊注氮接口12连通，供氮管路11与管廊注氮接口12连通。这样通过液氮罐2、供氮管路11、注氮管路14以及输出控制系统形成一个完整的供氮系统，当电缆沟内出现火灾的时候，利用供氮系统向电缆沟内注入液氮，从而实现灭火的功能。

液氮罐2主要由内罐、真空填充隔热层、外罐、储罐安全附件组成。内罐设计温度为-196℃，设计压力p=1.68 MPa。真空填充隔热层的绝热方式采用真空粉末，填充的多孔介质为珠光砂。考虑到储罐运输过程中的振动、磕碰或其他意想不到的状况，使用2个安全阀、2个爆破片，采用并联安装。

输出控制系统主要由低温电动比例调节阀7、低温液氮流量计以及PLC控制中心10组成闭环控制。为了保证液氮灭火效果，注氮的压力和流量需维持在一定范围。根据电缆沟灭火现场的具体状况，PLC控制中心可输出4~20 mA的控制信号，通过低温电动比例调节阀控制器将电流信号转换为电机的角行程信号，驱动阀杆做0°~90°范围回转运动，实现液氮输出流量的调节控制。低温液氮流量计反馈输氮管路的液氮流量，通过该流量信号确定、核准调节阀的开启角度。

供氮管路11采用金属软管，沿供氮方向，在供氮管路11上依次串联有安全阀4、并联的手动开关5和电动控制阀门6、电动比例调节阀7、稳压阀8以及单向阀9。

在电缆沟内，电缆沟通风口13位置处均设有电动百叶窗18，在未连接供氮管路11的一侧电缆沟通风口13内设有排风机17。且沿电缆沟的长度方向，设置有若干个感温火灾探测器16。

位于电缆沟内部的注氮管路14为平行设置的两条支路，每隔一定距离，在两个支路之间设置连通管路，在连通管路上布置有中部注氮口19和底部注氮口20，中部注氮口19和底部注氮口20由PLC控制中心10可电动或手动控制其开启或关闭，进而实现火灾发生时选择在管廊底部注氮或中部注氮。

本发明在使用时，当任两个感温火灾探测器16同时检测到火灾信息，PLC控制中心10对报警信号进行识别判断，确认火灾事故后，即启动灭火系统的关联启动命令。通过电缆沟区域控制单元，关闭区段内排风机17、排烟防火阀、电动百叶窗18。每个常闭防火门15处设置的防火门监控模块，反馈确认防火门是否关闭。使火灾区段形成封闭空间。将液氮装入液氮消防车输送到电缆沟目标地点，通过低温高压金属软管将液氮车与管廊预留注氮口连接，手动或电动控制阀门开启，液氮自低温液氮增压泵将压力维持一定水平，通过管廊内布置的低温液氮管路注入火灾区域，实施灭火。根据电缆沟火场温度情况，判断起火点的位置，可自动或手动控制注氮口的开启或关闭，选择从管廊底部或中间位置注氮。当检测到灭火区域的温度长时间低于30℃或氧含量低于2%时，输出控制系统发出指令控制液氮消防车出口处电磁阀关闭。

电缆沟火灾报警系统对火警信号的准确性要求很高，联动系统的误动作将导致严重的后果。因此，火灾探测器应分成2个以上独立回路，不同回路的探测器交叉布置。在自动状态下，报警控制器在同时接到2个独立回路的火灾探测装置动作信号后才确认为火灾信号，增加其可靠性。

因液氮气化后易造成人员缺氧窒息，实施注氮前应查明是否有人员滞留管廊；应先将火灾区域封堵，后注氮，封堵应严密，并在注氮相反方向留出泄压口；避免在向火区注氮的同时也带入氧气。

在对灭火药剂含系统深度调研的基础上，发现液氮具有制备简单、制取成本低、灭火效能高、灭火后无残留物，灾后容易快速恢复生产，且对人体无毒、对大气环境友好，对生产设备无副作用等优点。具体优点有：①制备简单、制取成本低。液氮可以从空气中直接分离得到，低成本液氮实时制取技术已经成熟。②环境友好。氮气在空气中占比78%，对环境无危害，且对全球温室效应影响值为0GWP=0。③灭火过程洁净。液氮灭火过程中不产生灭火残留，也不会对管网等设施设备产生损害，灭火后只需适当通风即可快速恢复生产。④优良的冷却降温能力。液氮的储存温度约为-195.8℃，1kg液氮升温至25℃时可以吸收430kJ热量。液氮注入后可以迅速地作用在火区表面，快速形成冷凝环境，降低非直接接触的热源温度。⑤较好的惰化覆盖、窒息灭火能力。在灭火时，液氮受热而迅速汽化。当环境温度为25℃时，液氮的膨胀体积比约为1:717。可以快速地降低环境内氧气的含量造成燃烧窒息。此外，由于低温的氮气密度大于着火区空气的密度氮气冷却至-50℃时，氮气密度为1.53 kg/m3，高于常温空间的密度1.29 kg/m3, 当液氮自储氮罐喷射至过火区域后，其扩散现象具有明显的重力沉降效应，形成重气云团。重气云团将快速覆盖着火可燃物，并隔绝氧气，熄灭火灾。

应急管理部天津消防研究所开展了液氮与泡沫液灭火效能对比试验。试验灭火对象为直径8m，面积50m²的油池火。试验结果表明液氮灭油池火的用量仅为泡沫混合液用量的8%，时间仅为泡沫混合液灭火用时的1%液氮试验灭火时间仅为18s。中国矿业大学史波波、周福宝教授开展了开放空间液氮灭火实验，实验发现液氮能够快速降低火源温度，液氮水平喷射比垂直喷射灭火效率更高。美国马里兰大学的Sunderland 教授发现，液氮可以快速扑灭钠金属火灾，且发现液氮灭火效能较高，液氮灭火用量仅为着火金属钠的三倍重量。相较于开放空间，综合管廊、电缆沟、物流通道等城市狭长受限空间多按照防火分区进行区段防火分隔，形成了一个个相对独立的狭长受限空间。狭长受限空间发生火灾时，液氮更容易发挥其隔氧窒息与冷却降温的灭火优势。采用液氮防治矿井火灾在我国有广泛的应用，积累了相对丰富的经验。对氮气在煤矿密闭空间的作用机理、传热传质规律以及灭火装置与工艺有较成熟的研究。基于矿井火灾与城市地下电缆沟火灾的一些相同之处，这些理论和技术对液氮扑救电缆沟火灾有一定意义。

梁树平等通过对硐室高温燃烧煤体液氮降温实验证明了液氮对于火区的降温效果与注氮时间及注氮量有关，且降温及灭火效果较显著；重庆煤研所和天府矿务局进行了巷道火灾液氮灭火试验，证明了液氮的灭火效果和效率优于氮气，而且液氮的贮、运、放等方面简单、可靠；白素洁提出了用微粒化喷嘴使液氮快速气化的方法，并通过巷道灭火实验确认了液氮急速气化系统对消灭巷道明火是有效的，他还提出如果能解决罐体的阀门和保冷管的阻力问题，灭火效率可以进一步提高；钱均等进行了地面钻孔直注式液氮灭火实验，应用于封闭矿井时效果明显，可以有效抑制温度的升高和CO逸散；国内用于液氮灭火的应用场所主要是煤矿巷道。 暂未有报道介绍电缆沟等封闭空间内液氮灭火研究，更未见相应的灭火系统或者设备研发。当前，国内城市地下电缆沟的自动灭火系统主要采用水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统和超细干粉灭火系统。水喷雾灭火系统较复杂，附属设施较多，占用安装空间大。并且，系统存在一定的水渍损失，当用于保护电气设备时，系统动作前必须首先切断电源。细水雾灭火系统较复杂，附属设施多，占用安装空间大，一次性投资较高。超细干粉灭火装置很难将火区温度降低，抗复燃能力差。

液氮作为一种新型灭火剂，具有对人体无毒、对大气环境无危害，对生产设备无任何副作用，灭火效率高等优点，虽然液氮在储存和运输方面存在一定的困难，但液氮在灭火过程中不需要提前准备，相比于普通的气体灭火装置，供给及灭火装置简单。此外，氮气可以从空气中直接分离得到，与CO2 相比，氮气在大气中含量极高，使得制取液氮的成本不高，此外建设初期成本较低，只需将输氮的管路设置好，在发生火灾时只需将其注入到保护区内即可。第三，不同于细水雾及气溶胶灭火剂，在封闭的空间内，液氮气化后可以很容易充满任何角落，使可能存在的明火及阴燃窒息，无灭火死角，防复燃能力也较强。第四，直接注入液氮的冷却效果要优于注入氮气，可以使防护区内的温度迅速降低，抑制燃烧过程，液氮也不会对管廊内的设施设备造成损害，不存水浸渍等次生灾害，灭火后只需适当通风就可以恢复正常。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于其包括液氮消防车（1）、设置在液氮消防车（1）上的液氮罐（2）以及与液氮罐（2）连通的供氮管路（11），在供氮管路（11）上设有输出控制系统；

在电缆沟内设有若干个常闭防火门（15），在相邻两个常闭防火门（15）之间两端设有电缆沟通风口（13），在其中一个电缆沟通风口（13）上设有管廊注氮接口（12），在电缆沟内设有注氮管路（14），所述注氮管路（14）的一端与管廊注氮接口（12）连通，供氮管路（11）与管廊注氮接口（12）连通。

2.根据权利要求1所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于所述输出控制系统包括设置在供氮管路（11）上的电动比例调节阀（7）和液氮流量计以及与电动比例调节阀（7）和液氮流量计电连接的PLC控制中心（10）。

3.根据权利要求2所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于沿液氮输送方向，在电动比例调节阀（7）的前方设有并联的手动开关（5）和电动控制阀门（6）。

4.根据权利要求2或3所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于在注氮管路（14）靠近液氮罐（2）的一端设有安全阀（4）。

5.根据权利要求1所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于所述供氮管路（11）采用金属软管。

6.根据权利要求2所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于在供氮管路（11）上并且位于电动比例调节阀（7）的后方设有稳压阀（8）。

7.根据权利要求6所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于在供氮管路（11）上并且位于稳压阀（8）的后方设有单向阀（9）。

8.根据权利要求1所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于在电缆沟通风口（13）处均设有电动百叶窗（18），在另一个电缆沟通风口（13）上设有排风机（17）。

9.根据权利要求1所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于所述注氮管路（14）位于电缆沟内的部分为平行设置的两条，且沿电缆沟的长度方向设置有若干个感温火灾探测器（16）。

10.根据权利要求9所述的一种电缆沟液氮灭火车辆系统，其特征在于在两条注氮管路（14）之间设有连通管路，在连通管路的中部和底部分别设有中部注氮口（19）和底部注氮口（20）。

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