CN112880932B - 一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测办法，包括构建电缆竖井火灾模型，通过设定的参数模拟处标准的气体扩散速度临界值，在待测楼层内释放一定浓度的CO2气体，CO2检测分机检测所在楼层的CO2浓度并发送至监控主机进行记录，生产CO2浓度随时间变化的曲线，通过分析软件分析数据判定是否合格。解决了现有防火封堵标准不能满足对电缆竖井防火封堵密闭性检测的要求，提出基于CO2扩散浓度检测的电缆竖井防火封堵密封性检测方法，用于检测判断电缆竖井防火封堵的密封性能是否达标。
Description
技术领域
本发明涉及电力安全检测设备及其附属设备领域，具体涉及一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法。
背景技术
城市中的高层建筑、超高层建筑和大型建筑物的数量越来越多，这些高层建筑中的楼梯间、电梯间、管道井等这些电气竖井如果一旦发生火灾便很容易发生“烟囱效应”，一旦在火灾中发生“烟囱效应”，火势的蔓延速度就会迅速增加，最终成为火灾蔓延的快速通道。因此，在电缆竖井中的强弱电线路部署完成后必须进行防火封堵且必须达到防火标准，从而避免电缆竖井成为火灾传播的通道，降低火灾风险。然而，目前市场上还没有相应防火封堵检测方法标准，也没有基于CO2检测的电缆竖井防火封堵密封性检测系统与方法，用于检测判断电缆竖井防火封堵的密封性能是否达标。
现有技术中有对电缆竖井防火封堵密封性进行检测的设备，中国专利文献CN111024320A记载了一种电缆竖井防火封堵密封性检测仪，它包括主检测仪、辅助检测仪，主检测仪包括气瓶、第一气体浓度传感器，在气瓶上设有电磁阀，电磁阀用于将气瓶打开或关闭；辅助检测仪包括第二气体浓度传感器，主检测仪与辅助检测仪分别设置在电缆竖井中相邻的楼层中；还包括控制端，控制端用于接收第一浓度传感器、第二浓度传感器检测的数据，并可对电磁阀的动作进行控制，该设备能够对封堵试验的气体浓度进行检测，但怎样能够更科学准确地判断防堵密封性没有系统的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，能够系统性地对电缆竖井的防火封堵密封性进行可对比的模拟仿真及试验检测，并判定封堵效果是否达标。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，包括以下步骤：
步骤一、构建电缆竖井火灾模型，在约束条件下选用CO2作为检测防火封堵密封性的主要标准，建立理论模型与实验仿真得到高温下CO2浓度扩散模型，在常温下由实验仿真和模拟推导，获得常温下CO2浓度扩散模型，根据常温下CO2浓度扩散规律，得到常温下防火封堵密封性检测标准；
步骤二、对检测楼层的试验温度、空间大小及电缆竖井尺寸进行测量，对有效扩散面积进行计算，设定标准浓度差，并将测量参数和计算参数带入步骤一种常温下CO2浓度扩散模型，得到对应的扩散速度值先行存储在速查表中，得到当前条件下的扩散标准规律；
在待测楼层及待测楼层相邻上下楼层的电缆竖井中设置CO2检测分机，在楼层外设置监控主机，监控主机与各CO2检测分机通过无线通讯连接；
步骤三、在待测楼层中通过气瓶释放CO2至一定浓度；
步骤四、通过CO2检测分机检测所在楼层中CO2浓度，并将数据发送至监控主机，监控主机实时记录所有测量数据；
步骤五、监控主机对接收到的数据进行分析和处理，进行显示和存储，记录当前CO2浓度随时间变化的曲线，然后通过分析软件分析数据判定是够合格。
上述的步骤一中，构建电缆竖井火灾模型的具体过程为：通过设定当前电缆竖井尺寸，进行简化模型，并设置对比尺寸试验，进行非密闭性环境下的高温气密性模拟仿真，对提出的简化电缆竖井防火封堵标准模型，选用k-ε模型中的重正化k-ε模型进行湍流模型进行理论计算，建立电缆竖井密封性检测模型。
上述的步骤五中，根据待测楼层实测的CO2浓度变化曲线和上下楼层的实测CO2浓度变化曲线计算CO2气体扩散速度，并将这个值和步骤二中当前条件下的理论计算临界值的设定阈值进行比对，高于该设定阈值的即视为不合格。
上述的CO2气体扩散速度判定标准的设定阈值设定为临界值的95％。
上述的监控主机在记录各CO2检测分机发送的CO2浓度检测值时，采用区间平均值方法降低误差。
上述的CO2检测分机的采样间隔不大于6S。
本发明提供的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，通过WiFi将检测分机与监控主机进行网络连接，待测楼层通过气瓶释放CO2至一定浓度，通过CO2检测分机2检测所在楼层中二氧化碳的浓度，获取实时获取数据；监控主机对接收到的数据进行处理和分析，进行显示和储存，记录当前层的CO2浓度随时间变化的曲线，然后通过分析软件分析数据判定是否合格。通过数据分析给出CO2变化曲线，如果封堵不合格、漏气严重则定量测算的漏气程度，从而给出电缆竖井防火封堵密封性的定量检测结果，并根据工程设计要求判定施工质量是否合格，本发明解决现有防火封堵标准不能满足对电缆竖井防火封堵密闭性检测的要求，提出基于CO2扩散浓度检测的电缆竖井防火封堵密封性检测方法，用于检测判断电缆竖井防火封堵的密封性能是否达标。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明检测方法工作流程示意图；
图2为系统装置布局图。
具体实施方式
如图1-2中所示，一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，包括以下步骤：
步骤一、构建电缆竖井火灾模型，在约束条件下选用CO2作为检测防火封堵密封性的主要标准，建立理论模型与实验仿真得到高温下CO2浓度扩散模型，在常温下由实验仿真和模拟推导，获得常温下CO2浓度扩散模型，根据常温下CO2浓度扩散规律，得到常温下防火封堵密封性检测标准；
步骤二、对检测楼层的试验温度、空间大小及电缆竖井尺寸进行测量，对有效扩散面积进行计算，设定标准浓度差，并将测量参数和计算参数带入步骤一种常温下CO2浓度扩散模型，得到对应的扩散速度值先行存储在速查表中，得到当前条件下的扩散标准规律；
在待测楼层及待测楼层相邻上下楼层的电缆竖井中设置CO2检测分机，在楼层外设置监控主机，监控主机与各CO2检测分机通过无线通讯连接；
步骤三、在待测楼层中通过气瓶释放CO2至一定浓度；
步骤四、通过CO2检测分机检测所在楼层中CO2浓度，并将数据发送至监控主机，监控主机实时记录所有测量数据；
步骤五、监控主机对接收到的数据进行分析和处理，进行显示和存储，记录当前CO2浓度随时间变化的曲线，然后通过分析软件分析数据判定是够合格。
二氧化碳气体无色无毒且分子结构稳定，在高温等条件下不会发生化学反应，不污染环境，可以作为电缆竖井防火封堵检测的检测介质。电缆竖井虽然不是密封容器，但依然可以通过测量上下楼层的二氧化碳气体泄露浓度的方式来进行防火封堵的质量检测，所不同的是需要建立电缆竖井尺寸、释放二氧化碳体积(浓度)与上下层二氧化碳浓度的变化大小与变化速度的关系。
上述的步骤一中，构建电缆竖井火灾模型的具体过程为：通过设定当前电缆竖井尺寸，进行简化模型，并设置对比尺寸试验，进行非密闭性环境下的高温气密性模拟仿真，对提出的简化电缆竖井防火封堵标准模型，选用k-ε模型中的重正化k-ε模型进行湍流模型进行理论计算，建立电缆竖井密封性检测模型。
高层建筑电缆竖井非密闭环境下的气体流动问题适合采用气体流动基本理论模型-湍流模型进行理论计算，在1998年就提出了运用气体流动模型和数值计算方法分析建筑物中庭的烟气流动模拟，当时使用的是二阶标准k-ε模型，计算精度相对较低，目前的湍流数值模拟方法可以分为三种，雷诺时均模拟方法、尺度解析模拟方法、直接数值模拟方法，基于以上分析，考虑到电缆竖井的失火烟气模拟模型较为简单，本文选用k-ε模型中计算相对简单但精度较高的重正化k-ε模型(即RNG k-ε模型)。对简化电缆竖井防火封堵标准模型(1.5m*1.5m*3m)进行网格划分后，采用流行的FLUENT湍流模型计算软件(由于其中的湍动粘度μ、湍动能k和耗散率ε的关系复杂的微分方程，核心参数均为经验参数)得出计算结论：在342℃条件下的非封闭空间湍流条件下，发生烟囱效应的漏气缝隙总面积的临界值在0.0016m2左右，相对于模型底面积，漏气缝隙总面积的占比为0.071％左右。
上述的步骤五中，根据待测楼层实测的CO2浓度变化曲线和上下楼层的实测CO2浓度变化曲线计算CO2气体扩散速度，并将这个值和步骤二中当前条件下的理论计算临界值的设定阈值进行比对，高于该设定阈值的即视为不合格；
步骤五中，为直观模拟电缆井失火时的情形，采用了Fire dynamic simulator软件，对电缆竖井失火状态的模拟仿真计算，火焰温度设定为聚乙烯(PE)燃点温度342℃，通过仿真分析可得出初步结论：在微裂隙的条件下，防火封堵的缝隙总面积的发生烟囱效应的临界值与底面积基本成正比，当超过底面积的0.66％时，肯定会发生烟囱效应。
由于待测楼层的释放的CO2浓度很难精准控制，所以采用固定标准来判断封堵质量是否合格的方法是不可行的，而是要根据待测楼层实测的CO2浓度变化曲线和上下楼层的实测CO2浓度变化曲线来计算CO2气体扩散速度，并将这个值和步骤二中当前条件下的理论计算临界值的设定阈值进行比对，高于改设定阈值的即视为不合格。
扩算速度值是温度、空间大小、气体浓度差以及有效扩散面积的函数，需要通过理论模型的偏微分方程计算得到，实际检测过程中临时进行计算的速度跟不上实际需要，为了解决这个问题，可通过设定检测空间大小(有限几种常用的)、设定温度(常见气温)、设定浓度差以及有效扩散面积(理论计算阈值)的方式预先把对应的扩散速度值先算出来存在速查表里面，其他未在表中列出的特殊情况可通过插值方式进行计算得到当前条件下的扩散，插值公式为：
其中t1和t2是表内存储的与当前温度最接近t的上下两个温度值(t1<t<t2),c1和c2是表内存储的与当前最大浓度最接近c的上下两个最大浓度值(c1<c<c2)，经过测算插值误差较小基本可忽略不计。
上述的CO2气体扩散速度判定标准的设定阈值设定为临界值的95％。
需要说明的是，每次检测时的电缆竖井尺寸、温度条件、中间层释放的CO2浓度值都不同，检测结果需要根据提供的速查表进行查询，表中不存在的还需要进行插值计算，从而得出判别是否合格的判定阈值。辅助检测仪的位置一般放置在房屋中间位置，一般生成报告时取阈值的95％进行比对，检测结果更为严格。
上述的监控主机在记录各CO2检测分机发送的CO2浓度检测值时，采用区间平均值方法降低误差。
上述的CO2检测分机的采样间隔不大于6S实时记录所有测量数据，对接收到的数据进行处理和分析，进行显示和储存，记录当前层的CO2浓度随时间变化的曲线，然后通过分析软件分析数据判定是否合格。
当检测结束后，电缆竖井防火封堵密封性检测系统的监控主机设备的数据会暂时保留，系统采集设定时间内的CO2浓度变化保存到本地，同步尝试通过无线发往平板电脑；此时用户可以根据当前的数据生成EXCEL浓度报表还有WORD文档简报，用以保存数据供日后分析或者其他用途，简报和报表生成后可以通过移动平板本地浏览，方便实时查阅跟传输给其他设备如个人电脑等。
Claims (7)
1.一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、构建电缆竖井火灾模型 ，在约束条件下选用CO2作为检测防火封堵密封性的主要标准，建立理论模型与实验仿真得到高温下CO2浓度扩散模型，在常温下由实验仿真和模拟推导，获得常温下CO2浓度扩散模型，根据常温下CO2浓度扩散规律，得到常温下防火封堵密封性检测标准；
步骤二、对检测楼层的试验温度、空间大小及电缆竖井尺寸进行测量，对有效扩散面积进行计算，设定标准浓度差，并将测量参数和计算参数带入步骤一种常温下CO2浓度扩散模型，得到对应的扩散速度值先行存储在速查表中，得到当前条件下的扩散标准规律；
在待测楼层及待测楼层相邻上下楼层的电缆竖井中设置CO2检测分机，在楼层外设置监控主机，监控主机与各CO2检测分机通过无线通讯连接；
步骤三、在待测楼层中通过气瓶释放CO2至一定浓度；
步骤四、通过CO2检测分机检测所在楼层中CO2浓度，并将数据发送至监控主机，监控主机实时记录所有测量数据；
步骤五、监控主机对接收到的数据进行分析和处理，进行显示和存储，记录当前CO2浓度随时间变化的曲线，然后通过分析软件分析数据判定是够合格。
2.根据权利要求1所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的步骤一中，构建电缆竖井火灾模型的具体过程为：通过设定当前电缆竖井尺寸，进行简化模型，并设置对比尺寸试验，进行非密闭性环境下的高温气密性模拟仿真，对提出的简化电缆竖井防火封堵标准模型，选用k-ε模型中的重正化k −ε模型进行湍流模型进行理论计算，建立电缆竖井密封性检测模型。
3.根据权利要求2所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的步骤五中，根据待测楼层实测的CO2浓度变化曲线和上下楼层的实测CO2浓度变化曲线计算CO2气体扩散速度，并将这个值和步骤二中当前条件下的理论计算临界值的设定阈值进行比对，高于该设定阈值的即视为不合格。
4.根据权利要求3所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的CO2气体扩散速度判定标准的设定阈值设定为临界值的95% 。
5.根据权利要求4所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的步骤二中设定的标准浓度差在5000- 8000ppm值阈内。
6.根据权利要求5所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的监控主机在记录各CO2检测分机发送的CO2浓度检测值时，采用区间平均值方法降低误差。
7.根据权利要求1所述的一种常温下电缆竖井防火封堵密封性检测方法，其特征在于，所述的CO2检测分机的采样间隔不大于6S。
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