耐火層在高溫火災(zāi)后的冷卻速度不當(dāng),會通過熱應(yīng)力、材料相變、結(jié)構(gòu)完整性破壞等機制,顯著影響電纜的耐火性能和長期可靠性。以下是具體問題及影響分析:
一、冷卻速度過快的問題
1. 熱應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂
機制:耐火層材料(如陶瓷化硅橡膠、氧化鎂)在高溫下膨脹,冷卻時若速度過快,內(nèi)外層收縮速率不一致,產(chǎn)生熱應(yīng)力。
影響:
微裂紋形成:陶瓷化硅橡膠在快速冷卻時可能因熱應(yīng)力開裂,裂紋深度達0.1-0.5mm,降低隔熱性能。
氧化鎂粉化:MI電纜中氧化鎂粉末在急冷時可能因相變應(yīng)力結(jié)塊,導(dǎo)致絕緣電阻下降50%以上。
案例:某數(shù)據(jù)中心電纜在火災(zāi)后用水快速冷卻,3個月后檢測發(fā)現(xiàn)耐火層出現(xiàn)徑向裂紋,耐火時間從180分鐘降至90分鐘。
2. 材料相變不穩(wěn)定
機制:部分耐火材料(如玻璃態(tài)無機物)在快速冷卻時可能無法完成晶相轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆弱。
影響:
陶瓷層剝落:陶瓷化硅橡膠若冷卻速度>50℃/min,陶瓷層與基體界面結(jié)合力下降30%,易在振動中剝落。
云母帶分層:合成云母帶在急冷時可能因熱應(yīng)力導(dǎo)致層間分離,絕緣性能失效。
3. 機械性能退化
機制:快速冷卻導(dǎo)致材料內(nèi)部殘余應(yīng)力積累,降低抗沖擊和抗彎曲能力。
影響:
護套脆化:低煙無鹵護套材料在急冷后延伸率從200%降至50%,易在安裝時破裂。
導(dǎo)體移位:MI電纜中銅導(dǎo)體可能因氧化鎂結(jié)塊而與護套相對位移,導(dǎo)致接觸不良。
二、冷卻速度過慢的問題
1. 持續(xù)熱損傷積累
機制:耐火層在高溫下長時間暴露,導(dǎo)致材料分解或氧化。
影響:
云母帶碳化:天然云母帶在600℃以上持續(xù)受熱,結(jié)晶水完全蒸發(fā)后,云母片碳化,絕緣電阻從100MΩ降至1MΩ。
硅橡膠降解:普通硅橡膠在400℃以上緩慢分解,產(chǎn)生低分子量硅氧烷,導(dǎo)致護套發(fā)黏、脫落。
2. 化學(xué)腐蝕加劇
機制:冷卻時間過長可能使電纜暴露在腐蝕性環(huán)境中(如消防水中的氯離子)。
影響:
銅護套腐蝕:MI電纜銅護套在潮濕環(huán)境中緩慢氧化,形成銅綠,導(dǎo)致接觸電阻增加。
鋁護套開裂:柔性礦物電纜鋁護套在長時間熱應(yīng)力下可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。
3. 經(jīng)濟性降低
機制:冷卻時間過長延長電纜恢復(fù)使用的時間,增加停機成本。
影響:
修復(fù)周期延長:某化工廠電纜因冷卻速度過慢,修復(fù)時間從24小時延長至72小時,導(dǎo)致生產(chǎn)損失超百萬元。
維護成本上升:需頻繁更換因緩慢冷卻而老化的電纜段。
三、典型場景下的冷卻速度影響
1. 建筑火災(zāi)后噴淋冷卻
問題:消防噴淋系統(tǒng)啟動后,電纜耐火層可能因水冷速度過快(>100℃/min)開裂。
解決方案:
采用間歇式噴淋,控制冷卻速率在20-50℃/min。
對關(guān)鍵電纜加裝隔熱套管,減少直接水冷沖擊。
2. 工業(yè)爐窯電纜冷卻
問題:爐窯停機時電纜耐火層可能因自然冷卻過慢(<5℃/min)持續(xù)受熱。
解決方案:
強制通風(fēng)加速冷卻,控制降溫速率在10-20℃/min。
選用耐溫等級更高的陶瓷化硅橡膠(耐溫1200℃)。
3. 地鐵隧道電纜冷卻
問題:火災(zāi)后隧道通風(fēng)不良可能導(dǎo)致電纜緩慢冷卻,加劇氧化鎂結(jié)塊。
解決方案:
啟動應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng),控制冷卻速率在15-30℃/min。
定期檢測MI電纜氧化鎂純度,低于98%時及時更換。
四、冷卻速度控制建議
1. 材料選擇與優(yōu)化
優(yōu)先選用抗熱震材料:
陶瓷化硅橡膠(抗熱震系數(shù)>10×10??/℃)。
合成云母帶(熱膨脹系數(shù)<5×10??/℃)。
避免脆性材料:如普通氧化鋁陶瓷(抗熱震系數(shù)<5×10??/℃),不適用于動態(tài)冷卻場景。
2. 冷卻工藝設(shè)計
分階段冷卻:
第一階段(高溫區(qū)):緩慢冷卻(5-10℃/min),避免相變應(yīng)力。
第二階段(中溫區(qū)):加速冷卻(20-50℃/min),減少熱損傷時間。
第三階段(低溫區(qū)):自然冷卻至室溫。
冷卻介質(zhì)選擇:
水冷適用于緊急場景,但需控制流速(<0.5m/s)。
空氣冷卻適用于常規(guī)維護,通過風(fēng)機控制風(fēng)速(2-5m/s)。
3. 監(jiān)測與維護
安裝溫度傳感器:在電纜關(guān)鍵部位(如接頭、彎曲處)布置熱電偶,實時監(jiān)測冷卻速率。
定期檢測:每半年進行一次紅外熱成像檢測,識別局部過熱或冷卻不均區(qū)域。
應(yīng)急預(yù)案:制定冷卻速度超標時的緊急處理流程,如暫停噴淋、增加隔熱層等。
- 高電壓PUR電纜:是否用于中壓系統(tǒng)?
- 鋁箔+編織雙屏蔽PUR電纜:抗干擾優(yōu)勢?
- 同軸PUR電纜:是否用于射頻或視頻傳輸?
- 彩色標識PUR電纜:印字是否耐油耐磨?
- 自熄性PUR電纜:移火后自熄時間要求?
