基于电伴热技术的消防管道监控系统设计应用

针对北方冬季常见的消防管道冻裂事件，基于电伴热技术设计了一套具有低温报警、自动控温功能的消防管道环境监控系统。通过实际安装应用和反馈，表明该系统具有保温能力强、安全、环保等特点，可有效地解决消防管道冻裂问题，保障消防系统正常运转。

    消防管道的防冻、保温一直以来都是我国北方地区消防工程施工、消防系统维护不可回避的问题。消防管道在保温不足的环境中极易被冻裂，尤其是水灭火系统中的自动喷淋管道(以下简称消防管道)，一旦冻裂造成误喷，会造成重大的财产损失。如2003年沈阳五金城某商店中的一个消防喷淋头冻坏，价值损失10多万元;2010年北京一大型商场喷淋头冻坏喷水，造成财产损失65．8万元。本文基于电伴热原理，在自限式电热带技术的基础上，设计了一套能低温报警、自动控温、节能环保、安全可靠的消防管道环境监控系统，可有效地提升我国北方地区特别是严寒地区的消防管道抗寒能力，保障消防系统的正常运转。

    一、电伴热系统工作原理

    电伴热是一种将电能转化为热能，起到保温作用的加热技术。利用电加热产生的热量补充因温度原因而导致管道散失的热量，从而达到管道内介质的热量平衡。它可沿管线长度方向均匀放热，其所需的热量(电功率)大大低于电加热。电伴热技术温度梯度小、热效率高、热稳定时间长、寿命长，适合长期使用。除此之外，电伴热可实现遥控和自动控制，可根据需要灵活应用在各种类型的管道保温上，设计、施工、安装方便，无污染，是国家重点推广的节能技术。

    自限式电伴热带由带芯、高分子内护套、合金屏蔽网和高分子外护套构成。带芯是一种复杂的高分子复合物，它由多种材料和导电介质复合而成，经过特定的化学变化和物理处理之后挤出成型，在两条平行导线之间组成的一条保持连续平行的加热原件。在加热过程中，高分子材料的内部半导体发生正温度系数变化，且具有特殊的分子记忆能力。这种记忆性反应强烈。当环境温度升高时，高分子聚合物微分子膨胀，碳粒渐渐分开，引起了电路中断、电阻上升，伴热线自动减少功率输出;当环境温度降低时，高分子聚合物微粒间距又收缩变小，碳粒相应连接起来形成电路，伴热线发热温度又自动上升;当环境温度处于某一稳定状态时，系统将达到热输出稳定，使其具有温度自限性。它控制温度不会过高亦不会过低，能自动调解。

    自限式电伴热带属于并联型带状物，在加热带内任何局部都具有单独适应环境温度变化的自动调节功能(任意温度－功率输出)。因而它可以任意切割，在允用长度范围内可适应不同长度需求，这对现场安装与施工极为方便。

    二、消防管道环境监控系统设计

    消防管道环境监控系统由供电系统、伴热系统、温度监控报警系统、保温系统组成。通过消防报警控制器模块保持整套管道环境监控系统与消防报警控制器的通信联系。

    (一)供电系统

    供电系统设计有变压功能，通过变压器将交流

    220V电压转化为直流24V电压。供电系统设计有空气开关，确保在线路短路时及时切断电源，保护电控设备及线路。

    (二)伴热系统

    沿消防管线长度方向布置自限式电热带，考虑安装环境比较潮湿，需要进行防潮处理或采用防水绝缘型自限式电热带。这种双护套型电伴热带，防水绝缘性能好，可适应多种复杂恶劣环境，防止潮气与漏水的侵蚀，保护伴热系统不受损坏。

    (三)温度监控报警系统

    温度监控报警系统主要包括火灾报警控制器模块、温度监控器、温度智能传感器、蜂鸣报警器、断路监控设备等。温度监控器可以根据安装环境设定目标温度范围，温度超过设定值温度时，蜂鸣器将提示报警。同时温度智能传感器会将通或断的命令信号发送给伴热系统的接收端，自动切断或者接通供电系统，达到温度断电保护和低温启动加热的目的。火灾报警控制器模块与主机直接通信，在管道环境监控系统本身出现故障不能正常工作时，能将信号反馈给消防报警控制器，提醒消防监控中心的工作人员故障报警，及时处理现场，防止消防管道冻坏、冻裂。

    消防管道环境监控系统中采用的传感器为集成温度传感器。它是一种将温敏晶体管、放大电路、温度补偿电路等集成在同一芯片上的温度传感器，符合消防管道安装、运行环境的温度要求，可以测量

    －50～150℃范围内的温度。该类型的温度传感器体积小、成本低、线性好、精度高、可靠度高、重复性好且接口灵活。

    温度监控器是利用感温液体热胀冷缩及液体不可压缩的原理而实现自动调节。消防管道环境监控系统中采用电子式温控器，通过电阻感温方法来监控温度，把温度信号转化为电信号，通过单片机控制自限式电伴热带启动或停止，从而达到温度监控的功能。

    (四)保温系统

    消防管道环境监控系统中的保温材料主要采用酚醛泡沫塑料，其主要以酚醛树脂为主要原材料，加入固化剂、发泡剂和其他辅助成分，在树脂交联固化的同时，发泡剂产生气体而均匀的分散于物料中而形成的泡沫塑料。它具有均匀的闭孔结构，导热系数低，绝缘性能好，在火焰直接作用下具有结碳、无滴落物、无卷曲、无溶化现象，火焰燃烧后表面形成一层“石墨泡沫”层，有效的保护层内的泡沫结构，抗火焰穿透时间可长达1h。25mm厚的酚醛泡沫板在经受1500℃的火焰喷射10min后，仅表面略有炭化而不会烧穿，更不会散发浓烟和毒气。

    三、消防管道环境监控系统安装

    (一)安装规范

    消防管道环境监控系统的安装涉及到多领域的技术结合，在选择设备、施工及验收工作中，必须符合国家相关施工及验收规范，主要包括:《管道和设备保温、防结露及电伴热规范》、《电气装置安装工程施工及验收规范》、《1kV及以下配线工程施工及验收规范》、《盘柜及二次回路结线施工及验收规范》、

    《伴热带线路施工及验收规范》、《电工电子产品基本环境试验规程》、《电子测量仪器电磁兼容性试验规范》等。

    (二)施工要求

    消防管道环境监控系统属于消防电控报警系统的外部设备，依托消防输入输出模块直接与消防报警主机信号联络。

主要安装在没有保温或者室温低于0℃的局部消防管道上，例如建筑物旋转门厅内、地下室温度极低的区域、缺乏保温措施的个别区域等。这些位置都是冬季管道冻裂的多发区，安装消防管道环境监控系统后，可实时监控该区域管道温度及低温报警，及时处理避免漏水。

    现场施工时，不应拖拽伴热带，使其被硬物损坏，并防止水和污物溅落在其上面。电热带可以适当弯曲，但使其折叠或弯曲时注意轻和慢，同时允许弯曲半径不得小于伴热电缆厚度的6倍。将电热带

    敷设在消防管道上时应注意，二者需要紧密贴合避免脱落，如此可以提高伴热效率以利散热，将二者固定时应避免穿透固定法，避免使用任何金属性质的材料，应采用专用尼龙扎带进行绑扎固定，或者用铝箔胶带固定，固定后将电伴热带抚平使其平整地敷设在管道外表面。

    一般情况下，消防管道环境监控系统安装在已竣工投入使用的楼宇大厦消防水系统中。安装时尽量避开原有阀门位置，如不可避免遇到时，拆卸原有阀门的可能性较小，考虑安装需要，电伴热带需要被剪断，之后重新接头时要注意接头的密封。在所有自限式电伴热带安装完成后，必须对每个回路进行电气测试，采用500V的欧姆表检查系统的绝缘电阻，电缆的线芯与地线或与不带电的中性线之间电阻应不小于5MΩ。通电后检查电热带供热情况，记录数据，多次测试无误后方可进行外层保温施工。保温材料安装完毕，需要做出明显的电伴热标记，起到提醒作用避免其他施工损坏。

    温度传感器安装需要贴近消防管道外壁，使用铝箔胶带严密固定，必须与自限式电热带保持一定距离。温度传感器应安装在隐蔽的位置，包裹在保温层内，线路连接上必须采用金属软管进行保护。

    四、应用案例及效果

    案例一:沈阳某大型医院门诊楼正门门厅。该建筑物门厅位置棚上根据设计规范及施工规范，有两条消防喷淋支管，多个消防喷淋点位，使用普通下喷喷头，在1月至2月间，多个点位喷淋泡炸裂，个别弯头被冻裂，导致消防喷淋管道漏水，损坏原有装修，经多次抢修，更换易熔合金喷头后仍有冻坏情况出现。为避免漏水，在冬季1月至2月临时将局部管道水泻出，关闭该范围管路阀门，确保安全。为避免冻裂现象的发生，根据建设单位说明，在正对门口的消防喷淋管道上设计、安装一套管道环境监控系统，并将信号连接到附近输入输出模块上。经测试，设备可正常运行，安装3个月后在温度设定范围系

    统没有出现异常，在安装测试的12月、1月、2月冬季寒冷期，管道管件及喷淋泡没有被冻坏，现在已正常开启门厅部位喷淋管道阀门，消防喷淋系统运行正常。

    案例二:某单位食堂。该建筑为一层建筑，功能为员工食堂，建筑高5m，采用石膏板吊棚。冬季棚内喷淋主管道和支管道均出现漏水事件，大面积损坏装修，局部墙体被严重冲泡。经检查，该建筑楼顶有两处通风口，封闭不严，室内外温差大导致喷淋管道被冻裂，室内空调制热，采用石膏板吊棚阻隔热气上升，冬季棚内达到0℃以下。在将通风口封堵保温后，两处风口正下方管道上，安装了管道环境监控系统，经测量各部分设备工作正常，在大部分管道上增加保温层后，历经冬季，没有发生漏水现象。

    五、结束语

    本文在自限式电热带技术的基础上，设计了一套具有低温报警、自动控温功能的消防管道环境监控系统。通过实际安装应用和反馈，表明该系统具有保温能力强、安全、环保等特点，可有效地解决消防管道冻裂问题，增强消防管道抗寒能力，保障消防系统的正常运转。