热成像检测是造纸企业减少电气火灾的重要手段

造纸产业是与国民经济和社会事业发展关系密切的重要基础原材料产业，同时造纸产业还具有资金技术密集、规模效益显著的特点，其产业关联度强，市场容量大，是拉动林业、农业、化工、印刷、包装、机械制造等产业发展的重要力量。中国纸与纸板产量和消费量从2009年起就已经超过美国，跃居世界首位。2012年生产量超过1.1亿吨[1]。

1 造纸企业火灾事故的特点

造纸企业从原料到成品，其原料主要有纤维素等组成，具有易燃性、自燃性和阴燃性的特性，发生火灾事故的概率非常大，我国每年都会发生数起较大的造纸企业火灾事故，给人民的生命财产造成较大的损失。造纸企业一旦发生火灾，其特点有：

（1）过火面积大。造纸企业一旦发生火灾，由于其原材料堆放、生产过程、成品仓库都充满大量的易燃物品，极容易“火烧连营”，过火面积一般都非常大，小的也有数千平方，大的达到数万平方。如2012年4月9日发生的东莞建晖纸业有限公司发生火灾，过火面积约4万余平方米。而2005年3月30日，辽宁盘锦春城纸业有限公司火灾，稻草原料垛场占地面积达12万平方米，储存的稻草大部分被烧毁。

（2）持续时间长。造纸企业火灾的救火时间一般会持续较长时间，少的也要数小时，长的达到数天。如东莞建晖纸业有限公司火灾，消防官兵经过六天六夜的艰苦奋战，大火才被全部扑灭。而发生在2010年12月31日的西安蔡伦造纸厂火灾，其周期横跨了两年，大火整整烧了四天多时间。

（3）救火难度大。由于大部分造纸企业的原、辅材料及产成品的氧指数都是小于22的易燃物，纸板有效热值达21MJ/kg，而且火灾范围大，火灾荷载密度大，救火难度也大。如东莞建晖纸业有限公司火灾，成为近年来广东省规模最大的一次火灾，也是扑救难度最大、耗时最长、最为辛苦的一次火灾，可能也是目前国内最大规模的室内堆垛物火灾。消防专家麻庭光曾经指出，在工业火灾中，最危险的一种情况是造纸厂晾晒成形的纸张挂在空中的立体结构，一旦失火，根本没法救火，这是垂直火灾的特殊风险。

（4）参战官兵多。据报道，东莞建晖纸业有限公司火灾，广东消防部门紧急调集广州、深圳、佛山等地消防部队133辆消防车、2艘消防船、640多名消防员，400多名社会救援人员，以及50多辆铲车、叉车、抱车、翻斗车等机械作业车辆共同参与灭火救援工作，消防官兵都是连续作战。同样，西安蔡伦造纸厂火灾，西安消防部门调集了7个中队、30余辆消防车、200余名消防官兵参与灭火。盘锦春城纸业有限公司火灾，辽宁消防部门调集了盘锦、营口、锦州、鞍山及辽河油田消防支队的41辆消防车、305名官兵参加灭火。

（5）环境影响大。一次小火灾都会漫天烟雾，而数小时或数天的重大火灾，其产生的一氧化碳、氰化氢、氮氧化物、二氧化硫、煤尘等有毒气体，将造成火灾现场及周围环境严重恶劣，浓烟、有毒气体弥漫。如记者在报道西安蔡伦造纸厂火灾时，就有附近村民说，发生火灾几天内方圆十几里都飘散着烟灰。

2 造纸企业发生电气火灾事故的原因分析

近十年来，我国电气火灾一直是最主要的火灾原因，全国平均约达到30%，发达地区更高，甚至达到40%以上。电气火灾造成的经济损失大约接近火灾总损失的40%.

2.1 发生燃烧的四个充分条件

（1）一定的可燃物浓度：许多造纸企业的原材料、中间体、产成品，以及部分电气装置的绝缘材料、建筑和构筑物、装饰材料都是可燃物。
（2）一定的氧气含量：绝大部分的工作和生活场所、空气中都有燃烧所需的助燃物——氧气存在，其含量也能满足可燃物的燃烧。
（3）一定的点火能量：大部分造纸企业往往对明火采取了严格的控制措施，但对随时可能出现的电气火花、电弧或高温可能会防不胜防。
（4）未受抑制的链式反应。

2.2 造纸企业电气火灾原因分析

从理论上讲，防止产生火灾的基本措施就是一点，即应使产生火灾的四个充分条件同时出现的可能性减少到最小程度。从工艺设计和生产运行上，要尽量管理好可燃物；另外就是消除或控制电气设备产生火花、电弧或高温的可能性。我们从二十世纪末就开始进行电气设备的红外线热成像检测工作，为不少企业及时发现电气火灾隐患数百个，并总结出许多容易造成电气设备异常发热和引起电气火灾的典型事例。关于造纸企业，可能引起电气火灾的原因有：

（1）电气设备过负荷是造成异常发热的最主要原因。根据对热成像报告所作的统计，电气设备异常发热，由过负荷引起的占了67.04%[2]。这些年，由于我国经济形势一直较好，造纸行业的工业总产值还一直以高于GDP的增长速度发展，平均年增长率约为20%，产量增长也超过10%，不少企业进行了扩能改造，考虑稍有不周，就可能造成部分电气设备、电线电缆过负荷。如铺设在电缆井或桥架上的电缆，不是简单的增加数量、改变截面积就行了，还有考虑数量增加后，不同敷设条件下对载流量影响的综合修正系数，并列和增加电缆敷设的修正系数等。有时还需要对原先的电气设备及电缆进行更换，而这些往往是用户很少考虑的。如东莞建晖纸业有限公司火灾，就是由电缆短路引起重大火灾的。

另外，部分企业往往经不住订单诱惑而超负荷、超规模进行生产，因而过负荷引发的电气火灾事故时有发生。许多企业的空压机等设备，由于其工作原理以及设备选型、配备等因素，出现电气设备异常发热的概率很大。

（2）接触不良容易产生电气设备重大缺陷。电气设备受周围介质影响产生氧化物，或振动、或积聚灰尘、或热作用，都会使连接处发生松动、氧化而导致接触不良，温度异常升高。

在造纸企业中，除了造纸过程中需要大量使用水，使得许多电气设备处于潮湿的环境中，还有造纸漂白过程需要氯气或双氧水等，这些都是强氧化剂，会对造纸生产的电气设备产生很大的腐蚀性，生产过程出现的灰尘、纤维等吸附到电气设备上，这些都容易造成电气设备的接触不良。根据对上海某公司的热成像报告统计，由于接触不良造成的热隐患有4处，占所有热隐患的比例大约在20%，但总共3个需要立即处理的紧急缺陷中，其主要原因都是接触不良且占了两个。

美国保险公司的统计数据表明，由于接触不良引发的电气火灾，占电气火灾事故的25%以上。对我国1993~2002年的火灾统计年鉴分析，由于接触不良直接造成的电气火灾事故占到12.6%，而占电气火灾事故70.5%的短路和过热又有多少是由于接触不良引起的，现在还无法统计。而且，电气设备接触不良早期很容易处理，但很难发现；后期容易发现，但往往很难一次处理好，有时候只能彻底更换才能解决[3]。

（3）造纸企业的各类风机、冷却水泵、冷冻机、空调机、空压机等电气设备，容易造成异常发热。这些设备不仅消耗有功功率，也需要消耗大量的无功功率，造成自动电容补偿柜的过负荷。我们曾对上海一家风机、水泵负荷较多的企业先后4次热成像的报告进行统计分析发现，由于电容柜过负荷引起的热隐患，占所有热隐患的比例接近70%，而且有8点温度超过100℃，最高的达到152.9℃.同时，这些负荷往往存在季节性变化，夏季负荷大、温度高，相关的电气设备在夏天温度高的情况下，螺丝膨胀，冬季负荷小，温度低或甚至停运，螺丝松动，造成接触不良。电气设备接触不良是造成电气重大事故等紧急隐患的主要因素。

（4）发生重特大火灾具有太多的“巧合”，但偶然之中有必然。宏观上来说，事故是难免的，而对具体的个体来讲，发生事故又有偶然性。只有对所有可能发生事故的因素加以考虑，隐患都及时处理，才能避免事故的发生。在中国古代，人们就总结出“防为上，救次之，戒为下”的防火经验。一个单位发生重大火灾是小概率事件，但众多的小概率事件就可能成为大概率事件，甚至成为必然事件。

2012年美国科学家提出，泰坦尼克号的沉没与月亮有关。因为1912年1月4日是千年一遇罕见的地球和月球“近距离”，使月球对海洋潮汐的引力影响比平时至少增强74%，这一罕见的天文现象导致海洋潮汐异常升高，正是不断起伏的强大海洋潮汐导致撞上“泰坦尼克号”的那块冰山脱离它所在的格陵兰岛冰川，最后漂向北大西洋。而被誉为世界上最老练的船长爱德华•史密斯，没有认识到小概率事件有可能造成巨大的灾难，并最终导致了“泰坦尼克号”灾难的发生。

对造纸企业来说，发生火灾也不全是小概率事件。

3 热成像检测能有效发现电气火灾的隐患

有位美国红外学者指出：“红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种。”

3.1 红外热成像的原理

从热力学理论上讲，任何温度高于绝对0度的物体，每时每刻都因自身分子运动而辐射出红外线。由于物体表面由许多单元组成，所以物体表面都存在一个热辐射能量场，相应有一个温度分布场。利用红外热成像仪，可对物体表面红外辐射的强弱进行探测，用红外图像的亮暗反映出物体表面温度高低，来判断设备是否存在缺陷或事故隐患。

3.2 热成像检测能及时发现电气火灾隐患，提高设备维修水平

传统电气设备巡查采取“看、听、摸、闻”等方法，对萌芽状态下的电气设备温度异常是不容易发现的。而且现代造纸企业随着自动化程度的提高，电气设备多，线路错综复杂，近几年造纸行业的飞速发展，部分员工缺乏经验，工作环境也千变万化，红外热成像技术能够有效弥补传统电气设备巡查手段的不足。

（1）红外热成像检测对热缺陷进行了分类，电气设备处于什么状态，根据热成像数据和缺陷分类标准对比，就清楚应该何时检修了。目前的大部分导线是用塑料或橡胶作为绝缘层的，而塑料材料的机械性能、电性能及耐腐蚀性能都随温度的升高而降低。实验证明:大部分塑料导线的最高允许温度为70℃，超过此温度将加速绝缘层老化，而橡胶绝缘电缆最高允许温度还只有65℃.线芯超过允许温度8℃～15℃时，导线的使用寿命将下降25%～50%.导线加速老化，就会使绝缘电阻下降，引发漏电或短路，成为发生火灾事故的第三个充分条件。

（2）造纸企业往往是技术密集和资金密集型企业，一旦发生电气设备意外故障，可能严重影响生产，造成意外损失。热成像检测可以及时发现电气设备的故障隐患，为电气设备的状态检修提供依据。设备状态检修是一种先进的检修管理模式，能有效地克服定期检修造成设备过修或失修的问题，从“到期必修”过渡到“应修必修”，以提高设备的可用性、安全性和可靠性。国外也有新闻曾经报道，红外检测的投入和回报比是1：4，而美国有关机构认为，红外热成像检测费用仅是传统对电气设备维修费用的1/10.

（3）根据《中国火灾统计年鉴》对引起电气火灾的原因分类和统计，1993～2002年的十年间，引起电气火灾原因第一位的是短路，占52.0%[5].造纸企业的塑料导线除受到温度影响外，环境湿度、腐蚀介质以及光、氧、辐射等都可能产生降解反应，造成塑料性能大幅度下降，导线加速老化，使绝缘电阻下降，引发漏电或短路。有些造纸企业的导电性腐蚀气体、粉尘可能成为电气设备间短路的媒介。

（4）电气设备的短路、过热、接触不良、电气故障、过负荷、漏电、三相负荷不平衡等，只要出现电气设备的异常发热，通过红外热成像检测都能及时发现。而且，专业人员根据知识和经验，通过多种热成像的分析方法，能够很容易确定是过负荷还是接触不良，而电气设备的漏电、短路、元器件损坏一般事先也有征兆，通过检测也能发现。电气设备在设计、安装、元器件、运行管理中出现的一些问题，红外检测也能发现，有经验的检测人员也能作出正确的判断。

3.3 热成像发现的典型电气火灾隐患

（1）根据《中国火灾统计年鉴》，我国电气火灾的起火源50%以上是电线电缆，这些大部分都是过负荷引起的导线异常发热，加速老化造成的。2007年8月，在上海某企业物流仓库进行检测时，发现用于电动叉车充电的空气断路器下接线温度都很高，最高的达到238℃.经调查得知，原来该仓库设计时没有考虑采用电动叉车，货物进出也没有现在这样频繁。员工在对电动叉车充电时，就发现保险丝经常熔断，就拼命加大保险丝容量，最后竟用了铜导线，险些造成电气火灾事故。

（2）假如电气设备负荷较大，同时又存在接触不良，就极易产生高温，加速电气设备、电线电缆老化。2006年8月，在天津一家外资塑料企业进行检测时，发现一台吹塑机空气断路器的下接线温度达到164℃，仔细观察还发现，导线已经烧焦。假如由此引发电气火灾事故，后果不堪设想。因为这个电气柜周围都堆满了纸箱包装的塑料制品。经电工检查，是由于螺丝松动引起的。类似的情况我们经常遇到，我们曾在上海一家照明企业检测时发现403℃的高温，也曾检测到由于电气设备安装不到位、材料不好等造成的接触不良。

（3）部分电气设备由于特殊的工作原理，容易造成局部高温而引发电气火灾。如2006年4月，我们在苏州一家IT企业进行红外热成像检测时，发现多台低压电容自动补偿柜存在温度异常的情况，最高的达到136℃.尽管我们马上向相关人员作了反映，但当时企业生产形势较好，准备等“五一”停产检修时一起处理。但没有几天，该设备就发生了火灾事故。

而空压机也由于其工作原理，容易造成高温。我们在深圳某塑料包装公司曾检测到空压机断路器桩头上有195.7℃的高温[4]。电线电缆超过100℃，就随时可能引起短路而引发电气火灾。

（4）变频调速作为一种节能措施，确实起到了较好的作用。但变频调速可能产生各种谐波，从而产生高次谐波的附加损耗，造成电气设备局部异常发热。2006年4月，在上海一家IT企业进行检测时，发现一台冷却水泵的调速电抗器温度达到103℃，先检查了一下铭牌，发现该台设备是Ｂ级绝缘，已经超过了其性能参考温度100℃的标准，立即向相关人员反映。由于企业生产形势较好，设备又不能停运，他们只能用一台电扇临时强迫冷却。经复测，温度有了明显下降。

电气设备本身具有许多热源，运行时会产生致热效应。正常情况下，热源的致热效应不会影响设备的安全运行。长期运行中的电气设备由于某些因素变化，发生一些热源的异常发热，就会提高设备的局部或整体温度，导致形成过热性故障，出现设备工作的不正常，也就是设备有了“缺陷”。缺陷的严重发展可能会导致导电回路连接件烧损、熔焊或毁坏；也可能使电介质绝缘性能劣化，产生击穿现象，甚至丧失绝缘性能等，酿成电气火灾事故。所以一旦发现电气设备温度偏高，就一定要采取措施让温度降下来。

3.4 合理确定检测周期，避免电气事故发生

一个企业的电气设备成百上千，电气接头可能是成千上万，而企业生产经营形势越好，用电负荷越大，发生电气设备异常发热的频率就越大。所以这个时候，企业领导就要更加重视安全，增加电气设备红外检测频率。任何一起电气的事故都会严重影响企业的生产。只有领导重视了安全，才能保障生产经营的大好形势。合理确定热成像检测周期能及时发现电气设备的热隐患，避免电气设备成为火灾事故的第三个充分条件。

4 结束语

造纸企业发生火灾不仅会对企业本身产生影响，而且这可能造成环境危害。所以，预防造纸企业火灾事故的发生，不仅是企业本身的事情，更牵涉到许多方面。

（1）红外检测是在设备运行状态下进行的,是对电气设备的红外辐射和温度场的检测，它可以做到不停电，不改变系统运行状态，从而可以检测到设备在运行状态下的真实状态信息，并可保障操作安全。电气的大部分例行性试验，如绝缘试验、耐压试验等，都是在不运行的情况下进行的；而空载试验、短路试验等，又是在不带任何负荷的情况下进行的，因而不一定能反映出电气设备在运行状态下真实的发热情况。

（2）我国经济以每年8%以上的速度增长，在经济发展初期，受技术标准、制造能力特别是经济因素制约，许多原有的电气设备，无论是在设计还是在产品选型、元器件和材料配置上，都已经不能适应日新月异的发展需要和国家对安全生产的要求。这些电气设备、电线电缆也不可能全部更换。随着用电负荷和用电设施的逐年增加，电气设备使用年限越长，潜在的电气热隐患也随之增多，就更应该进行热成像检测。

（3）企业一旦发生火灾，经常会说已经参加了保险来应付媒体，而对自身管理方面的问题避而不谈。所以，预防和避免电气火灾，各方面都要引起重视。根据福伊特工业服务（上海）有限公司对热成像检测的服务对象进行统计，有70%以上第一次服务是国外保险公司要求的，假如考虑间接的，就要达90%以上。也就是说，我国许多外商独资企业的财产保险，都是在国外投保的，为有效减少电气火灾可能带来的财产损失和保险风险，这些外国保险公司就要求这些投保人进行电气设备的红外热成像检测。这些方面，国内企业在对包括火灾等安全方面的观念，与欧美企业还是存在很大的差距，同样，国内的保险公司也存在认识上的差距。