信息機房自動滅火系統(tǒng)改造方案研究

●郝興茂，鄧玲利，單明超，王 震

(山東核電有限公司，山東煙臺 265116)

1 工程背景及概況

某濱海核電廠信息機房等級為C級，面積約78．4 m2，層高4．35 m，建筑外墻采用250 mm 厚加氣混凝土砌塊，內(nèi)墻采用200 mm厚加氣混凝土砌塊。機房內(nèi)設(shè)有一臺恒溫恒濕空調(diào)和兩臺分體空調(diào)，其中恒溫恒濕空調(diào)為下送風上回風。消防系統(tǒng)設(shè)置了火災自動報警系統(tǒng)(簡稱火警系統(tǒng))，信息機房內(nèi)設(shè)置了3個感煙探測器，火警系統(tǒng)控制器位于辦公樓消防控制值班室，24小時有人值班監(jiān)視。系統(tǒng)確認火警后，火警系統(tǒng)聯(lián)動切斷非消防電源(如空調(diào)、正常照明等)。使用部門已根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范配置了手提式二氧化碳滅火器。

信息機房為電廠辦公自動化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務，機房內(nèi)硬件設(shè)備價值約1 000余萬元，機房火災事故會造成設(shè)備損壞、信息系統(tǒng)使用中斷或信息系統(tǒng)長時間不可用，嚴重影響電站辦公系統(tǒng)運行和生產(chǎn)管理工作的正常開展。鑒于上述情況，信息機房確有必要盡快增設(shè)自動滅火系統(tǒng)。

2 自動滅火系統(tǒng)選型及滅火劑的選擇

2．1 自動滅火系統(tǒng)選型

《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:(1)A級電子信息系統(tǒng)機房的主機房應設(shè)置潔凈氣體滅火系統(tǒng)。B級電子信息系統(tǒng)機房的主機房，以及A級和B級機房中的變配電、不間斷電源系統(tǒng)和電池室，宜設(shè)置潔凈氣體滅火系統(tǒng)，也可設(shè)置高壓細水霧滅火系統(tǒng)。(2)C級電子信息系統(tǒng)機房可設(shè)置高壓細水霧滅火系統(tǒng)或自動噴水滅火系統(tǒng)，自動噴水滅火系統(tǒng)宜采用預作用系統(tǒng)。

分析相關(guān)國家規(guī)范［1-2］發(fā)現(xiàn)，潔凈氣體滅火系統(tǒng)、高壓細水霧滅火系統(tǒng)或預作用自動噴水滅火系統(tǒng)對防護區(qū)結(jié)構(gòu)要求基本一致，但水消防系統(tǒng)給水、排水系統(tǒng)較潔凈氣體滅火系統(tǒng)的供氣、排氣系統(tǒng)工藝復雜、技改施工難度大，且水對精密電子設(shè)備及機房濕度影響較大，不利于機房在火災后盡快投運，因此初步確定潔凈氣體滅火系統(tǒng)作為信息機房消防改造的首選。

信息機房增設(shè)氣體滅火系統(tǒng)主要考慮以下方面:(1)系統(tǒng)布置的便利性;(2)對防護區(qū)維護結(jié)構(gòu)的影響最小;(3)對暖通空調(diào)系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、機房信息設(shè)備布置的改造盡量小;(4)技改建安、調(diào)試難度盡可能小?；谏鲜隹紤]，對電子信息機房普遍采用的管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)、柜式氣體滅火裝置進行分析。

管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)不影響防護區(qū)設(shè)備布局，布置整齊，維護方便;需設(shè)獨立氣瓶間，管網(wǎng)施工復雜。對于已投運的辦公樓而言，重新選擇、布置氣瓶間和管網(wǎng)施工的可操作性很低。柜式氣體滅火裝置無需布置管網(wǎng)，施工相對簡單;滅火裝置放在防護區(qū)內(nèi)，占用防護區(qū)空間。使用部門初步評估后確認柜式氣體滅火裝置占用空間可以接受。

2．2 滅火劑的選擇

根據(jù)1994年以來的應用實踐，七氟丙烷滅火系統(tǒng)和IG541混合氣體滅火系統(tǒng)均能有效地達到預期的保護目的。七氟丙烷對臭氧層的耗損潛能值ODP為0，溫室效應潛能值GWP為0．6，大氣中存留壽命ALT為31年，滅火劑無毒性反應濃度NOAEL為9%，滅火設(shè)計基本濃度C為8%;具有良好的清潔性(在大氣中完全氣化不留殘渣)、良好的氣相電絕緣性及良好的適用于滅火系統(tǒng)使用的物理性能。IG541混合氣體滅火劑由N2、Ar和CO2三種惰性氣體按一定比例混合而成，其ODP為0，使用后以其原有成分回歸自然，滅火設(shè)計濃度一般在37% ～43%之間，在此濃度內(nèi)人員短時間停留不會造成生理影響，系統(tǒng)壓源高，管網(wǎng)可布置較遠［2］。

七氟丙烷和IG541都是環(huán)保型滅火劑，但IG541的用氣量約為七氟丙烷的4～5倍。從降低對防護區(qū)維護結(jié)構(gòu)的影響、系統(tǒng)占用空間盡可能小、易于布置等方面考慮，采用七氟丙烷作為滅火劑更合適。

3 信息機房氣體滅火系統(tǒng)改造方案

3．1 氣體滅火系統(tǒng)

信息機房自動滅火系統(tǒng)采用無管網(wǎng)式全淹沒滅火系統(tǒng)，滅火劑采用七氟丙烷，滅火設(shè)計濃度C1為8%，滅火劑噴放時間t按7 s設(shè)計，圍護結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強Pf≤1 200 Pa，滅火浸漬時間為5 min，滅火設(shè)計溫度T按20℃考慮。

3．1．1 防護區(qū)滅火劑的設(shè)計用量防護區(qū)滅火劑的設(shè)計用量可按公式(1)計算:

式中，K為海拔高度修正系數(shù)，取1．000;V為信息機房容積，該機房容積為328．496 m3;C1為滅火設(shè)計濃度，取8%;S為滅火劑過熱蒸氣在101 kPa大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積，S=0．126 9+0．000 513·T(T為滅火設(shè)計溫度，取20℃)，則S為 0．137 16 m3·kg-1。

經(jīng)計算可得防護區(qū)滅火劑的設(shè)計用量為208．3 kg，選用120 L/2．5的儲存容器2只。

3．1．2 滅火劑存儲用量及儲瓶的充裝率計算

滅火劑存儲用量按照公式(2)計算:

式中，△W1為儲存容器滅火劑剩余量，120 L/2．5儲存容器滅火劑剩余量為4 kg。

滅火劑存儲用量為W0=W+△W1=208．3+4× 2=216．3 kg。

滅火劑儲瓶的充裝率按照公式(3)計算:

式中，n為滅火劑容器數(shù)量;Vb為滅火器容量，m3。

經(jīng)計算，滅火劑儲瓶的充裝率為901．25 kg·m-3，滿足20℃、2．5 MPa增壓壓力下七氟丙烷充裝密度應小于1 120 kg·m-3的要求。

3．1．3 滅火劑實際應用濃度的校核

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，最高氣溫下的滅火濃度應小于1．1倍設(shè)計濃度，因此對滅火劑實際應用濃度按公式(4)進行校核:

式中，S為滅火劑過熱蒸氣在101 kPa大氣壓和防護區(qū)最高環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積，最高環(huán)境溫度按照當?shù)刈罡邭鉁?7．6℃考慮。

經(jīng)計算，C=8．2%，滿足規(guī)范要求。

3．1．4 泄壓口面積

泄壓口面積可按公式(5)計算:

式中，Qx為滅火劑在防護區(qū)的平均噴放速率，Qx=W/t;Pf為圍護結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強。

因 Qx=W/t=29．76 kg·s-1，則 Fx為0．13 m2。

滅火系統(tǒng)其他組件的選取應滿足《鋼質(zhì)壓力容器》、《氣體滅火系統(tǒng)及零部件性能要求和試驗方法》、《柜式氣體滅火裝置》、《銅及銅合金拉制銅管》、《鋼制無縫氣瓶》及其他應遵守的國家規(guī)范和標準的要求。

3．2 暖通系統(tǒng)改造

3．2．1 機械排風裝置

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，信息機房應設(shè)置機械排風裝置，排風口宜設(shè)置在防護區(qū)的下部并應直通室外。通信機房、電子計算機房等場所的通風換氣次數(shù)應不少于每小時5次。信息機房容積約為328．496 m3，按照換氣次數(shù)每小時6次計算，設(shè)計風量為1 971 m3·h-1。查閱風機選型手冊，確定對風機的技術(shù)要求，見表1。

表1 機械排風機選型表

風機布置在室外的草坪上，然后通過風管G軸墻體連接信息機房，風管尺寸為400 mm×320 mm。在風機上游的室外風管上設(shè)置電動密閉閥(電壓為220 VAC)。在信息機房內(nèi)部的風管上增加280℃排煙防火閥，排煙防火閥常閉，當信息機房發(fā)生火災時，在氣體滅火系統(tǒng)完成滅火后，工作人員在火警系統(tǒng)控制器上手動控制開啟。工作人員完成事故善后處理工作后，必須將排煙防火閥BECH關(guān)閉。

3．2．2 暖通空調(diào)系統(tǒng)與火警系統(tǒng)聯(lián)動控制

暖通空調(diào)系統(tǒng)與火警系統(tǒng)聯(lián)動控制應滿足以下要求:(1)在信息機房發(fā)生火災時，火警系統(tǒng)自動切斷空調(diào)機組電源使其停機。(2)信息機房內(nèi)的空調(diào)停機和280℃排煙防火閥的反饋信號都應在火警系統(tǒng)控制器上顯示。(3)280℃排煙防火閥BECH在火警系統(tǒng)控制器上手動開啟以便開始事故后排煙排風工作。用于事故后的排風系統(tǒng)機械排風機和電動密閉閥采用就地手動控制方式控制，就地控制箱設(shè)置在防護區(qū)外墻上，安裝高度為底邊距地1．3 m。完成事故善后處理工作后，工作人員可在火警系統(tǒng)控制器上手動關(guān)閉或就地手動關(guān)閉280℃排煙防火閥BECH。(4)在就地控制箱中應采用連鎖方式防止誤啟動事故后排風系統(tǒng)。事故后排風系統(tǒng)啟、停工作次序為:開280℃排煙防火閥，開電動密閉閥，啟動機械排風機，排煙排風工作完成后關(guān)機械排風機，關(guān)電動密閉閥，關(guān)280℃排煙防火閥。

3．3 火警系統(tǒng)

3．3．1 火警系統(tǒng)設(shè)置

火警系統(tǒng)控制器利用使用單位目前的利達主機，氣體滅火控制器擬采用利達氣體滅火控制器，主機和氣體滅火控制器間采用CAN總線通信，當火警系統(tǒng)控制器和多臺氣體滅火控制器連接時，氣體滅火控制器間采用CAN總線手拉手連接。氣體滅火控制器安裝在防護區(qū)外墻上，底邊距地1．3 m。

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、《氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》、《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》及《火災自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》的要求，在信息機房現(xiàn)有3個感煙探測器的基礎(chǔ)上，在原回路上增設(shè)4個感溫探測器，為氣體滅火系統(tǒng)提供啟動信號。防護區(qū)內(nèi)、外設(shè)置1套聲光報警裝置，入戶處設(shè)警鈴1套，均由氣體滅火控制器驅(qū)動，安裝高度為底邊距地2 m;防護區(qū)入戶門口處設(shè)置1套緊急啟、停按鈕及手/自動模式切換裝置，接入氣體滅火控制器，安裝高度為按鈕中心點距地1．5 m，水平方向位于入戶門右側(cè)0．5 m范圍內(nèi);防火門外側(cè)正上方設(shè)置1套緊急放氣指示燈，由氣體滅火控制器驅(qū)動。

根據(jù)暖通專業(yè)設(shè)置1臺排煙防火閥，火警系統(tǒng)需增加輸入模塊和輸出模塊各1臺以監(jiān)控此排煙防火閥，模塊箱布置在防護區(qū)內(nèi)墻上，安裝高度為底邊距地1．3 m。

3．3．2 控制邏輯說明

控制邏輯說明如圖1所示。圖中放氣指示燈在延時階段閃爍，噴放階段常亮。

圖1 火警系統(tǒng)控制邏輯圖

3．4 配電

信息機房可采取如下配電方案:(1)氣體滅火控制器電源取自一層消防控制室配電箱備用回路。(2)機械排風機電源取自一層電氣設(shè)備間AP11配電箱備用回路。(3)電動密閉閥電源取自一層電氣設(shè)備間AP12配電箱備用回路。(4)防火閥暫按24 VDC，工作電流＜1 A，由火警系統(tǒng)控制器驅(qū)動。如工作電流超過1 A則需加中間繼電器，由外部電源向防火閥供電。新增設(shè)備配電需求見表2。

表2 新增設(shè)備配電需求表

3．5 土建

經(jīng)原設(shè)計單位復核，在滅火氣體對防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)壓力不超過1 200 Pa的情況下，信息機房墻體嚴格按設(shè)計施工，增設(shè)氣體消防設(shè)施可不對墻體進行加固處理。根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，應設(shè)置泄壓口，防止防護區(qū)超壓:(1)采用無電源式機械泄壓口，在信息機房外墻設(shè)置;(2)信息機房泄壓口總面積不小于0．13 m2，底面距地不小于室內(nèi)凈高的2/3;(3)綜合結(jié)構(gòu)防護和滅火效果兩方面因素，整定值按1 000 Pa+50 Pa考慮;(4)泄壓口啟閉滯后時間≤2 s;(5)防護區(qū)入口處設(shè)置“七氟丙烷氣體滅火防護區(qū)”標志牌。

4 結(jié)論

本文從信息機房自動滅火系統(tǒng)的選型和設(shè)計，原有暖通系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和土建結(jié)構(gòu)改造等方面詳細論述了某濱海核電站信息機房氣體滅火系統(tǒng)改造方案，可為同類電子機房自動滅火系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計提供參考。另一方面也說明諸如此類高價值的信息機房技改涉及面大，技改成本遠比項目一次規(guī)劃實施的成本要高，且實施難度大，建議用戶和設(shè)計人員在后續(xù)實踐中應及早明確此類機房的消防設(shè)置。

［1］GB 50084-2005，自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］GB 50370-2005，氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］．