七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在鐵路工程小型機(jī)房中的應(yīng)用及設(shè)計(jì)

王賽月

（杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 浙江省杭州市 310006）

1 背景

隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路信息化建設(shè)越來(lái)越完善，通信、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在鐵路行車和運(yùn)輸中越來(lái)越重要。在鐵路工程中，通信、信號(hào)機(jī)房是確保鐵路行車、運(yùn)輸指揮的重要設(shè)施，它集中了所有的各項(xiàng)重要的通信設(shè)備，其消防安全性對(duì)于鐵路整個(gè)系統(tǒng)而言是極其重要的，其內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生的危害是巨大的。因此，對(duì)鐵路工程中的通信、信號(hào)機(jī)房采用高效、合理的消防措施顯得十分必要。

機(jī)房由于其特殊性，其陳設(shè)和存放物主要為電子電器設(shè)備、電纜導(dǎo)線、磁盤(pán)等，不適宜采用水滅火系統(tǒng)。而氣體滅火系統(tǒng)在滅火時(shí)則不會(huì)對(duì)機(jī)房設(shè)備產(chǎn)生損害，現(xiàn)已成為機(jī)房常用的自動(dòng)滅火系統(tǒng)，也是最適宜的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。在鐵路工程中，鐵路貨運(yùn)線沿線設(shè)有很多為線路服務(wù)的通信、信號(hào)機(jī)房，根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》相關(guān)要求，鐵路通信、信號(hào)機(jī)房等設(shè)有電子設(shè)備的場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。

2 各類氣體滅火系統(tǒng)的分析與對(duì)比

目前，在我國(guó)氣體滅火系統(tǒng)采用的滅火劑主要有二氧化碳、IG541混合氣體、七氟丙烷等。這幾種滅火劑在氣體滅火系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，均有較好的滅火效果，且已被使用多年，是近幾年最常用的滅火劑。

二氧化碳是一種良好的滅火劑，無(wú)色、無(wú)味，且不導(dǎo)電，是一種傳統(tǒng)的惰性氣體。它在高壓下被儲(chǔ)存在氣瓶?jī)?nèi)，噴放時(shí)，壓力驟然下降，使得二氧化碳變?yōu)闅鈶B(tài)，同時(shí)吸收大量的熱，降低滅火區(qū)域的溫度，并稀釋空氣中的氧含量，從而達(dá)到窒息滅火的效果。但二氧化碳在噴放時(shí)，濃度過(guò)高，可能會(huì)對(duì)未能及時(shí)安全撤離的人員產(chǎn)生生命危險(xiǎn)，同時(shí)二氧化碳系統(tǒng)需要的瓶組數(shù)較多，占地面積大，對(duì)小型機(jī)房并不適合。

IG541是一種由52%的氮?dú)狻?0%的氬氣和8%的二氧化碳組合而成惰性氣體滅火劑，也是一種無(wú)害的潔凈氣體。由于它的成分基本為大氣中的天然成分，因此在火災(zāi)后對(duì)保護(hù)區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生污染，同時(shí)對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用。它的滅火機(jī)理與二氧化碳的滅火機(jī)理相似，但由于其工作壓力高達(dá)15MPa，對(duì)儲(chǔ)存容器的壓力要求相對(duì)較高，因此價(jià)格較為昂貴。對(duì)于小型機(jī)房來(lái)說(shuō)，土建投資成本相對(duì)較低，因此從經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，采用IG541氣體滅火系統(tǒng)并不適用于鐵路小型機(jī)房。

七氟丙烷是近年來(lái)使用最為廣泛的一種滅火劑，它是一種無(wú)色無(wú)味、不導(dǎo)電的潔凈氣體。在所有第一代的哈龍?zhí)娲镏?，七氟丙烷氣體的綜合性能最為優(yōu)良，是最理想的替代品。七氟丙烷有許多優(yōu)點(diǎn)，如滅火效率高、毒性較低，且不污染機(jī)房?jī)?nèi)各種設(shè)備，尤其是滅火后對(duì)大氣臭氧層不會(huì)產(chǎn)生任何破壞作用。它的滅火機(jī)理是物理和化學(xué)相結(jié)合的一種滅火方式，在滅火過(guò)程中向防護(hù)區(qū)噴射七氟丙烷氣體，通過(guò)消耗火焰中的活性自由基，抑制并阻斷燃燒，同時(shí)吸收大量的熱量，迅速降低火焰溫度，從而達(dá)到滅火的目的。七氟丙烷氣體的清潔性優(yōu)良，滅火速度快，氣相電絕緣性好且具有適用于滅火系統(tǒng)使用的物理性能，這對(duì)保護(hù)機(jī)房電子設(shè)備極為有利[1]。

七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)分為有管網(wǎng)和柜式兩種。有管網(wǎng)系統(tǒng)適用于一個(gè)建筑物中有多個(gè)防護(hù)區(qū)需要保護(hù)的場(chǎng)所，柜式系統(tǒng)適用于只有一個(gè)防護(hù)區(qū)需要保護(hù)或防護(hù)區(qū)面積較小、或防護(hù)區(qū)內(nèi)不便安裝系統(tǒng)管網(wǎng)的場(chǎng)所。柜式系統(tǒng)外表美觀，具有輕便、可移動(dòng)、安裝方便靈活等特點(diǎn)，同時(shí)不破壞防護(hù)區(qū)的整潔與美觀。

綜上所述，“潔凈氣體”七氟丙烷作為氣體滅火系統(tǒng)的滅火劑，是中小型機(jī)房氣體滅火系統(tǒng)的首選滅火氣體[2]。鐵路工程中的小型通信、信號(hào)機(jī)房一般空間較小，因此采用柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)最為適宜。

3 柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 滅火劑存儲(chǔ)量計(jì)算

滅火設(shè)計(jì)用量應(yīng)按下式計(jì)算：根據(jù)《七氟丙烷潔凈氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-23-1999）規(guī)定，七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)滅火設(shè)計(jì)用量公式為 W=（KV）/S×C1（100-C1）。式中，W 為滅火設(shè)計(jì)用量或惰化設(shè)計(jì)用量（kg）；K為海拔高度修正系數(shù)；S為滅火劑過(guò)熱蒸氣在101kPa大氣壓和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積（m3/kg）；C1為滅火設(shè)計(jì)濃度或惰化設(shè)計(jì)濃度（%）；V為防護(hù)區(qū)凈容積（m3）。一般在室溫條件、海拔高度為0的情況下，計(jì)算得S=0.13716，K=1。機(jī)房的滅火設(shè)計(jì)濃度宜采用8%，此時(shí)得出滅火設(shè)計(jì)用量W=0.634V。我們只需求得防護(hù)區(qū)內(nèi)的體積，即可很快地求得該防護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)用量。

滅火劑儲(chǔ)存量計(jì)算：系統(tǒng)滅火劑儲(chǔ)存量包括滅火劑設(shè)計(jì)用量、儲(chǔ)存容器內(nèi)的滅火劑剩余量和管道內(nèi)的滅火劑剩余量。其中柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的管道內(nèi)滅火劑剩余量為0。

3.2 防護(hù)區(qū)的泄壓裝置

防護(hù)區(qū)泄壓口的設(shè)置是我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中容易遺漏的部分。氣體滅火劑噴入防護(hù)區(qū)內(nèi)，會(huì)顯著地增加防護(hù)區(qū)的內(nèi)壓，如果此時(shí)沒(méi)有適當(dāng)?shù)男箟嚎冢雷o(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將可能承受不起增長(zhǎng)的壓力，最終遭到破壞[3]。同時(shí)，滅火劑噴入防護(hù)區(qū)內(nèi)壓力升高，還有可能造成門、窗等爆破，導(dǎo)致滅火失敗、火勢(shì)蔓延。因此，防護(hù)區(qū)內(nèi)必須設(shè)置泄壓口。

式中：Fx為泄壓口面積（m2）；Qx為滅火劑在防護(hù)區(qū)的平均噴放速率（kg/s）；Pf為圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受壓內(nèi)的允許壓強(qiáng)（Pa）。

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的泄壓口應(yīng)于防護(hù)區(qū)凈高的2/3以上設(shè)置。由于七氟丙烷滅火劑比空氣重，因此為了減少滅火劑從泄壓口流失，泄壓口下沿不應(yīng)低于防護(hù)凈高的2/3。

4 柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)及控制方式

4.1 柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的組成

柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)一般由裝置柜體、氣體滅火劑儲(chǔ)存容器、啟動(dòng)裝置、噴嘴、火災(zāi)報(bào)警控制器、緊急啟停按鈕、聲光報(bào)警器、放氣指示燈、感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、信號(hào)反饋裝置等部件組成。

4.2 柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的控制方式及工作

柜式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)有三種控制方式：自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、機(jī)械應(yīng)急手動(dòng)控制。

自動(dòng)控制：滅火報(bào)警控制器上控制方式為“自動(dòng)”，此時(shí)，滅火系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)。當(dāng)防護(hù)區(qū)域發(fā)生火情時(shí)，感煙和感溫探測(cè)器探測(cè)到火情，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，傳輸信號(hào)到報(bào)警控制器，報(bào)警控制器立即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，控制器發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令，經(jīng)過(guò)30s延時(shí)，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，容器閥開(kāi)啟，釋放滅火劑，從而實(shí)施滅火。同時(shí)，又通過(guò)信號(hào)反饋裝置將信號(hào)反饋回滅火控制器。

手動(dòng)控制：將控制盤(pán)上控制方式選擇鍵撥到“手動(dòng)”位置，滅火系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài)。當(dāng)保護(hù)區(qū)域發(fā)生火情時(shí)，可按下手動(dòng)控制盤(pán)上的啟動(dòng)按鈕即可按規(guī)定程序啟動(dòng)滅火系統(tǒng)釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

機(jī)械應(yīng)急手動(dòng)控制：當(dāng)保護(hù)區(qū)域發(fā)生火情，滅火控制器不能發(fā)出指令時(shí)，應(yīng)立即通知有關(guān)人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)閉聯(lián)動(dòng)設(shè)備，手動(dòng)打開(kāi)電磁閥，釋放滅火劑，實(shí)施滅火。

5 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在鐵路工程小型機(jī)房設(shè)計(jì)中需注意的事項(xiàng)

（1）根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，防護(hù)區(qū)內(nèi)吊頂?shù)哪突饦O限不宜低于0.25h。若機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有吊頂，給排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)配合建筑專業(yè)對(duì)機(jī)房吊頂?shù)哪突饦O限提出相應(yīng)要求，確保對(duì)防護(hù)區(qū)的保護(hù)。

（2）防護(hù)區(qū)在滅火時(shí)應(yīng)保持封閉條件，并合理設(shè)置泄壓口。

（3）防護(hù)區(qū)滅火后應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)換氣，將滅火劑排至室外，因此防護(hù)區(qū)內(nèi)需設(shè)置機(jī)械排風(fēng)裝置。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)將排風(fēng)口設(shè)在防護(hù)區(qū)的下部，并應(yīng)直通室外。根據(jù)機(jī)房場(chǎng)所的特殊性，機(jī)房的通風(fēng)換氣次數(shù)需大于每小時(shí)5次。排風(fēng)裝置是氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可或缺的重要部分，但常常會(huì)被忽視，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視排風(fēng)裝置的設(shè)置。

（4）為了避免氣體滅火柜體與機(jī)房專用空調(diào)等落地安裝的設(shè)備相沖突，影響房間內(nèi)設(shè)備布置及檢修，氣體滅火裝置應(yīng)合理分配與布置，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)與其他相關(guān)專業(yè)配合，協(xié)商確定安裝位置，從而確保有效地滅火與保護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于各類機(jī)房、電子設(shè)備場(chǎng)所的系統(tǒng)，技術(shù)相對(duì)較為成熟，無(wú)毒無(wú)害、安裝維護(hù)相對(duì)便利，將其應(yīng)用于鐵路工程的中小型機(jī)房中，成本低、效率高。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，規(guī)范合理地選擇各項(xiàng)參數(shù)，確保系統(tǒng)的安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，使滅火系統(tǒng)在火災(zāi)中發(fā)揮應(yīng)有的滅火作用，保障機(jī)房設(shè)施的安全。

[1]王愷堯.七氟丙烷滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.住宅與房地產(chǎn)，2016（3）：131.

[2]吳鈞.潔凈氣體在電信機(jī)房氣體滅火系統(tǒng)的研究分析與應(yīng)用[J].安防科技，2006（2）：3～6.

[3]《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50370-2005）[S].

[4]《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（TB10063-2016）[S].