國家圖書館低壓配電室氣體滅火系統(tǒng)優(yōu)化

程奇勝

（中國國家圖書館，北京 100081）

我國機房、高壓配電室、電纜溝以及重要古籍文本等重要文物庫房消防措施采用的大多為七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)具有滅火效率高、滅火速度快、保護(hù)對象無污損等優(yōu)點。尤其高低壓配電室采用氣體滅火系統(tǒng)，讓配電室在發(fā)生火災(zāi)時處于全淹沒狀態(tài)，能夠起到迅速滅火的效果。國家圖書館綜合樓一層低壓配電室，原設(shè)計有管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)，現(xiàn)因后期改造，低壓配電室面積擴(kuò)大一部分，使得原有氣體滅火系統(tǒng)藥劑儲量不足，做不到保護(hù)區(qū)域全淹沒狀態(tài)。配電室環(huán)境復(fù)雜以及儲瓶間空間有限，放不下更多氣體滅火劑鋼瓶，因此將有管網(wǎng)系統(tǒng)改為無管網(wǎng)系統(tǒng)，可以節(jié)省成本和降低施工難度。本文根據(jù)GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》將國家圖書館綜合樓一層的低壓配電室的有管網(wǎng)系統(tǒng)改造優(yōu)化為無管網(wǎng)系統(tǒng)，滿足實際滅火的需要，保障國家財產(chǎn)安全。

1 工程概況

國家圖書館綜合樓一層低壓配電室為有管網(wǎng)單元獨立的七氟丙烷系統(tǒng)。該系統(tǒng)中有5 個滅火劑儲瓶，每個瓶的儲量是75kg，一共375kg，能夠充分滿足容積為324.7m3低壓保護(hù)區(qū)的滅火需求?，F(xiàn)將低壓保護(hù)區(qū)的中間墻拆除，擴(kuò)大使用面積，滿足館內(nèi)用電需求。中間墻的拆除，使得保護(hù)區(qū)面積擴(kuò)大為原來的兩倍，現(xiàn)有的儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。系統(tǒng)優(yōu)化改造主要包括有管網(wǎng)系統(tǒng)的封堵拆除和無管網(wǎng)系統(tǒng)的安裝兩部分。

2 系統(tǒng)改造

面積增大，滅火劑的使用量增加，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范初步估算需要增加5 個滅火劑儲瓶，但鋼瓶間的空間有限且管網(wǎng)噴頭較少，所以將系統(tǒng)改為無管網(wǎng)滅火系統(tǒng)，如圖1 所示。滅火劑使用量增加使得原有泄壓口不能滿足需要，需要重新設(shè)計泄壓口。改造完的低壓配電室氣體滅火系統(tǒng)和滅火控制部分要進(jìn)行3 次調(diào)試，方可投入使用。

圖1 無管網(wǎng)系統(tǒng)

2.1 基本設(shè)計參數(shù)和要求

改造完成低壓配電室保護(hù)區(qū)經(jīng)現(xiàn)場測量面積為190.08m2，高為4.50m，凈容積為855.40m3。保護(hù)區(qū)為獨立封閉空間，設(shè)獨立風(fēng)機，設(shè)計溫度20℃，海拔高度修正系數(shù)為1等。保護(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門窗的耐火極限不低于0.5h，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門窗的允許壓強不小于1200Pa。具體參數(shù)見表1。

七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統(tǒng)的最小設(shè)計滅火濃度為8%（20℃時），在8s 內(nèi)噴射一定濃度的HFC-227 滅火劑，并使其均勻地充滿整個保護(hù)區(qū)，并且要求浸漬時間不少于5min。噴放HFC-227 前，應(yīng)停止一切影響滅火效果的設(shè)備；保護(hù)區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)在噴放HFC-227 滅火劑前應(yīng)關(guān)閉，并設(shè)置防火閥，關(guān)閉通風(fēng)口；保護(hù)區(qū)的門應(yīng)向外開啟，并能自行關(guān)閉；保證在任何情況下均能從保護(hù)區(qū)內(nèi)打開。

表1 系統(tǒng)設(shè)計基本參數(shù)及要求

2.2 系統(tǒng)具體參數(shù)設(shè)計

（1）確定滅火劑的設(shè)計濃度C1。七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統(tǒng)的最小設(shè)計滅火濃度為8%（20℃時），國家圖書館為國家級重點消防單位，配電室尤為重要，故取設(shè)計濃度C1=9%。

（2）滅火劑的設(shè)計用量。防護(hù)區(qū)滅火設(shè)計用量，按公式（1）進(jìn)行計算：

式中：W 為滅火設(shè)計用量，kg；C1為滅火劑的設(shè)計濃度，%；S 為滅火劑過熱蒸氣在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；V 為防護(hù)區(qū)凈容積，m3；K 為海拔修正系數(shù)。

滅火劑過熱蒸氣在101kPa 大氣壓和防護(hù)區(qū)最低環(huán)境溫度下的質(zhì)量體積，按公式（2）進(jìn)行計算：

根據(jù)2.1 中的基本設(shè)計參數(shù)帶入公式（1）和（2）計算，W=630kg。

圖2 柜式儲存容器

（3）滅火劑儲存容器規(guī)格及數(shù)量。本次改造選用的柜式無管網(wǎng)系統(tǒng)的儲存容器，單臺裝置的充裝量為126kg，如圖2 所示。經(jīng)計算設(shè)計藥劑量為630kg，所以選用5 個柜式儲存容器，如圖2 所示，即可滿足保護(hù)區(qū)的滅火需要。并將5 個氣柜放在合理的位置，均勻分布，如圖3 所示。

（4）防護(hù)區(qū)泄壓口面積。防護(hù)區(qū)需要開設(shè)泄壓口，是因為氣體滅火劑噴入防護(hù)區(qū)內(nèi)，會顯著增加防護(hù)區(qū)的內(nèi)壓，如果沒有適當(dāng)?shù)男箟嚎?，防護(hù)區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將可能因壓力而遭破壞。

泄壓口的面積，按公式（3）進(jìn)行計算：

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)承受內(nèi)壓的允許壓強，Pa。

根據(jù)2.1 計算出FX=1.36m2，七氟丙烷滅火系統(tǒng)的泄壓口應(yīng)位于防護(hù)區(qū)凈高的2/3 以上，所以需開設(shè)2 個面積為0.68m2的泄壓口，具體位置如圖3 所示。

（5）火災(zāi)探測器的設(shè)計及報警系統(tǒng)要求。七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)內(nèi)應(yīng)有煙感溫感探測器，以確保滅火系統(tǒng)的二級報警要求。保護(hù)區(qū)的煙感探測器應(yīng)間隔布置，每個煙感探測器的保護(hù)面積按50 ～60 m2計算，每個溫感探測器的保護(hù)面積按20 ～30 m2計算。保護(hù)區(qū)面積為198 m2，因此需要10 個溫感和4 個煙感。需要在原來的基礎(chǔ)上增加5 個溫感和2 個煙感。具體布置如圖3 所示。

為了滿足七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統(tǒng)與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動控制的要求，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)能接收壓力開關(guān)送出的七氟丙烷氣體噴放動作信號和氣體控制盤送出的探測器一級報警信號和系統(tǒng)故障等信號，即火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)在保護(hù)區(qū)的氣體控制盤附近設(shè)置能發(fā)出或接收上述信號的模塊。

圖3 柜式儲存容器、火災(zāi)探測器和泄壓口分布圖

2.3 系統(tǒng)測試

無管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)的控制，應(yīng)該同時具有自動控制和電氣手動控制兩種方式。兩種控制方式原理如圖4 所示。自動控制是指保護(hù)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有煙感溫感探測器，發(fā)生火災(zāi)時，其中任一組探測器報警后，氣體控制盤接收該火警信號，將顯示出該組報警信號，同時控制盤會輸出滅火聯(lián)動信號。電氣手動控制是指在保護(hù)區(qū)外面通過手動啟動按鈕釋放滅火氣體。

2.3.1 測試方案

系統(tǒng)測試方法電磁驅(qū)動器啟動試驗，取下電磁驅(qū)動器，拔出電磁驅(qū)動器保險銷，分別進(jìn)行自動控制測試和手動控制測試，試驗電磁鐵聯(lián)動鐵心是否動作。測試完畢后，鐵心及電磁驅(qū)動器保險銷應(yīng)復(fù)位。同時觀察相關(guān)動作信號及聯(lián)動設(shè)施是否正常。

（1）自動控制測試。首先解除氣體滅火系統(tǒng)誤噴的解鎖開關(guān)，對保護(hù)區(qū)內(nèi)的任意5 個溫感編號為W1、W2、W3、W4、W5，2 個煙感編號為Y1、Y2，使用觸發(fā)器使得任意2 組同時報警，查看30s 后電磁鐵聯(lián)動鐵心是否動作和聯(lián)動設(shè)施是否正常。測試結(jié)果見表2。

表2 自動控制測試結(jié)果

由表2 測試結(jié)果可以看出，當(dāng)采用1 個溫感和煙感進(jìn)行組合時，電磁驅(qū)動鐵心動作，聲光報警能正常啟動，中控室主機有正常反饋信號。

（2）電氣手動控制。首先解除氣體滅火系統(tǒng)誤噴的解

圖4 氣滅系統(tǒng)聯(lián)動控制示意圖

2.3.2 測試結(jié)果

（1）自動控制結(jié)果見表2。結(jié)果可以看出，當(dāng)采用1個溫感和煙感進(jìn)行組合時，30s 后電磁驅(qū)動鐵心動作，聲光報警能正常啟動，中控室主機有正常反饋信號，系統(tǒng)可以正常使用。

（2）測試人員按下手動啟動按鈕，30s 后電磁鐵聯(lián)動鐵心動作，聲光報警啟動，中控室主機有正常反饋信號。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)規(guī)范和實際要求計算得出滅火劑的實際用量為630kg，設(shè)置5 個氣柜和2 個泄壓口；面積增加，煙感和溫感分別增加2 個和5 個。

（2）安裝完成以后，測試系統(tǒng)。分別采用自動控制和手動控制測試，30s 后電磁驅(qū)動鐵心動作，聲光報警正常啟動，中控室主機有正常反饋信號，系統(tǒng)可以正常使用。