七氟丙烷氣體滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中的應(yīng)用研究

摘要：主要探討了七氟丙烷氣體滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中的應(yīng)用。七氟丙烷是一種高效、無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且不導(dǎo)電的干性化學(xué)氣體滅火劑，具有極佳的環(huán)保特性（ODP值為0，低GWP值），適合于保護(hù)電子設(shè)備、通信系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)境的火災(zāi)撲救。分析了該技術(shù)的滅火性能、環(huán)境適應(yīng)性以及經(jīng)濟(jì)效益，并基于一個(gè)實(shí)際案例，詳細(xì)計(jì)算了七氟丙烷的需求量、防護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)要求、泄壓口設(shè)置以及主干管內(nèi)徑選擇。研究表明，使用組合分配滅火系統(tǒng)可以有效降低投資成本，同時(shí)確保高效的消防保護(hù)和設(shè)施安全。

關(guān)鍵詞：七氟丙烷；氣體滅火技術(shù)；大型通信機(jī)房

中圖分類號(hào)：D631.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2024）03-0039-04

隨著大型通信機(jī)房設(shè)施的普及和技術(shù)的演進(jìn)，對(duì)滅火技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的水基和泡沫滅火方式可能會(huì)損害敏感的電子設(shè)備，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。七氟丙烷氣體滅火技術(shù)因其快速反應(yīng)和對(duì)設(shè)備的最小損傷性以及環(huán)保特性在大型通信機(jī)房火災(zāi)防護(hù)中顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。本文旨在評(píng)估七氟丙烷滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中應(yīng)用的實(shí)踐效果，為未來(lái)的滅火策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 七氟丙烷氣體滅火技術(shù)概述

七氟丙烷（化學(xué)英文名稱：Heptafluoropropane），化學(xué)結(jié)構(gòu)式為CF3CHFCF3，也被稱為HFC-227ea，是一種干性化學(xué)氣體滅火劑，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代滅火系統(tǒng)中。它屬于氫氟碳化合物（HFC）家族，由于其高效、環(huán)保、無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且不導(dǎo)電的特點(diǎn)，被認(rèn)為是哈龍1211和1301（即鹵代烴類滅火劑）替代品的首要選擇。相比傳統(tǒng)的水和泡沫滅火劑，七氟丙烷不會(huì)對(duì)被保護(hù)物體造成損害，因而特別適用于電子設(shè)備、通信系統(tǒng)、精密儀器、文獻(xiàn)資料等重要場(chǎng)所和設(shè)施的滅火保護(hù)。該滅火技術(shù)以物理方式抑制火焰，主要通過(guò)吸收熱量和減少火焰區(qū)域的氧濃度來(lái)?yè)錅缁饎?shì)，七氟丙烷滅火系統(tǒng)通常在火災(zāi)發(fā)生初期就迅速啟動(dòng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)控制甚至撲滅火焰[1]。七氟丙烷的環(huán)境影響相對(duì)較小，它的臭氧破壞潛值（ODP）為0，全球變暖潛值（GWP）也遠(yuǎn)低于鹵代烴滅火劑，因此被視為更可持續(xù)的滅火選擇。盡管如此，其GWP值仍然存在，因此在使用和處理時(shí)也應(yīng)關(guān)注其對(duì)氣候變化的潛在影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出空間所需的最佳七氟丙烷濃度，并通過(guò)氣體噴射頭均勻分布滅火劑，以達(dá)到最快的滅火效果。

2 七氟丙烷氣體滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1? 高效的滅火性能和快速反應(yīng)

七氟丙烷作為一種干式化學(xué)滅火劑，尤其適用于需要快速撲滅火災(zāi)同時(shí)最大程度保護(hù)設(shè)備的場(chǎng)合。大型通信機(jī)房通常含有高價(jià)值的電子設(shè)備和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對(duì)滅火速度和滅火效果有極高要求。在此背景下，七氟丙烷氣體滅火技術(shù)展現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)。一是七氟丙烷具有優(yōu)異的滅火效率，它通過(guò)物理和化學(xué)兩種機(jī)制作用于火源。物理滅火作用是指七氟丙烷釋放后迅速膨脹，能有效降低空間內(nèi)的氧濃度，從而抑制燃燒；化學(xué)滅火作用則是指該化合物在火焰區(qū)域分解產(chǎn)生的自由基能夠中和火焰中的自由基，從而終止化學(xué)鏈反應(yīng)。這種雙重作用使其能在短時(shí)間內(nèi)將火焰撲滅。二是七氟丙烷滅火系統(tǒng)響應(yīng)迅速，只需幾秒鐘即可釋放足夠量的滅火劑覆蓋受保護(hù)區(qū)域?？焖俚臏缁鸱磻?yīng)能顯著減少災(zāi)害對(duì)設(shè)備和數(shù)據(jù)的損害，保障通信機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性。更進(jìn)一步，七氟丙烷撲滅火焰后不會(huì)留下任何殘留物，對(duì)電子設(shè)備及其敏感部件無(wú)腐蝕害，不會(huì)導(dǎo)致次生損害。

2.2? 無(wú)損傷性和環(huán)境適應(yīng)性

大型通信機(jī)房中有許多敏感設(shè)備，如服務(wù)器、交換設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等，這些設(shè)備不僅具有極高的價(jià)值，而且關(guān)聯(lián)著服務(wù)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全。傳統(tǒng)的水霧或泡沫滅火技術(shù)在撲滅火災(zāi)的同時(shí)，可能會(huì)對(duì)這些設(shè)備造成損壞，甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而七氟丙烷氣體滅火技術(shù)則能在無(wú)水無(wú)污染的環(huán)境中完成滅火。由于七氟丙烷是一種氣體，它能夠在釋放后迅速均勻分布到整個(gè)保護(hù)區(qū)域，包括難以觸及的角落或通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部，確?；馂?zāi)得到全面撲滅。與此同時(shí)，七氟丙烷在常溫下為氣態(tài)，不會(huì)導(dǎo)致通信機(jī)房?jī)?nèi)部溫度升高，避免了對(duì)設(shè)備性能和穩(wěn)定性的負(fù)面影響。環(huán)境適應(yīng)性方面，七氟丙烷不具有臭氧耗竭潛勢(shì)（ODP值為0），且全球變暖潛值（GWP值）相對(duì)較低[2]。它符合目前的環(huán)境保護(hù)要求，盡可能減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。盡管它的溫室效應(yīng)比二氧化碳高，但由于其用量相對(duì)較少，整體對(duì)氣候變化產(chǎn)生的影響有限。

2.3? 兼容性及經(jīng)濟(jì)效益

通信機(jī)房需要考慮長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益和系統(tǒng)的可持續(xù)性。七氟丙烷滅火系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性，可以為通信機(jī)房提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的安全保障。從系統(tǒng)的安裝、使用到維護(hù)，七氟丙烷系統(tǒng)都顯示出其經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的特點(diǎn)。該系統(tǒng)的兼容性表現(xiàn)在與現(xiàn)有設(shè)施的無(wú)縫對(duì)接，它可以根據(jù)通信機(jī)房的具體空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，最小化對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的干擾。此外，七氟丙烷系統(tǒng)的維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)機(jī)房日常工作造成影響，并且相較于其他滅火系統(tǒng)，它的維護(hù)成本相對(duì)較低，不會(huì)因頻繁的維護(hù)作業(yè)而導(dǎo)致過(guò)度的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。由于其對(duì)電子設(shè)備無(wú)腐蝕和無(wú)破壞性的特點(diǎn)，通信機(jī)房的運(yùn)營(yíng)商在滅火后無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備更換和維修，無(wú)形中節(jié)省了潛在的巨大開(kāi)支。同時(shí)，穩(wěn)定的系統(tǒng)保障減少了意外停機(jī)造成的損失，確保了通信服務(wù)的高效率和高可靠性。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，采用七氟丙烷滅火技術(shù)會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 七氟丙烷氣體滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中的應(yīng)用分析

某大型通信機(jī)房及其配套輔助區(qū)域，包括各機(jī)房、蓄電池、監(jiān)控、配線等占地400m2，辦公室、會(huì)議室占地131m2，回形通道占地67m2。本工程針對(duì)上述機(jī)房、辦公室、回形通道等共計(jì)600m2的區(qū)域，實(shí)施七氟丙烷氣體自動(dòng)滅火保護(hù)。

3.1? 防護(hù)區(qū)基本參數(shù)

氣體滅火系統(tǒng)為保護(hù)特定區(qū)域而設(shè)計(jì)，使之具備在發(fā)生火災(zāi)時(shí)可執(zhí)行有效滅火的條件。該系統(tǒng)的實(shí)施基于能夠?qū)崿F(xiàn)氣體滅火要求的封閉空間，即防護(hù)區(qū)，成為滅火設(shè)施設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。防護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)需滿足一定的環(huán)境參數(shù)，包括溫度、空間大小、抗火能力、耐壓特性、開(kāi)口大小以及機(jī)械通風(fēng)和生產(chǎn)操作流程等。具體規(guī)定還規(guī)定了人員應(yīng)在30s內(nèi)完成疏散。在有管網(wǎng)滅火系統(tǒng)使用情況下，建議單個(gè)防護(hù)區(qū)的大小不應(yīng)超出500m2以及2000m3的容積。在本氣體滅火方案中，共有13個(gè)防護(hù)區(qū)被確定，其中兩個(gè)鄰近最小房間組合為一個(gè)防護(hù)區(qū)，其他的機(jī)房和設(shè)備房保持獨(dú)立的防護(hù)區(qū)狀態(tài)。由于這些防護(hù)區(qū)內(nèi)的房間都配備了封閉式的門窗，全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)因此成為首選?？紤]到防護(hù)區(qū)數(shù)量較多的特性，提出使用組合分配滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案不僅能夠降低投資成本，同時(shí)也利于管理使用和降低維修費(fèi)用[3]。防護(hù)區(qū)間的滅火劑是相對(duì)獨(dú)立的，單個(gè)防護(hù)區(qū)的火災(zāi)不會(huì)對(duì)其他區(qū)域設(shè)備的安全造成影響，從而降低火災(zāi)可能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。各防護(hù)區(qū)之間的設(shè)計(jì)應(yīng)獨(dú)立計(jì)算，以容積最大的防護(hù)區(qū)作為滅火劑設(shè)計(jì)用量的依據(jù)。以最大防護(hù)區(qū)為例，其長(zhǎng)度和寬度均為7.2m，凈高為4.45m，故該區(qū)域的凈體積為V＝7.2×7.2×4.45＝230.7m3，按預(yù)定的8%滅火設(shè)計(jì)濃度，可推算出所需的滅火劑量。

3.2? 滅火劑用量計(jì)算

防護(hù)區(qū)滅火劑用量W的計(jì)算公式如下：

（1）

式中：

W表示七氟丙烷滅火或惰化劑的計(jì)算質(zhì)量，單位為kg。此參數(shù)為所需的七氟丙烷總量，以確保在應(yīng)急情況下能夠有效地滅火或達(dá)到惰化效果。

C表示設(shè)計(jì)時(shí)七氟丙烷的濃度百分比（%）。它表明了為了達(dá)到滅火或惰化目的，七氟丙烷在防護(hù)區(qū)域內(nèi)所需達(dá)到的最小濃度。

S表示七氟丙烷過(guò)熱蒸氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（101kPa）和防護(hù)區(qū)的最低環(huán)境溫度時(shí)的比容，單位為m3/kg。這一參數(shù)是根據(jù)七氟丙烷的物理特性和環(huán)境條件而確定。

V表示防護(hù)區(qū)的凈容積，表示以m3為單位的防護(hù)空間的實(shí)際體積，扣除了固定設(shè)備和構(gòu)筑物所占空間后的可用體積。

K表示海拔修正系數(shù)，若海拔為0m時(shí)，該系數(shù)為1。

系統(tǒng)的設(shè)置用量應(yīng)由滅火劑的預(yù)定設(shè)計(jì)用量加上系統(tǒng)中不可避免的殘留量構(gòu)成。此殘留量主要分為容器內(nèi)剩余的滅火劑以及管網(wǎng)內(nèi)可能殘存的量。在本系統(tǒng)中，由于設(shè)計(jì)了均衡的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，管網(wǎng)內(nèi)的殘余滅火劑量可以被認(rèn)定為微不足道，不納入計(jì)算范圍。容器內(nèi)未噴盡的滅火劑量則可以通過(guò)生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出。以一種情況為例，若鋼瓶的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存壓力為2.5MPa，當(dāng)內(nèi)部氣體釋放至外部大氣壓力（即0.101MPa）后，計(jì)算顯示容器內(nèi)剩余的滅火劑約為設(shè)計(jì)容量的4%，這相當(dāng)于5.85kg的量[4]。

由于該工程防護(hù)區(qū)總數(shù)超過(guò)8個(gè)，規(guī)定要求備份系統(tǒng)的滅火劑量應(yīng)當(dāng)是基本設(shè)定用量的100%。據(jù)此，通信機(jī)房氣體滅火系統(tǒng)需儲(chǔ)備的七氟丙烷總量由基本滅火劑量、容器內(nèi)殘留量以及為0的管網(wǎng)殘留量（基于均衡管網(wǎng)設(shè)計(jì)）和規(guī)定的備份量共同構(gòu)成，計(jì)算結(jié)果為146.26＋

5.85＋0＋146.26＝298.37kg。依據(jù)規(guī)定，七氟丙烷的儲(chǔ)存密度不應(yīng)超過(guò)1150kg/m3。若選用容積為40L的儲(chǔ)氣容器，每個(gè)容器最多能裝載46kg的滅火劑（1150kg/m3×40L×10-3m3/L）。根據(jù)這些參數(shù)得出的初步計(jì)算結(jié)果，至少需要6.49個(gè)儲(chǔ)氣容器來(lái)滿足設(shè)定的總?cè)萘?。然而，在?shí)踐中，需取整數(shù)容器數(shù)量，因此至少需要7個(gè)容器。

3.3? 泄壓口設(shè)置

根據(jù)GB50370—2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，防護(hù)區(qū)必須配備泄壓設(shè)施，其中七氟丙烷滅火系統(tǒng)的泄壓口應(yīng)設(shè)置在防護(hù)區(qū)凈高的2/3以上位置。然而，在許多現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐中，常見(jiàn)未按照規(guī)范設(shè)置泄壓口，或僅在墻體上簡(jiǎn)單開(kāi)孔的情況，這與規(guī)范要求不相符。通常，泄壓口應(yīng)安裝在防護(hù)區(qū)的外墻或內(nèi)墻之上，在非火災(zāi)狀態(tài)下保持封閉。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，滅火劑的噴射會(huì)使防護(hù)區(qū)內(nèi)部壓力迅速升高，超過(guò)建筑物的設(shè)計(jì)允許壓強(qiáng)。當(dāng)泄壓口受到的氣體壓力達(dá)到預(yù)定的觸發(fā)數(shù)值，會(huì)立刻啟動(dòng)排壓機(jī)制，開(kāi)啟泄壓口葉片，以降壓并防止由于內(nèi)部壓力增加導(dǎo)致的圍護(hù)結(jié)構(gòu)損壞和滅火效果受損。壓力下降至預(yù)設(shè)的安全范圍之后，泄壓口的葉片會(huì)重新關(guān)閉，以確保防護(hù)區(qū)內(nèi)部的滅火劑濃度能夠維持足夠的滅火浸潤(rùn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)有效撲滅火情。由此可見(jiàn)，泄壓口的規(guī)范設(shè)置對(duì)于確保氣體滅火效果和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性具有至關(guān)重要的作用。建議設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)收環(huán)節(jié)，必須細(xì)致審查現(xiàn)場(chǎng)安裝是否嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，以保障系統(tǒng)功能的完整性和建筑安全[5]。

3.4? 主干管內(nèi)徑選擇

在管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，平均設(shè)計(jì)流量的計(jì)算是基于一定的工況條件來(lái)確定的。對(duì)于七氟丙烷消防系統(tǒng)，設(shè)計(jì)上通常會(huì)采用當(dāng)系統(tǒng)釋放量達(dá)到設(shè)計(jì)用量的50%時(shí)條件下進(jìn)行。在這種狀態(tài)下，容器內(nèi)的壓力和對(duì)應(yīng)時(shí)刻的流量可以被用來(lái)估算管道網(wǎng)絡(luò)所需要承載的流量。這個(gè)特定時(shí)刻的流量被假定為平均設(shè)計(jì)流量，用于后續(xù)的管道尺寸計(jì)算。

W表示七氟丙烷的設(shè)計(jì)用量，單位為kg；t是七氟丙烷的噴放時(shí)間，單位為s。并且假設(shè)通信機(jī)房中噴放時(shí)間小于7s。在材料選擇上，管道網(wǎng)絡(luò)通常采用鍍鋅鋼管。管道的初選直徑可以根據(jù)平均設(shè)計(jì)流量和選定的管道阻力損失范圍，即0.003～0.02MPa/m來(lái)計(jì)算。

根據(jù)鍍鋅鋼管的阻力損失與七氟丙烷流量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖，流動(dòng)量為20.89kg/s時(shí)，無(wú)論是直徑為50mm還是65mm的鍍鋅鋼管，它們的阻力損失值均處于0.003～0.02MPa/m的范圍內(nèi)。然而，在相同流量條件下，直徑為65mm的管道表現(xiàn)出較小的阻力損失。因此，在初步的管道直徑選擇中，65mm的內(nèi)徑被確定為主干管的合適尺寸。

在保持平均設(shè)計(jì)流量恒定的前提下，可以從圖1中觀察到當(dāng)主管道內(nèi)徑增大時(shí)，系統(tǒng)整體的阻力損失會(huì)明顯下降。這指出，處在系統(tǒng)過(guò)程中的儲(chǔ)存容器將經(jīng)歷更高的內(nèi)部壓力，相應(yīng)地，容器內(nèi)的存儲(chǔ)物質(zhì)的余量會(huì)有所減少。因此，系統(tǒng)能夠以較少的氣瓶數(shù)量來(lái)維持正常操作。盡管通過(guò)擴(kuò)大支管內(nèi)徑也有可能減小管道的阻（下轉(zhuǎn)第54頁(yè)）（上接第41頁(yè)）力損失，但這一措施會(huì)引起管道系統(tǒng)總?cè)莘e的顯著增加，導(dǎo)致“過(guò)程中電”儲(chǔ)存容器內(nèi)的壓力下降，這可能會(huì)阻礙減少氣瓶需求量的目標(biāo)。因此，綜合考慮工程造價(jià)等因素后，采用增大主管道內(nèi)徑的方案為優(yōu)先選擇。值得注意的是，在本項(xiàng)目中，所配備的滅火劑的計(jì)量是基于保護(hù)區(qū)域最大容積的假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，在最小保護(hù)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，實(shí)際的滅火劑濃度可能超過(guò)了預(yù)設(shè)的8%，可能導(dǎo)致實(shí)際濃度升高至12%以上。此時(shí)，滅火劑的濃度可能會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)并潛在地?fù)p害保護(hù)區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)完整性。在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，特別是面對(duì)最小和最大保護(hù)區(qū)域體積相差較大的情況，應(yīng)考慮適量增加氣瓶的數(shù)量以及下調(diào)七氟丙烷的存儲(chǔ)填充率，從而保證對(duì)每一個(gè)保護(hù)區(qū)域施加的滅火劑濃度保持在安全且有效的水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究與案例分析，本文證明了七氟丙烷滅火技術(shù)在大型通信機(jī)房中應(yīng)用的可行性與有效性。由于其快速滅火能力、低環(huán)境影響以及經(jīng)濟(jì)效益，七氟丙烷是保護(hù)高價(jià)值通信設(shè)備和重要數(shù)據(jù)的理想選擇。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需精確計(jì)算滅火劑用量，合理布置泄壓口和管路以確保系統(tǒng)性能。展望未來(lái)，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)的環(huán)保進(jìn)步和科技創(chuàng)新，提高其在通信機(jī)房防火保護(hù)中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和推廣力度。

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