信息機房自動滅火系統改造方案研究

●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，內墻采用200 mm厚加氣混凝土砌塊。機房內設有一臺恒溫恒濕空調和兩臺分體空調，其中恒溫恒濕空調為下送風上回風。消防系統設置了火災自動報警系統(簡稱火警系統)，信息機房內設置了3個感煙探測器，火警系統控制器位于辦公樓消防控制值班室，24小時有人值班監視。系統確認火警后，火警系統聯動切斷非消防電源(如空調、正常照明等)。使用部門已根據國家相關規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、生產管理信息系統提供數據服務，機房內硬件設備價值約1 000余萬元，機房火災事故會造成設備損壞、信息系統使用中斷或信息系統長時間不可用，嚴重影響電站辦公系統運行和生產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自動滅火系統。

2 自動滅火系統選型及滅火劑的選擇

2．1 自動滅火系統選型

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

分析相關國家規范［1-2］發現，潔凈氣體滅火系統、高壓細水霧滅火系統或預作用自動噴水滅火系統對防護區結構要求基本一致，但水消防系統給水、排水系統較潔凈氣體滅火系統的供氣、排氣系統工藝復雜、技改施工難度大，且水對精密電子設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作為信息機房消防改造的首選。

信息機房增設氣體滅火系統主要考慮以下方面:(1)系統布置的便利性;(2)對防護區維護結構的影響最小;(3)對暖通空調系統、火災自動報警系統、配電系統、機房信息設備布置的改造盡量小;(4)技改建安、調試難度盡可能小。基于上述考慮，對電子信息機房普遍采用的管網式氣體滅火系統、柜式氣體滅火裝置進行分析。

管網式氣體滅火系統不影響防護區設備布局，布置整齊，維護方便;需設獨立氣瓶間，管網施工復雜。對于已投運的辦公樓而言，重新選擇、布置氣瓶間和管網施工的可操作性很低。柜式氣體滅火裝置無需布置管網，施工相對簡單;滅火裝置放在防護區內，占用防護區空間。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1994年以來的應用實踐，七氟丙烷滅火系統和IG541混合氣體滅火系統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，滅火設計濃度一般在37% ～43%之間，在此濃度內人員短時間停留不會造成生理影響，系統壓源高，管網可布置較遠［2］。

七氟丙烷和IG541都是環保型滅火劑，但IG541的用氣量約為七氟丙烷的4～5倍。從降低對防護區維護結構的影響、系統占用空間盡可能小、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改造方案

3．1 氣體滅火系統

信息機房自動滅火系統采用無管網式全淹沒滅火系統，滅火劑采用七氟丙烷，滅火設計濃度C1為8%，滅火劑噴放時間t按7 s設計，圍護結構承受內壓的允許壓強Pf≤1 200 Pa，滅火浸漬時間為5 min，滅火設計溫度T按20℃考慮。

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

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

經計算可得防護區滅火劑的設計用量為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為滅火劑容器數量;Vb為滅火器容量，m3。

經計算，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《氣體滅火系統設計規范》的要求，最高氣溫下的滅火濃度應小于1．1倍設計濃度，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大氣壓和防護區最高環境溫度下的質量體積，最高環境溫度按照當地最高氣溫37．6℃考慮。

經計算，C=8．2%，滿足規范要求。

3．1．4 泄壓口面積

泄壓口面積可按公式(5)計算:

式中，Qx為滅火劑在防護區的平均噴放速率，Qx=W/t;Pf為圍護結構承受內壓的允許壓強。

因 Qx=W/t=29．76 kg·s-1，則 Fx為0．13 m2。

滅火系統其他組件的選取應滿足《鋼質壓力容器》、《氣體滅火系統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范和標準的要求。

3．2 暖通系統改造

3．2．1 機械排風裝置

根據《氣體滅火系統設計規范》的要求，信息機房應設置機械排風裝置，排風口宜設置在防護區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，按照換氣次數每小時6次計算，設計風量為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置電動密閉閥(電壓為220 VAC)。在信息機房內部的風管上增加280℃排煙防火閥，排煙防火閥常閉，當信息機房發生火災時，在氣體滅火系統完成滅火后，工作人員在火警系統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關閉。

3．2．2 暖通空調系統與火警系統聯動控制

暖通空調系統與火警系統聯動控制應滿足以下要求:(1)在信息機房發生火災時，火警系統自動切斷空調機組電源使其停機。(2)信息機房內的空調停機和280℃排煙防火閥的反饋信號都應在火警系統控制器上顯示。(3)280℃排煙防火閥BECH在火警系統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，就地控制箱設置在防護區外墻上，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控制器上手動關閉或就地手動關閉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。事故后排風系統啟、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機械排風機，關電動密閉閥，關280℃排煙防火閥。

3．3 火警系統

3．3．1 火警系統設置

火警系統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外墻上，底邊距地1．3 m。

根據《氣體滅火系統設計規范》、《氣體滅火系統施工及驗收規范》、《火災自動報警系統設計規范》及《火災自動報警系統施工及驗收規范》的要求，在信息機房現有3個感煙探測器的基礎上，在原回路上增設4個感溫探測器，為氣體滅火系統提供啟動信號。防護區內、外設置1套聲光報警裝置，入戶處設警鈴1套，均由氣體滅火控制器驅動，安裝高度為底邊距地2 m;防護區入戶門口處設置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0．5 m范圍內;防火門外側正上方設置1套緊急放氣指示燈，由氣體滅火控制器驅動。

根據暖通專業設置1臺排煙防火閥，火警系統需增加輸入模塊和輸出模塊各1臺以監控此排煙防火閥，模塊箱布置在防護區內墻上，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，由火警系統控制器驅動。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。新增設備配電需求見表2。

表2 新增設備配電需求表

3．5 土建

經原設計單位復核，在滅火氣體對防護區圍護結構的內壓力不超過1 200 Pa的情況下，信息機房墻體嚴格按設計施工，增設氣體消防設施可不對墻體進行加固處理。根據《氣體滅火系統設計規范》的要求，應設置泄壓口，防止防護區超壓:(1)采用無電源式機械泄壓口，在信息機房外墻設置;(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凈高的2/3;(3)綜合結構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)防護區入口處設置“七氟丙烷氣體滅火防護區”標志牌。

4 結論

本文從信息機房自動滅火系統的選型和設計，原有暖通系統、火災自動報警系統、配電系統和土建結構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改造方案，可為同類電子機房自動滅火系統的規劃和設計提供參考。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劃實施的成本要高，且實施難度大，建議用戶和設計人員在后續實踐中應及早明確此類機房的消防設置。

［1］GB 50084-2005，自動噴水滅火系統設計規范［S］．

［2］GB 50370-2005，氣體滅火系統設計規范［S］．