七氟丙烷滅火系統在電廠的應用

趙義文

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200)

0 引言

氣體滅火系統較水滅火、泡沫滅火、干粉滅火等系統具有其特殊優勢。如:滅火劑化學性質穩定，對保護區內設備和物品污染小，滅火后易于清理，可用于撲救大部分可燃液體火災、可燃氣體火災、固體表面火災及電氣火災等，故該系統被廣泛應用于保護貴重物品、重要儀器儀表、通信機房等重要設備和場所中。其中,在電廠領域中主要用于保護控制中心機房、電子計算機房、危化品庫、儀器儀表間、重要的檔案資料室及重要物資庫等。

電廠中的氣體滅火系統主要有七氟丙烷、IG541等，下面重點介紹七氟丙烷氣體滅火系統。七氟丙烷作為一種潔凈氣體滅火劑，具有無色無味、低毒、不導電、不污染被保護對象等特點，對保護精密電子設備及貴重物品非常有利。

隨著七氟丙烷氣體滅火裝置生產廠家的增多，產品價格的下降，國內應用七氟丙烷氣體滅火系統保護的場所越來越多，但是在進行滅火系統設計時依舊存在著很多弊端，在一定程度上影響了七氟丙烷的滅火效果。

1 組合分配系統設置計算問題

某電廠倉庫的一、二、三層精密儀器及通用備件倉庫都為七氟丙烷防護區，氣瓶間設在二樓，設計溫度20 ℃，噴放時間小于10 s。為簡化分析，只選取一、二、三層各一個房間進行計算，設計參數如表1所示。

表1 倉庫的設計參數

1.1 增壓壓力不足問題

二層N09、三層N13儲存氣瓶增壓壓力為2.5 MPa,不滿足最不利點噴頭工作壓力的要求。建議將儲存氣瓶增壓至二級(4.2 MPa)或三級(5.6 MPa)。

1.2 滅火劑噴放不均勻問題

GB 50370《氣體滅火系統設計規范》(以下簡稱《規范》)第4.1.8條:噴頭的布置應滿足噴放后氣體滅火劑在防護區內均勻分布的要求。

(1) 氣體設計用量分配不合理。一層N07氣體保護區房間被均勻分成兩個噴放單元，各布置了8個噴頭，但其中一個噴放單元的8個噴頭對應的瓶組為10個氣瓶，另一個噴放單元的8個噴頭對應的瓶組為5個氣瓶。滅火劑在該防護區內的噴放極不均勻，且5個氣瓶對應區域藥劑量不足。建議按每8個噴頭一組對應設置8個氣瓶。

(2) 噴頭布置不均勻、不合理:二層N09，一個保護區內，劃分了兩個噴放區380 m2和400 m2，兩個噴放區對應的噴頭數相同，對應的滅火劑用量相同，但兩個噴放區保護面積相差較大，造成面積大的部分對應藥劑量不足。建議對應面積較大部分噴放區增加滅火藥劑量。

1.3 管道內部容積過大問題

《規范》第3.3.11條:管網的管道內容積，不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80 %。

《規范》第3.3.15-5條導出:噴放前，七氟丙烷滅火劑儲存量體積可按如下公式計算:

式中，n為儲存容器的數量(個)；Vb為儲存容器的容量(m3）；V0為噴放前全部儲存容器內的氣相總容積(m3）；η為充裝量(kg/m3);γ為七氟丙烷液體密度(kg/m3）。按《規范》要求：管網的管道內容積Vp≤80 %V滅火劑。

以三層N13最遠端七氟丙烷氣體滅火系統管網圖為例。通過“兆龍軟件”計算后得出:一層N07、二層N09、三層N13管網的管道內容積Vp大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積V滅火劑的80 %,不能滿足藥劑在設計噴放時間內被有效利用。

建議一層N07,將10個瓶組對應主管道長度縮短4 m以上(優化管網路徑);二層N09,將氣瓶間至氣體保護區之間的22 m主管道管徑由150 mm調整為100 mm;三層N13,將氣瓶間至氣體保護區之間的主管道管徑由150 mm調整為100 mm。方案調整后經“兆龍軟件”計算，滿足管網的管道內容積不大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80 %要求。

1.4 滅火劑儲存量未計算剩余量

根據《規范》第3.3.14條，滅火劑用量按下式計算：

式中，W為滅火設計用量或惰化設計用量（kg）；C1為滅火設計濃度或惰化設計濃度(%）；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(m3）；V為防護區凈容積(m3）；K為海拔高度修正系數。其中，

式中，T為防護區最低溫度(℃)；K1=0.126 9；K2=0.000 513。當T=20 ℃時，計算S=0.137 16。

當地海拔高度約0 m,查詢GB 50370—2005附錄B可知:修正系數K=1;將S，K以及表2中的有關參數代入式(2)，計算滅火劑用量為：

實際滅火劑充裝量為:107×15=1 605 kg。

《規范》第3.3.14條規定，系統滅火劑儲存量應按下式計算:

式中，W0為系統滅火劑儲存量(kg)；ΔW1為儲存容器內的滅火劑剩余量(kg）；ΔW2為管道內的滅火劑剩余量(kg）。

假定單個180 L氣瓶滅火劑剩余量為6 kg,系統為均衡管網ΔW2=0;滅火劑總充裝量應為:

單瓶充裝量應為:1 695/15=113 kg。

設計時未考慮滅火劑剩余量，不能滿足保護區設計滅火濃度所需藥劑量的要求。建議按照是否滿足滅火濃度不小于8 %的要求進行計算驗證，對于不滿足要求的，提高儲瓶的充裝量。

1.5 現場管網長度不符合《規范》規定

根據七氟丙烷氣體滅火系統的設備、管網布置情況,現場管網最長達到了60 m，而《氣體消防系統選用、安裝與建筑滅火器配置》規定，七氟丙烷內儲壓2.5 MPa系統滅火劑輸送距離不大于30 m。對于是否存在增壓壓力不足及是否滿足規范要求“管網的管道內容積,不應大于流經該管網的七氟丙烷儲存量體積的80 %”，通過現場繪制CAD圖，進行了軟件驗證。通過“兆龍消防工程CAD軟件”(以下簡稱“兆龍軟件”)計算后，發現一、二、三層氣體滅火系統都不同程度存在不符合規范的現象，再不斷調整參數，并最終通過“兆龍軟件”驗證。

2 設計參數選取問題

2.1 設計滅火濃度過大

《規范》第3.3.3條規定:圖書、檔案、票據和文物資料庫等防護區，滅火設計濃度宜采用10 %。現場實例中，有5個檔案庫設計濃度到達了10.73 %，超過了七氟丙烷有毒性反應(LOAEL)濃度10.5 %，增大了安全風險。

建議通過計算調整氣瓶充裝率，使檔案室的設計滅火濃度大于10 %，小于10.5 %，并兼顧其他組合分配防護區域的設計滅火濃度。

2.2 噴放時間過長

《規范》第3.3.7條規定:在通信機房和電子計算機房等防護區，設計噴放時間不應大于8 s;在其他防護區，設計噴放時間不應大于10 s。

現場實例如表2。

表2 現場實例

建議將計算機房等防護區內氣體滅火設計噴放時間不應大于8 s，可通過提高儲瓶壓力等級方式實現。

3 氣體滅火系統變更問題

3.1 防護區不能自動關閉問題

AB庫房三層是一間大倉庫，面積40 m×30 m,層高5.31 m。原設計將其作為一個七氟丙烷氣體滅火保護區，后考慮到不符合《規范》第3.2.4規定“采用管網滅火系統時，一個防護區的面積不宜大于800 m2，且容積不宜大于3 600 m3”，在正中間增加了隔墻，平均劃分了兩個防護區。

《規范》第6.0.3規定:防護區的門應向疏散方向開啟,并能自行關閉。本變更出現以下問題:原設計在中間位置的兩臺風機被封閉在一個房間內，回風口只留在了一側，導致兩個防護區中間的大門在關閉狀態時，一個防護區通風不暢，必須將中間的防火門長期處于打開狀態，且在火災啟動氣體滅火系統啟動時也不能自動關閉。

建議拆除風機房，將兩臺風機用實體隔墻分割在各自的防護區內，在變更改造過程中應系統性地考慮現場改變對其他方面的影響，避免出現顧此失彼情況。

3.2 泄壓面積不滿足要求

現場部分泄壓口被封閉在吊頂內，影響泄壓效果。建議拆除部分吊頂。

4 選擇閥的操作問題

選擇閥是組合分配氣體滅火系統中，用來控制滅火劑釋放到起火防護區的閥門。選擇閥平時都是關閉狀態。選擇閥的啟動方式有氣動方式和電動方式，這兩種啟動方式均要設置手動應急操作裝置，以便在氣體滅火系統自動失靈時仍能將閥門打開。

《規范》第5.0.9條:組合分配系統啟動時，選擇閥應在容器閥開啟前或同時打開。

該設計中，選擇閥有以下問題:多個防護區都有2個以上選擇閥，選擇閥較大、操作困難且設置位置較高，需要蹬梯，不利于操作。

建議按照《規范》要求，將選擇閥操作手柄安裝在操作面一側且安裝高度不應超過1.7 m。

5 系統維護保養問題

表3是該電廠設計的七氟丙烷氣瓶以及充裝量參數。

表3 設計實例

在5個廠房設置有5個消防氣瓶間，用到多個廠家，多個氣瓶型號，現場需要的設計滅火濃度主要有8 % (用于固體可燃物和計算機房滅火)和10 % (用于檔案室滅火),各個氣體滅火系統均未設計備用氣瓶，后續考慮按照最大防護區所用氣瓶規格進行備用，增加了氣瓶維保數量。

建議在設計時統籌規劃，考慮各個防護區需要的設計滅火濃度范圍及所需藥劑量，通過優化計算，可大大減少現場氣瓶規格，備用氣瓶數量也可大幅減少，在不影響正常使用前提下可節約大筆費用。

6 結束語

在當今環保壓力普遍增大前提下，七氟丙烷氣體滅火系統以其清潔、低毒、滅火效能高等優點，成為哈龍替代產品中應用最廣泛的一種潔凈氣體滅火系統。然而該系統在實際應用中也存在一些設計問題值得人們重視。綜上所述，在進行七氟丙烷氣體滅火系統設計與實施時，應充分了解每個設計參數的意義，合理取值，才能保證滅火系統的有效性。