簡談數據中心氣體滅火系統改造方案

潘瑩云

（上海郵電設計咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 數據中心氣體滅火系統建設必要性及項目簡介

根據GB50174-2017《數據中心設計規范》，數據中心應劃分為A、B、C三級。設計時應根據數據中心的使用性質、數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上造成的損失或影響程度確定所屬級別。文章介紹的數據中心電子信息系統運行中斷將造成重大的經濟損失，定性為A級數據中心。

某已建A級數據中心已完成三套IG541氣體滅火系統的建設，并已投入使用。三套系統同品牌、滅火劑儲氣瓶同規格、系統同啟動方式。共保護樓內24個氣體防護區。處于準工作狀態的三套IG541氣體滅火系統，在無觸發狀態下發生了滅火劑泄露的情況，泄露區域在鋼瓶間內。泄漏故障導致數據中心內24個氣體防護區（包括A類機房、UPS電力室及高低壓配電室等），約1 865個機架失去自動滅火保護，占該數據中心區域的80%以上。根據GB50016-2014《建筑設計防火規范》（2018年版），A、B級電子信息系統機房內的主機房和基本工作間已記錄磁（紙）介質庫應設置自動滅火系統，并宜采用氣體滅火系統。

雖然故障發生后對上述機房及時采取臨時措施，放置了大型推車式滅火器，但這些臨時配備的需要人為直接參與的滅火措施僅能撲滅點狀小規模火災，不能滿足撲滅規模較大的火災需要，不能滿足GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》中“滅火系統的儲存裝置72小時內不能重新充裝恢復工作的，應按系統原儲存量的100%設施備用量”設置備用瓶的要求。故機房運行存在重大安全風險，為使故障的系統重新恢復工作狀態，分析故障原因及制定改造方案迫在眉睫。

2 故障原因分析

根據TSG 23-2021《氣瓶安全技術規程》第3.7條，鋼制焊接氣瓶設計使用年限為20年，盛裝腐蝕性氣體的鋼制無縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶設計使用年限為12年，鋼制無縫氣瓶或者鋁合金氣瓶的實際使用年限可以延長至30年；按照TSG 23-2021《氣瓶安全技術規程》第9.3條，鋼制無縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶、鋁合金無縫氣瓶（盛裝其他氣體的氣瓶）的定期檢驗周期為3年。發生泄漏的三套氣體滅火系統定期檢驗且未到報廢年限。

發生泄露的三套氣體滅火系統為IG541組合分配系統（滅火劑自身驅動）。系統啟動原理為：當防護區發生火災時，火災自動報警滅火控制器向主動瓶上的電磁啟動器及選擇閥上的電磁啟動器發出啟動指令，推開主動瓶的容器閥，瓶內壓力氣體釋放后通過集流管推開從動瓶的瓶頭閥，使相關區域內所有氣瓶開啟。滅火劑由集流管通過選擇閥經輸送管道、噴嘴，釋放至防護區。

三套系統在幾個月內先后發生滅火劑泄漏故障，且泄露情況高度一致，故障發生后經現場查勘后，確認現場火災自動報警控制器并未發出指令，主動瓶處及選擇閥上的電磁啟動器也并未啟動，選擇閥未開啟。

在對故障的滅火劑儲氣瓶構件進行隨機拆解時，發現隨機抽查的10個連接儲氣瓶的容器閥內部密封面都有比較嚴重的腐蝕現象，在對作為容器閥內起密封作用的橡膠圈的檢查中，發現內部橡膠圈有不同程度的老化現象，隨著銅制容器閥內部密封接觸面日益嚴重的腐蝕和密封橡膠圈的逐漸老化，在密封接觸面必將有不同程度的凹凸面，當老化失去彈性的橡膠圈不能跟隨著密封面的凹凸面而形變時，就會出現縫隙，失去應有的密封作用，從而在滅火劑儲氣瓶強大的壓力下導致滅火劑連續緩慢泄露，當滲透區域在容器閥內部活塞頂部小孔時，將導致活塞上側封閉閥腔內壓力不斷升高，直至積聚到大于活塞的下側的壓力，推動活塞動作，導致滅火劑噴放。三套系統也正是由于系統的部分容器閥內部的腐蝕和密封圈老化導致的滅火劑泄露，如圖1。

圖1 腐蝕的容器閥內部

無觸發狀態下滅火劑噴發均是在系統選擇閥未得到消防聯動啟動信號的前提下，受該固定氣體滅火系統啟動方式限制，由于某個儲瓶的容器閥故障導致滅火劑泄露至集流管從而推開了相應的從動瓶，導致大量儲瓶內的滅火劑涌入集流管，由于選擇閥未開啟，滅火劑從管道連接的薄弱環節溢出。此種啟動方式下，一旦某個儲氣瓶的容器閥損壞泄露，就會由于集流管壓力的增高推開至少是同一防護區應開啟的所有氣消鋼瓶的容器閥。

3 改造方案

3.1 更換整套滅火劑瓶組及系統啟動方式

將泄露的三套有管網IG541氣體滅火系統的啟動方式改為驅動氣體驅動。系統主要由驅動氣體瓶組、滅火劑瓶組、集流管、選擇閥、輸送管道、噴嘴等組成。系統啟動原理為：當防護區發生火災時，火災自動報警滅火控制器向驅動瓶上的電磁驅動裝置發出啟動指令，氣體驅動瓶的容器閥開啟，驅動氣體推開選擇閥，進入滅火劑瓶組的驅動氣體管路，滅火劑瓶上的氣啟動器在驅動氣體的作用下開啟防護區滅火劑瓶組的容器閥，滅火劑進入集流管后，通過選擇閥經輸送管道、噴嘴，釋放至防護區。

以上這種啟動方式并不會因為某個滅火劑儲瓶的容器閥損壞而影響其他的儲瓶的狀態，只有當驅動氣體瓶組的容器閥損壞，驅動氣體進入驅動管路，才會推開選擇閥，并打開滅火劑瓶，釋放滅火劑，且容器閥一旦老化，不必更換其總成，僅更換閥內配件即可。系統構成見圖2。

圖2 IG541組合分配系統構成形式（驅動氣體驅動）

3.2 更換滅火劑儲氣瓶的容器閥

經與三套故障系統的原廠了解，原廠氣體滅火系統產品質保一年，后期維護需按照原廠廠標執行，包括但不限于必須由原廠進行產品維護，半年檢測一次，原廠要求容器閥使用達到5年建議更換，容器閥及儲瓶使用達到10年強制更換。故根據原廠上述要求，要使系統快速恢復工作狀態，需對目前數據中心內所有原廠的氣體消防零配件（包括但不限于更換氣瓶、充氣、更換瓶閥總成及連接管等）進行同品牌的更換。如原廠廠標有變，按實際要求執行；如后期維護單位不是原廠，維護要求按國標執行。

3.3 改用自動噴水滅火系統（機房）+氣體滅火系統

根據GB50174-2017《數據中心設計規范》，A級數據中心的主機房宜設置氣體滅火系統，也可設置細水霧滅火系統。當A級數據中心內的電子信息系統在其他數據中心內安裝有承擔相同功能的備份系統時，也可設置自動噴水滅火系統。將原本采用氣體滅火的電子信息機房改為采用自動噴水滅火系統保護（預作用系統），將在用機房內的氣消管道全部拆除，新增消防水泵房、噴淋泵、報警閥等消防設施，機房內及公共區域新建消防管道。

同時，新建一套IG541氣體滅火系統，對電力室、高低壓配電室等不適宜用水滅火的區域進行保護。

如采用自動噴水滅火系統對機房進行保護，噴淋系統噴放后對機房內的空調及網絡服務設備的影響暫無法估計，且在用機房建設時并未預留事故排水點，噴淋噴放后事故水的排放也將成為另一個改造難點，如圖3。

圖3 自動噴淋滅火系統在機房中的應用

3.4 改用高壓細水霧滅火系統

拆除原有氣體滅火系統，新建高壓細水霧滅火系統。高壓細水霧消防系統保護主要保護區域為油機室、油機配電室、高低壓配電室、變配電室、機房、電力電池室等。細水霧系統造價較高，實際使用需依靠較高的產品和施工質量的支撐，且噴放后對機房內設備的影響暫無法估計。

3.5 在用機房不停機施工難點

如采用自動噴水滅火系統或高壓細水霧系統，將對機房、配電室、電力電池室內的氣消管道進行拆除，并新建消防管道，在改造管道的同時會對保護區的墻體，地板進行改造，對在用機房設備的保護，設備的不停機正常運行都有極大的難度，對設備可能造成的影響也無法估計。

如采用水滅火，在用機房地面需拆除原有架空地板以及架空地板下方的保溫層，在機房水泥地坪上用水泥砂漿抬高找坡，坡向地漏，用防水涂料滿刷整個機房地面并上翻至架空地板高度。完成上述步驟后，恢復機房地面保溫材料和架空地板。

配電室等輔助設備用房地面需拆除原有地面裝修地坪材料后，用水泥砂漿抬高找坡向地漏并滿刷防水涂料，再恢復原有裝修地坪材料。

如在用機房無法斷電或者拆除，對機房地面找坡以及刷防水涂料的施工操作空間有影響，施工難度也較大。配電室等設備用房因無法拆除在用設備，地坪抬高找坡后，對室內的地坪美觀可能會有一定感官上的影響。

在本工程改造的過程中，機房是無法斷電停機的。機房在用設備施工期間如何防塵防灰？在用配電設備采用何種帶電保護措施？這些都為機房內不停機施工帶來了相當大的難度。從圖4可以看出，多數不停機施工現場僅采用防塵布遮蓋機柜以達到防塵的目的。因本項目為A級數據中心，承載著建設方重要的核心業務平臺，一旦宕機將直接影響建設方的核心業務的正常運營，因此，改造方案必須考慮到建設方的需求，將對在用機房的影響降到最低。

圖4 不停機施工現場（防塵布保護機柜）

4 方案對比結果

為使24個失去自動滅火系統保護的防護區盡快恢復準工作狀態，同時，對在用機房的正常運行可能帶來的影響概率降到最低，不考慮對在用機房內的管道進行改造，排除改用自動噴水滅火系統和高壓細水霧滅火系統的方案。另，經過對兩種氣消方案的投資估算比較，兩種方案下，本期改造的設備費用相差不超過15%，但考慮到“更換儲氣瓶的容器閥”這個方案后期維護成本遠高于“更換整套滅火劑瓶組及系統啟動方式”的后期維護成本。

因此，在設計參數、系統規格一致的前提下，對原故障系統的所有滅火劑瓶組、選擇閥等配件進行品牌的更換，更改啟動方式，增加啟動裝置、啟動管路，并對鋼瓶間內的集流管、瓶架等主要滅火部件進行更新。此方案的改造不涉及防護區內的管道改造，改造施工范圍僅在鋼瓶間內部，除管道試壓外，對在用機房影響較小。