氣體滅火系統升級改造分析

摘? 要：文章通過對國家圖書館一期C棟建筑的深入研究，根據現行建筑防火和氣體滅火設計規范，提出切實可行的改造方案，對保護區的氣體滅火系統進行改造升級。對藥量的計算，藥劑的分裝，瓶組的安裝，管道的鋪設、清掃、測試，以及滅火系統安裝與調試進行全面闡述，展示改造優化的全過程，實現對防護區的有效保護。希望文章能為博物館、圖書館類的氣體滅火改造提供一些可供參考的內容。

關鍵詞：氣體滅火；七氟丙烷；管網系統

中圖分類號：TP273+.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）11-0038-04

Analysis of Upgrading and Renovation of Gas Fire Extinguishing Systems

—Taking Building C of National Library of China Phase I as an Example

ZHANG Shanshan

（National Library of China， Beijing? 100081， China）

Abstract： Through in-depth research on Building C of the National Library of China Phase I， and based on our current design standards for fire prevention and gas fire extinguishing， this paper proposes practical and feasible renovation plans to upgrade the gas fire extinguishing system in the protected area. Comprehensively elaborate on the calculation of drug dosage， drug dispensing， installation of bottle groups， pipeline laying， cleaning， testing， and installation and debugging of fire extinguishing systems， showcasing the entire process of transformation and optimization， and achieving effective protection of the protective zone. It is hoped that the paper can provide some reference content for gas fire extinguishing renovation in museums and libraries.

Keywords： gas fire extinguishing; heptafluoropropane; pipe network system

0? 引? 言

國家圖書館C棟一層網絡機房氣體滅火防護區此前是采用1301鹵代烷氣體滅火系統，它是1987年隨主體建筑建成并投入使用的，距今已有35年。根據TSG 23—2021《氣瓶安全技術規程》第3.7條，由于氣體鋼瓶已超過最高使用年限（無縫鋼瓶不超過20年），已到報廢處置年限。其次1301鹵代烷滅火劑早已被國家禁止使用，需要更換。為保證網絡機房防火滅火設施的可靠性和完整性，對保護區進行氣體滅火系統改造。

1? 項目概況

本項目分為配電室和網絡機房兩個獨立區域。其原有保護區使用的是1301鹵代烷氣體滅火系統，依據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》規定國家、省級或藏書量超過100萬冊的圖書館應設置氣體自動滅火系統[1]，現需更換為七氟丙烷氣體滅火系統，施工的主要內容是對舊有的1301氣滅管道及鋼瓶進行拆除改造。委托專業設計單位進行系統設計，出具設計圖紙，火災自動報警系統延用原系統火災探測器等并進行移位及新增，相應管線變更，其他不做變更。本項目新增災后排風及補風設施。應急照明系統為新增獨立集中控制集中供電系統，新增應急照明燈及疏散指示標志，其他不做變更。

2? 系統改造

此次改造采用管網式氣體滅火系統，滅火藥劑為七氟丙烷，它相較于其他氣體滅火系統技術成熟，并且有專門的國家規范可以參照，還具備藥劑使用量和瓶組占地空間都較節省，設備和管網造價相對低廉等優勢，七氟丙烷氣體滅火系統能夠同時適用于配電室和網絡機房的火災撲滅[2]，再加上之前改造的低壓配電室也是采取此種氣體滅火系統，便于統一管理和維護。

本工程共設置2個獨立的防護區域，按全淹沒滅火方式設計，采用1套組合分配系統進行保護。系統共計設計12個儲氣瓶組，2個啟動瓶組，如圖1所示，中間安裝安全控制閥，如果配電室發生火情，位于末端的四個氣瓶將啟動噴放，一旦網絡機房發生火情，12個氣瓶將同時啟動噴放。系統設計工作壓力為5.6 MPa。

2.1? 基本設計參數

國家圖書館一期C棟需改造空間總面積646.44 m2，凈容積2 132.455 m3。由于其組成部分分為配電室和網絡機房兩部分。根據GB 50370—2005《氣體滅火系統設計規范》按照“七氟丙烷（HFC-227）在圖書、檔案、票據和文物資料庫等防護滅火設計濃度為10%；在油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發電機房等防護區，滅火設計濃度為9%；在通信機房和電子計算機房等防護區，滅火設計濃度為8%[3]”的要求，將內部分為兩個分區，分別按規定設置不同的滅火設計濃度以保障實際安全。

2.2? 對瓶組間的要求

本次改造設有專門的“鋼瓶間”用來放置儲存裝置。鋼瓶間靠近防護區，符合存放壓力容器存放規定，耐火等級等于或高于二級。有直接通向室外或疏散走道的出口，瓶組間的門向外開啟[1]。瓶組間內設有應急照明，并設有消防專用電話。設有機械排風裝置，具有良好的通風條件。鋼瓶間承重要求根據鋼瓶間實際排布并滿足結構專業荷載計算要求。

2.3? 設計具體細節和參數

2.3.1? 滅火設計用量的計算

需改造的保護區管網系統基本參數如表1所示。配電室總面積經實際測量為116.81 m2，層高為4.2 m，凈容積為490.602 m3，被防靜電板隔為地上地下兩層，每層為獨立空間，有獨立的滅火裝置，此空間主要可燃物為配電室和自備發電機房等，滅火設計濃度為9%[3]。網絡機房總面積為529.63 m2，層高為3.1 m，凈容積為1 641.853 m3，同樣被防靜電板隔為兩層，此空間主要可燃物為通信機房和電子計算機房等，滅火設計濃度為8%。根據國家標準GB 50370—2005《氣體滅火系統設計規范》，運用公式 W = K·（V/S）·[C1/（100 - C1）]，計算出防護區滅火設計用量。其中W表示滅火設計用量（kg），C1表示滅火設計濃度（%），S表示滅火劑過熱蒸汽在101 kPa大氣壓和防護區最低環境溫度下的質量體積（m3/kg），V表示防護區凈容積（m3）[3]。K表示海拔高度修正系數，計算出配電室兩個空間的滅火設計用量為353.76 kg，網絡機房的滅火藥液設計用量總為1 040.9 kg。具體參數如表2所示。

2.3.2? 滅火及儲存的容器規格和數量

本次改造將拆除舊的管網設施重新鋪設新的管網，在計算儲存用量的時候需加上噴發過程中可能損耗的及管道和容器殘余藥液用量，利用公式W0 = W + ?W1 + ?W2，其中：W0表示系統滅火劑總儲存量（kg），?W1表示儲存容器內滅火劑剩余量（kg），?W2表示管道內的滅火劑殘余量（kg）[3]。經過計算，配電室的氣體滅火總儲存量為368 kg，網絡機房的藥液總需求量為1 104 kg，整個改造空間共12個氣滅瓶體，中間安裝安全控制閥，如果配電室發生火情，位于末端的4個氣瓶將啟動噴放；而一旦網絡機房發生火情，12個氣瓶將同時啟動噴放。詳情如表3、表4所示。

七氟丙烷氣體滅火系統的滅火劑充裝在高壓容器內，釋放后會使得防護區內的壓強急劇增加，可能會破壞防護區的圍護結構，故標準安置氣體滅火的空間應配備泄壓口，防護區泄壓口面積計算公式? 其中：Fx表示泄壓口面積（m2）Qx表示滅火劑在防護區的平均噴放速率（kg/s），Pf表示圍護結構承受內壓的允許壓強（Pa）[3]。計算出泄壓口面積分別是0.15 m2和0.56 m2并按此施工，如表5所示。

2.4? 管道安裝與測試

2.4.1? 管道施工

整個工程的施工分為送電線路的施工、送風和排風管道的施工、氣滅系統的管道施工。主要說氣滅系統的管道施工。

因本工程采用管網式的全淹沒滅火系統，輸送氣體滅火劑的管道遍布整個防護區，根據設計圖紙及現場情況進行。鋼管采用內外防腐處理的鍍鋅無縫鋼管，其質量符合現行國家標準，依據公稱直徑（平均外徑）尺寸大于或小于等于80 mm，按需采用螺紋或法蘭連接。

滅火劑輸送管道采取固定支架固定時，管道末端噴嘴處和固定支架間的管道長度要小于500 mm；當管道的公稱直徑（平均外徑）大于等于50 mm時，還應在垂直和水平方向設置防晃支架。當穿過建筑物樓層或水平管道改變方向時，都應設置防晃支架，在《氣體滅火系統施工及驗收規范》中對支架、吊架之間的最大間距有規范要求，如表6所示。系統中的管網分流，應水平布置分流口，采用三通接頭。

2.4.2? 管道測試

管道安裝完畢后，取1.5倍最大工作壓力進行水壓強度試驗，本系統管網壓力參數如表7所示，不宜進行水壓強度試驗的防護區，采用1.15倍最大工作壓力直接進行氣壓強度試驗，試驗時安全措施要到位。強度試驗持續5 min無明顯滴漏且管道目測不變形為合格。

管道壓強測試合格后，需要使用氮氣或壓縮空氣進行吹掃，保證管道通暢。管道末端的氣流速度不應小于20 m/s。管道吹凈后應封堵所有敞口，待內裝修結束后，方可啟封安裝噴嘴。最后進行氣密性試驗，3 s內壓力下降不超過10%，連接處無氣泡產生為合格。

管道測試合格后，進行瓶組間內裝修及瓶組設備的安裝。安裝分為滅火系統瓶組和噴嘴管道安裝。系統開通運行前，啟動管路與啟動氣瓶應保持分離狀態。

2.5? 滅火系統的安裝及控制

2.5.1? 系統組成及要求

滅火系統是由滅火劑瓶組、容器閥和驅動氣體瓶組等部件組成，具備獨立的泄壓裝置。滅火劑瓶組提供瓶組檢測報告、鋼瓶制造商中華人民共和國國家質量技術監督局壓力容器制造許可證。容器閥等閥門提供制造商中華人民共和國特種設備制造許可證。

系統采用驅動氣體瓶組啟動，驅動壓力6 MPa；驅動裝置為電磁型，驅動力不小于90 N，防護等級不低于IP54；驅動氣體管路材質為紫銅，外徑不小于Φ8。組合系統啟動時，選擇閥應早于或同時和容器閥開啟。選擇閥材質為不銹鋼，并提供《中華人民共和國特種設備制造許可證-壓力管元件》，各規格型號的型式檢驗報告和自愿性認證證書。

泄壓裝置為機械式，動作壓力1 000±100 Pa，材質為冷軋鋼板。可選配氣體滅火壓力監測系統，實現鋼瓶壓力7×24小時在線監測，當鋼瓶發生欠壓時，可實現現場報警，通知使用單位及時排除設備隱患。可節省氣體滅火系統巡查的人力和時間，并提高氣體滅火設施的可靠性。

2.5.2? 系統控制及要求

當火災發生時，啟動滅火，管網系統為整個滅火劑輸送系統的重要組成部分，管網系統主要將滅火劑輸送至噴放裝置后，噴放至整個滅火劑輸送系統。控制裝置相當于大腦，通過控制器、探測器、起動繼電器等器件為整個滅火系統提供滅火控制信號。本氣體系統相當于具備獨立運轉的左、右大腦（配電室和網絡機房），當在控制系統的某個滅火控制單元發出啟動信號，大腦立即對相應的啟動裝置發布信號，打開相應的啟動瓶和滅火劑瓶組，經輸送管網與噴嘴將滅火劑噴放到該防護區內，完成滅火任務的功能。

本管網式滅火系統的控制分別為自動、手動、機械應急三種方式。通過滅火聯動控制系統切換控制方式。正常人員值班情況下，采用“手動”控制；無人值守時，采用“自動”方式控制[4]。保護區門外設置有氣體滅火啟停按鈕，如圖2所示，火災時可緊急啟動，誤操作或警情排除時可緊急停止。

安全起見，不論是“手動”還是“自動”狀態下，滅火系統都應設置30 s延時啟動，保證人員從滅火區域安全撤離，在確認火災撲滅后，及時啟動災后排風補風設施進行通風換氣[5]。

2.6? 防護區的設置及要求

防護區滅火時應保持封閉條件，除泄壓口以外的開口，包括防火閥等開口，在噴放滅火劑前應做到自動關閉。

在保護區入口處，設置滅火系統防護標志和放氣指示燈以及“徹底通風前，請不要進入”警示牌；保護區內部設置“在報警時或釋放七氟丙烷滅火劑時，應立即撤離”的警示牌。

防護區內的出口應直接通向室外或疏散走道，在疏散走道與出口處，應設火災照明燈或疏散標志燈；用于疏散的門應為乙級防火門，必須能從防護區內打開，向疏散方向開啟，并能自行關閉[6]。瓶組間內應設置應急照明和能夠與消防控制中心直接聯系的消防通信設施，耐火等級不低于二級。保護區內宜配置消防專用的空氣呼吸器或氧氣呼吸器。

3? 工程驗收

施工結束后，施工方要向承建方提供完備的施工圖表資料清單及設備資料清單。并將所有資料交由承建方進行工程資料歸檔。

施工過程中，施工方、承建方要按照GB 50263—2007《氣體滅火系統施工及驗收規范》的要求做好施工記錄及防護區地板下、吊頂上等隱蔽區域的工程中間驗收記錄[7]，以及滅火劑輸送管道耐壓強度和氣密性試驗測試記錄。

施工結束對系統進行模擬試驗。分別對系統設備自動狀態和手動狀態下，模擬啟動氣體滅火系統，逐個保護區檢驗消防報警設備、氣體滅火控制設備、現場報警設施、應急照明設施、瓶頭閥、選擇閥動作情況。以及模擬災后啟動排風補風設備動作情況。

4? 結? 論

該氣體滅火方案結合了國家圖書館一期C棟配電間和網絡機房的特點，符合實際，布局合理，具備可操作性和實用性，在今后的火災預防和控制方面定能夠起到積極的作用。

參考文獻：

[1] 住房和城鄉建設部.建筑設計防火規范：GB 50016—2014 [S].北京：中國計劃出版社，2018.

[2] 高敬，黃曉家，丁曉玨，等.東直門交通樞紐暨東華國際廣場商務區給排水及消防設計 [J].工程建設與設計，2013（2）：107-110.

[3] 建設部，國家市場監督管理總局.氣體滅火系統設計規范：GB 50370—2005 [S].北京：人民出版社，2006.

[4] 孫海如，陳應新.高壓管網式全淹沒二氧化碳滅火系統設計 [J].給水排水，2006（5）：60-63.

[5] 毛大祥.機場航站樓CO2自動滅火系統設計要點 [J].硫磷設計與粉體工程，2001（2）：47-49.

[6] 趙向榮，胡筱瑗，王立軍，等.氣體滅火系統在LNG碼頭的設計應用 [J].煤氣與熱力，2015，35（5）：8-11.

[7] 住房和城鄉建設部.氣體滅火系統施工及驗收規范：GB 50263—2007 [S].北京：中國計劃出版社，2007.

作者簡介：張珊珊（1983.01—），女，滿族，吉林伊通人，館員，碩士研究生，研究方向：圖書館安全保衛。

收稿日期：2023-03-06