數據中心氣體滅火系統管道壓力試驗優化方法探討

摘要：數據中心氣體滅火系統管道壓力試驗應進行水壓強度試驗和氣壓嚴密性試驗。在不具備水壓強度試驗的情況下，應采用氣壓強度試驗替代。而氣壓強度試驗后的有壓氣體介質被直接排放到大氣中，會造成一定的試驗成本浪費。通過探討氣體滅火系統管道壓力試驗方法的具體優化措施，以供工程實踐參考。

關鍵詞：數據中心；氣體滅火系統；壓力試驗

數據中心氣體滅火系統通常采用組合分配式的七氟丙烷滅火系統、二氧化碳滅火系統、IG541混合氣體滅火系統[1]。這類系統儲存壓力級別較高（2.5～20MPa），屬于中高壓范疇（P＞1.6MPa），平時涉及工程實例較少，導致一些機電工程人員缺乏對系統壓力試驗的充分理解和掌握，進而可能造成工程成本浪費和安全隱患問題。本文結合工程實例，闡述系統管網壓力試驗優化方法。

1 項目概況

1.1" 工程概況

中國電信某數據中心位于和林格爾縣，建筑共計4層，機房區域按照功能布局劃分防護區，并全部設置了IG541混合氣體滅火系統，設計壓力15MPa。根據設計要求輸送氣體滅火劑的管道采用了相應壁厚的鍍鋅無縫鋼管。其內外壁都進行鍍鋅防腐處理，所用的彎頭、三通和法蘭片等高壓專用管件符合相應的壓力等級要求。對于管徑大于80mm的管道，采用法蘭焊接連接，管徑小于等于80mm的管道，采用螺紋連接[2]，所用的密封膠為第三代液態厭氧型生料帶。

1.2" 試驗要求

根據GB50370—2005《氣體滅火系統設計規范》的規定，氣體滅火系統管道壓力試驗應進行水壓強度試驗和氣壓嚴密性試驗。IG541混合氣體滅火系統水壓強度試驗壓力應取13.0MPa。當水壓強度試驗條件不具備時，可采用氣壓強度試驗代替，氣壓強度試驗壓力取值為10.5MPa。

1.3" 試驗痛點

1）現場為數據機房，內設重要網絡機柜、服務器和高低壓配電設備等，不能有水存在，且在實際試驗過程中常規離心泵供水壓力難以達到10MPa[3]。

2）改用氣壓強度試驗，常規空氣壓縮機最大工作壓力在2～3MPa之間，無法滿足本系統的試驗壓力要求[3]。

3）如果選擇使用高功率的離心泵或空氣壓縮機時，在綜合成本方面不適合，同時高壓的水流泄漏后對人員或者設備傷害極大。

2 氣壓試驗方法

2.1" 試壓準備

試驗范圍內的管道已按設計圖紙全部安裝完成，安裝質量符合有關規定。試壓用的堵帽、大小頭、DN15高壓針閥、DN15內絲高壓軟管53MPa、DN15外絲短管、DN15外絲接頭、空氣壓縮機、壓力表和15MPa高壓氮氣瓶等器材準備完畢，數量按照試驗范圍內所需量定，氣壓試驗原理見圖1。

2.2" 試壓步驟

2.2.1" 試驗方法

1）試驗前，將全部氣體噴頭管口用專用堵帽進行封堵，在管網始末端安裝好壓力表；在鋼瓶間將需要試壓的防護區（1和2）管道用高壓軟管和閥門連接，并預留好接高壓氮氣瓶的高壓軟管和閥門。

2）試驗時，先啟動空氣壓縮機對防護區管網進行預試驗，預試驗壓力宜為0.2MPa。檢查管道各處無變形無泄漏合格。

3）預試驗合格后，應逐步緩慢增加壓力，當壓力升至試驗壓力的50%時，如未發現異狀或泄漏，繼續按試驗壓力的10%逐級升壓，每級穩壓3min，直至試驗壓力。保壓時檢查管道各處無變形無泄漏合格。

2.2.2" 試驗過程

1）先用空氣壓縮機對防護區1管網進行充氣加壓，當壓力值升至0.2MPa時，停機并對管網進行檢查，檢查合格后再次啟動空氣壓縮機繼續給管網充氣。

2）當管網壓力達到2.0MPa后，采用高壓氮氣瓶對管網進行加壓。待氮氣瓶壓力與管網壓力平衡后，應先停氣5min，觀察壓力是否下降。如下降，則要檢查管網是否漏氣，并采取相應措施。如正常，則繼續加氣。

3）當管網壓力加至5.0MPa時，關閉高壓軟管上的針閥以及氮氣瓶的瓶頭閥，觀察壓力是否下降。如正常，繼續用氮氣瓶加壓，按試驗壓力的10%逐級升壓，每級穩壓3min，直到10.5MPa為止。

4）當管網壓力達到試驗壓力10.5MPa時，應立即關閉高壓軟管上的針閥以及氮氣瓶的瓶頭閥，然后觀察壓力表數值情況。當管網壓力在3min內壓降小于試驗壓力的10%即為合格。

5）待防護區1管網壓力試驗合格后，打開通往防護區2管網的針閥，使防護區1的高壓氣體緩慢進入防護區2，當防護區2的壓力達到預試驗壓力0.2MPa后關閉針閥停止輸氣，進行預試驗檢查。

6）檢查合格后，繼續按照上述防護區1的操作步驟，直至防護區1和防護區2的壓力平衡。關閉相應的針閥，將防護區2的供氣系統改為高壓氮氣瓶，繼續按照步驟加壓完成防護區2的壓力試驗。

2.2.3" 泄壓處理

完成上述壓力試驗的防護區1余壓理論值為4.0～5.0MPa，在條件允許的情況下可以再次參照防護區2的連接方式繼續循環下去。如果進行管網泄壓，一定要緩慢排氣，防止高壓的沖擊力損傷人員和成品設備。

3 試驗結果

按照上述試驗步驟對本項目的防護區1進行氣壓強度試驗，試驗數據記錄并整理見表1。利用Origin數據處理軟件，對試驗記錄進行擬合繪圖見圖2。

通過圖2所示，發現在時間間隔累計∑?t=82min前，防護區1的管道壓力穩步上升；在時間間隔累計∑?t=90min后，防護區1的管道壓力大幅下降，此時防護區2的管道壓力同幅上升。由此可見，按照此種試驗方式，防護區2的管道壓力上升速率比防護區1要大很多。

4 優化措施

4.1" 強度試驗形式

數據中心機房內有重要的網絡機柜、服務器和高低壓配電設備等，要求不能出現明水，因此在強度試驗時優先選擇氣壓強度試驗替代。

水壓強度試驗壓力難以用常規的安全經濟合理方式達到。

根據GB50263—2007《氣體滅火系統施工及驗收規范》的規定，經氣壓強度試驗合格且試驗后未拆卸的管網可以不再進行氣密性試驗。

管道連接處采用專用高壓管件，如用水壓試驗，連接處洼窩容易存水，且不易吹凈干燥，今后在機房空調作用下容易產生管道銹蝕和凝結水滴，降低了潔凈機房環境標準。

4.2" 氣壓試驗方法

根據長期的工程實踐經驗，摸索出一套快速、簡便和高效的氣壓試驗方法，改變了耗時、費力和繁瑣的傳統試壓方式。

氣壓試驗采用循環試驗方式。提前規劃好要試驗的防護區，準備好試驗器材，將2個及以上的防護區用針閥、高壓軟管等互相并聯。試驗時根據防護區的管網大小和施工質量優劣等綜合因素來確定同步試驗的防護區數量。在防護區1試驗合格后將有壓余氣通過連接管導入至防護區2試驗，防護區2獲得同級壓力值的時間大大縮短。如此反復，循環操作防護區3、防護區4等。

供氣氣源不再單純地依靠常規的空氣壓縮機，而是選擇更高效的高壓氮氣。常規的空氣壓縮機出口氣壓額定值不超過6.0MPa，但在實際使用過程中，隨著機器的老化程度以及作業現場的環境等綜合因素，正常出口氣壓不超過3.0MPa，且在2.0MPa后升壓速率越來越慢，綜合效益直線下降。改用15.0MPa的高壓氮氣瓶供氣，既能方便操作又能降低安全隱患（氮氣N2屬于惰性氣體），同時市場上更容易獲得，價格也比較適中。

高壓氮氣瓶在完成對管網加壓后，瓶內往往存在一定壓力的余氣，可以按照余氣壓力差額再次使用到下一防護區試驗中。隨著管網試驗壓力的逐步上升，在達到臨界試驗壓力前，氮氣瓶內余氣壓力越高，余量也越多。通過現場編號瓶組或者觀察氮氣瓶壓力表數值方法，來選擇不同階段管網壓力下所要使用的瓶內余氣。

5 注意事項

該試驗方法雖然在本項目中得以實踐，并取得良好效果，但是在改進優化的同時還必須考慮并做好以下幾點：①本試驗方法要充分結合工程現場情況，試驗時做好專項方案和應急預案并逐級審批合格后方可實施。②試驗所有的材料設備必須合格有效，要有產品質量合格證明文件。材料的切割、焊接與安裝應符合規范設計要求，滿足質量控制規定。③試驗現場做好安全防護，劃定試驗封閉區域，封閉出入口，專人專責值守巡查，做好警戒。④試驗人員在試驗前做好安全培訓和技術交底，配備防護用品。⑤在施工質量波動較大時，不建議幾個防護區同步試驗，以免造成更大的浪費。⑥中途巡查人員不要靠近堵帽（噴頭）以及末端支管位置，應順著氣流方向行走檢查，做到非必要不靠近。⑦巡查過程中發現漏氣點應立即停止加壓，待泄壓完畢后修復漏點，再次檢查合格后重新試壓，嚴禁帶壓操作。

6 結束語

管網式氣體滅火系統的氣壓強度試驗采用循環試驗方法，能夠有效降低余氣浪費，安全易控，節省時間，降低工程成本。按照此方法思路，可以為類似工程積累經驗，推廣到消火栓系統和自動噴淋水滅火系統等壓力管道試驗中。

參考文獻

[1]陳吉.數據中心主機房自動滅火系統選擇及設計要點探討[J].給水排水，2022，58（S2）：392-396.

[2]氣體滅火系統設計規范：GB 50370—2005[S].

[3]魏鋒.某辦公樓管網式氣體滅火系統管道壓力試驗方法[J].安裝，2022（4）：75-77.