七氟丙烷灭火系统在电厂的应用

赵义文

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200)

0 引言

气体灭火系统较水灭火、泡沫灭火、干粉灭火等系统具有其特殊优势。如:灭火剂化学性质稳定，对保护区内设备和物品污染小，灭火后易于清理，可用于扑救大部分可燃液体火灾、可燃气体火灾、固体表面火灾及电气火灾等，故该系统被广泛应用于保护贵重物品、重要仪器仪表、通信机房等重要设备和场所中。其中,在电厂领域中主要用于保护控制中心机房、电子计算机房、危化品库、仪器仪表间、重要的档案资料室及重要物资库等。

电厂中的气体灭火系统主要有七氟丙烷、IG541等，下面重点介绍七氟丙烷气体灭火系统。七氟丙烷作为一种洁净气体灭火剂，具有无色无味、低毒、不导电、不污染被保护对象等特点，对保护精密电子设备及贵重物品非常有利。

随着七氟丙烷气体灭火装置生产厂家的增多，产品价格的下降，国内应用七氟丙烷气体灭火系统保护的场所越来越多，但是在进行灭火系统设计时依旧存在着很多弊端，在一定程度上影响了七氟丙烷的灭火效果。

1 组合分配系统设置计算问题

某电厂仓库的一、二、三层精密仪器及通用备件仓库都为七氟丙烷防护区，气瓶间设在二楼，设计温度20 ℃，喷放时间小于10 s。为简化分析，只选取一、二、三层各一个房间进行计算，设计参数如表1所示。

表1 仓库的设计参数

1.1 增压压力不足问题

二层N09、三层N13储存气瓶增压压力为2.5 MPa,不满足最不利点喷头工作压力的要求。建议将储存气瓶增压至二级(4.2 MPa)或三级(5.6 MPa)。

1.2 灭火剂喷放不均匀问题

GB 50370《气体灭火系统设计规范》(以下简称《规范》)第4.1.8条:喷头的布置应满足喷放后气体灭火剂在防护区内均匀分布的要求。

(1) 气体设计用量分配不合理。一层N07气体保护区房间被均匀分成两个喷放单元，各布置了8个喷头，但其中一个喷放单元的8个喷头对应的瓶组为10个气瓶，另一个喷放单元的8个喷头对应的瓶组为5个气瓶。灭火剂在该防护区内的喷放极不均匀，且5个气瓶对应区域药剂量不足。建议按每8个喷头一组对应设置8个气瓶。

(2) 喷头布置不均匀、不合理:二层N09，一个保护区内，划分了两个喷放区380 m2和400 m2，两个喷放区对应的喷头数相同，对应的灭火剂用量相同，但两个喷放区保护面积相差较大，造成面积大的部分对应药剂量不足。建议对应面积较大部分喷放区增加灭火药剂量。

1.3 管道内部容积过大问题

《规范》第3.3.11条:管网的管道内容积，不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80 %。

《规范》第3.3.15-5条导出:喷放前，七氟丙烷灭火剂储存量体积可按如下公式计算:

式中，n为储存容器的数量(个)；Vb为储存容器的容量(m3）；V0为喷放前全部储存容器内的气相总容积(m3）；η为充装量(kg/m3);γ为七氟丙烷液体密度(kg/m3）。按《规范》要求：管网的管道内容积Vp≤80 %V灭火剂。

以三层N13最远端七氟丙烷气体灭火系统管网图为例。通过“兆龙软件”计算后得出:一层N07、二层N09、三层N13管网的管道内容积Vp大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积V灭火剂的80 %,不能满足药剂在设计喷放时间内被有效利用。

建议一层N07,将10个瓶组对应主管道长度缩短4 m以上(优化管网路径);二层N09,将气瓶间至气体保护区之间的22 m主管道管径由150 mm调整为100 mm;三层N13,将气瓶间至气体保护区之间的主管道管径由150 mm调整为100 mm。方案调整后经“兆龙软件”计算，满足管网的管道内容积不大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80 %要求。

1.4 灭火剂储存量未计算剩余量

根据《规范》第3.3.14条，灭火剂用量按下式计算：

式中，W为灭火设计用量或惰化设计用量（kg）；C1为灭火设计浓度或惰化设计浓度(%）；S为灭火剂过热蒸气在101 kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积(m3）；V为防护区净容积(m3）；K为海拔高度修正系数。其中，

式中，T为防护区最低温度(℃)；K1=0.126 9；K2=0.000 513。当T=20 ℃时，计算S=0.137 16。

当地海拔高度约0 m,查询GB 50370—2005附录B可知:修正系数K=1;将S，K以及表2中的有关参数代入式(2)，计算灭火剂用量为：

实际灭火剂充装量为:107×15=1 605 kg。

《规范》第3.3.14条规定，系统灭火剂储存量应按下式计算:

式中，W0为系统灭火剂储存量(kg)；ΔW1为储存容器内的灭火剂剩余量(kg）；ΔW2为管道内的灭火剂剩余量(kg）。

假定单个180 L气瓶灭火剂剩余量为6 kg,系统为均衡管网ΔW2=0;灭火剂总充装量应为:

单瓶充装量应为:1 695/15=113 kg。

设计时未考虑灭火剂剩余量，不能满足保护区设计灭火浓度所需药剂量的要求。建议按照是否满足灭火浓度不小于8 %的要求进行计算验证，对于不满足要求的，提高储瓶的充装量。

1.5 现场管网长度不符合《规范》规定

根据七氟丙烷气体灭火系统的设备、管网布置情况,现场管网最长达到了60 m，而《气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置》规定，七氟丙烷内储压2.5 MPa系统灭火剂输送距离不大于30 m。对于是否存在增压压力不足及是否满足规范要求“管网的管道内容积,不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80 %”，通过现场绘制CAD图，进行了软件验证。通过“兆龙消防工程CAD软件”(以下简称“兆龙软件”)计算后，发现一、二、三层气体灭火系统都不同程度存在不符合规范的现象，再不断调整参数，并最终通过“兆龙软件”验证。

2 设计参数选取问题

2.1 设计灭火浓度过大

《规范》第3.3.3条规定:图书、档案、票据和文物资料库等防护区，灭火设计浓度宜采用10 %。现场实例中，有5个档案库设计浓度到达了10.73 %，超过了七氟丙烷有毒性反应(LOAEL)浓度10.5 %，增大了安全风险。

建议通过计算调整气瓶充装率，使档案室的设计灭火浓度大于10 %，小于10.5 %，并兼顾其他组合分配防护区域的设计灭火浓度。

2.2 喷放时间过长

《规范》第3.3.7条规定:在通信机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间不应大于8 s;在其他防护区，设计喷放时间不应大于10 s。

现场实例如表2。

表2 现场实例

建议将计算机房等防护区内气体灭火设计喷放时间不应大于8 s，可通过提高储瓶压力等级方式实现。

3 气体灭火系统变更问题

3.1 防护区不能自动关闭问题

AB库房三层是一间大仓库，面积40 m×30 m,层高5.31 m。原设计将其作为一个七氟丙烷气体灭火保护区，后考虑到不符合《规范》第3.2.4规定“采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800 m2，且容积不宜大于3 600 m3”，在正中间增加了隔墙，平均划分了两个防护区。

《规范》第6.0.3规定:防护区的门应向疏散方向开启,并能自行关闭。本变更出现以下问题:原设计在中间位置的两台风机被封闭在一个房间内，回风口只留在了一侧，导致两个防护区中间的大门在关闭状态时，一个防护区通风不畅，必须将中间的防火门长期处于打开状态，且在火灾启动气体灭火系统启动时也不能自动关闭。

建议拆除风机房，将两台风机用实体隔墙分割在各自的防护区内，在变更改造过程中应系统性地考虑现场改变对其他方面的影响，避免出现顾此失彼情况。

3.2 泄压面积不满足要求

现场部分泄压口被封闭在吊顶内，影响泄压效果。建议拆除部分吊顶。

4 选择阀的操作问题

选择阀是组合分配气体灭火系统中，用来控制灭火剂释放到起火防护区的阀门。选择阀平时都是关闭状态。选择阀的启动方式有气动方式和电动方式，这两种启动方式均要设置手动应急操作装置，以便在气体灭火系统自动失灵时仍能将阀门打开。

《规范》第5.0.9条:组合分配系统启动时，选择阀应在容器阀开启前或同时打开。

该设计中，选择阀有以下问题:多个防护区都有2个以上选择阀，选择阀较大、操作困难且设置位置较高，需要蹬梯，不利于操作。

建议按照《规范》要求，将选择阀操作手柄安装在操作面一侧且安装高度不应超过1.7 m。

5 系统维护保养问题

表3是该电厂设计的七氟丙烷气瓶以及充装量参数。

表3 设计实例

在5个厂房设置有5个消防气瓶间，用到多个厂家，多个气瓶型号，现场需要的设计灭火浓度主要有8 % (用于固体可燃物和计算机房灭火)和10 % (用于档案室灭火),各个气体灭火系统均未设计备用气瓶，后续考虑按照最大防护区所用气瓶规格进行备用，增加了气瓶维保数量。

建议在设计时统筹规划，考虑各个防护区需要的设计灭火浓度范围及所需药剂量，通过优化计算，可大大减少现场气瓶规格，备用气瓶数量也可大幅减少，在不影响正常使用前提下可节约大笔费用。

6 结束语

在当今环保压力普遍增大前提下，七氟丙烷气体灭火系统以其清洁、低毒、灭火效能高等优点，成为哈龙替代产品中应用最广泛的一种洁净气体灭火系统。然而该系统在实际应用中也存在一些设计问题值得人们重视。综上所述，在进行七氟丙烷气体灭火系统设计与实施时，应充分了解每个设计参数的意义，合理取值，才能保证灭火系统的有效性。