七氟丙烷气体灭火技术在大型通信机房中的应用研究

摘要：主要探讨了七氟丙烷气体灭火技术在大型通信机房中的应用。七氟丙烷是一种高效、无色、无味、无毒且不导电的干性化学气体灭火剂，具有极佳的环保特性（ODP值为0，低GWP值），适合于保护电子设备、通信系统等关键环境的火灾扑救。分析了该技术的灭火性能、环境适应性以及经济效益，并基于一个实际案例，详细计算了七氟丙烷的需求量、防护区设计要求、泄压口设置以及主干管内径选择。研究表明，使用组合分配灭火系统可以有效降低投资成本，同时确保高效的消防保护和设施安全。

关键词：七氟丙烷；气体灭火技术；大型通信机房

中图分类号：D631.6      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）03-0039-04

随着大型通信机房设施的普及和技术的演进，对灭火技术提出了更高的要求。传统的水基和泡沫灭火方式可能会损害敏感的电子设备，导致数据丢失。七氟丙烷气体灭火技术因其快速反应和对设备的最小损伤性以及环保特性在大型通信机房火灾防护中显示出巨大优势。本文旨在评估七氟丙烷灭火技术在大型通信机房中应用的实践效果，为未来的灭火策略提供科学依据。

1 七氟丙烷气体灭火技术概述

七氟丙烷（化学英文名称：Heptafluoropropane），化学结构式为CF3CHFCF3，也被称为HFC-227ea，是一种干性化学气体灭火剂，广泛应用于现代灭火系统中。它属于氢氟碳化合物（HFC）家族，由于其高效、环保、无色、无味、无毒且不导电的特点，被认为是哈龙1211和1301（即卤代烃类灭火剂）替代品的首要选择。相比传统的水和泡沫灭火剂，七氟丙烷不会对被保护物体造成损害，因而特别适用于电子设备、通信系统、精密仪器、文献资料等重要场所和设施的灭火保护。该灭火技术以物理方式抑制火焰，主要通过吸收热量和减少火焰区域的氧浓度来扑灭火势，七氟丙烷灭火系统通常在火灾发生初期就迅速启动，能够在短时间内控制甚至扑灭火焰[1]。七氟丙烷的环境影响相对较小，它的臭氧破坏潜值（ODP）为0，全球变暖潜值（GWP）也远低于卤代烃灭火剂，因此被视为更可持续的灭火选择。尽管如此，其GWP值仍然存在，因此在使用和处理时也应关注其对气候变化的潜在影响。在设计时，系统会计算出空间所需的最佳七氟丙烷浓度，并通过气体喷射头均匀分布灭火剂，以达到最快的灭火效果。

2 七氟丙烷气体灭火技术在大型通信机房中的应用优势

2.1  高效的灭火性能和快速反应

七氟丙烷作为一种干式化学灭火剂，尤其适用于需要快速扑灭火灾同时最大程度保护设备的场合。大型通信机房通常含有高价值的电子设备和关键数据，对灭火速度和灭火效果有极高要求。在此背景下，七氟丙烷气体灭火技术展现出突出优势。一是七氟丙烷具有优异的灭火效率，它通过物理和化学两种机制作用于火源。物理灭火作用是指七氟丙烷释放后迅速膨胀，能有效降低空间内的氧浓度，从而抑制燃烧；化学灭火作用则是指该化合物在火焰区域分解产生的自由基能够中和火焰中的自由基，从而终止化学链反应。这种双重作用使其能在短时间内将火焰扑灭。二是七氟丙烷灭火系统响应迅速，只需几秒钟即可释放足够量的灭火剂覆盖受保护区域。快速的灭火反应能显著减少灾害对设备和数据的损害，保障通信机房运转的连续性。更进一步，七氟丙烷扑灭火焰后不会留下任何残留物，对电子设备及其敏感部件无腐蚀害，不会导致次生损害。

2.2  无损伤性和环境适应性

大型通信机房中有许多敏感设备，如服务器、交换设备、存储设备等，这些设备不仅具有极高的价值，而且关联着服务的稳定性和数据的安全。传统的水雾或泡沫灭火技术在扑灭火灾的同时，可能会对这些设备造成损坏，甚至导致数据丢失。而七氟丙烷气体灭火技术则能在无水无污染的环境中完成灭火。由于七氟丙烷是一种气体，它能够在释放后迅速均匀分布到整个保护区域，包括难以触及的角落或通风系统内部，确保火灾得到全面扑灭。与此同时，七氟丙烷在常溫下为气态，不会导致通信机房内部温度升高，避免了对设备性能和稳定性的负面影响。环境适应性方面，七氟丙烷不具有臭氧耗竭潜势（ODP值为0），且全球变暖潜值（GWP值）相对较低[2]。它符合目前的环境保护要求，尽可能减少了对环境的负面影响。尽管它的温室效应比二氧化碳高，但由于其用量相对较少，整体对气候变化产生的影响有限。

2.3  兼容性及经济效益

通信机房需要考虑长期的经济效益和系统的可持续性。七氟丙烷灭火系统具有较好的经济性和可维护性，可以为通信机房提供长期稳定的安全保障。从系统的安装、使用到维护，七氟丙烷系统都显示出其经济和实用的特点。该系统的兼容性表现在与现有设施的无缝对接，它可以根据通信机房的具体空间布局进行设计和安装，最小化对现场操作的干扰。此外，七氟丙烷系统的维护相对简单，不会对机房日常工作造成影响，并且相较于其他灭火系统，它的维护成本相对较低，不会因频繁的维护作业而导致过度的经济负担。由于其对电子设备无腐蚀和无破坏性的特点，通信机房的运营商在灭火后无需进行大规模的设备更换和维修，无形中节省了潜在的巨大开支。同时，稳定的系统保障减少了意外停机造成的损失，确保了通信服务的高效率和高可靠性。因此，从长远来看，采用七氟丙烷灭火技术会带来显著的经济效益。

3 七氟丙烷气体灭火技术在大型通信机房中的应用分析

某大型通信机房及其配套辅助区域，包括各机房、蓄电池、监控、配线等占地400m2，办公室、会议室占地131m2，回形通道占地67m2。本工程针对上述机房、办公室、回形通道等共计600m2的区域，实施七氟丙烷气体自动灭火保护。

3.1  防护区基本参数

气体灭火系统为保护特定区域而设计，使之具备在发生火灾时可执行有效灭火的条件。该系统的实施基于能够实现气体灭火要求的封闭空间，即防护区，成为灭火设施设计的基础。防护区的设计需满足一定的环境参数，包括温度、空间大小、抗火能力、耐压特性、开口大小以及机械通风和生产操作流程等。具体规定还规定了人员应在30s内完成疏散。在有管网灭火系统使用情况下，建议单个防护区的大小不应超出500m2以及2000m3的容积。在本气体灭火方案中，共有13个防护区被确定，其中两个邻近最小房间组合为一个防护区，其他的机房和设备房保持独立的防护区状态。由于这些防护区内的房间都配备了封闭式的门窗，全淹没灭火系统因此成为首选。考虑到防护区数量较多的特性，提出使用组合分配灭火系统的设计方案。该方案不仅能够降低投资成本，同时也利于管理使用和降低维修费用[3]。防护区间的灭火剂是相对独立的，单个防护区的火灾不会对其他区域设备的安全造成影响，从而降低火灾可能带来的经济损失。各防护区之间的设计应独立计算，以容积最大的防护区作为灭火剂设计用量的依据。以最大防护区为例，其长度和宽度均为7.2m，净高为4.45m，故该区域的净体积为V＝7.2×7.2×4.45＝230.7m3，按预定的8%灭火设计浓度，可推算出所需的灭火剂量。

3.2  灭火剂用量计算

防护区灭火剂用量W的计算公式如下：

（1）

式中：

W表示七氟丙烷灭火或惰化剂的计算质量，单位为kg。此参数为所需的七氟丙烷总量，以确保在应急情况下能够有效地灭火或达到惰化效果。

C表示设计时七氟丙烷的浓度百分比（%）。它表明了为了达到灭火或惰化目的，七氟丙烷在防护区域内所需达到的最小浓度。

S表示七氟丙烷过热蒸气在标准大气压力（101kPa）和防护区的最低环境温度时的比容，单位为m3/kg。这一参数是根据七氟丙烷的物理特性和环境条件而确定。

V表示防护区的净容积，表示以m3为单位的防护空间的实际体积，扣除了固定设备和构筑物所占空间后的可用体积。

K表示海拔修正系数，若海拔为0m时，该系数为1。

系统的设置用量应由灭火剂的预定设计用量加上系统中不可避免的残留量构成。此残留量主要分为容器内剩余的灭火剂以及管网内可能残存的量。在本系统中，由于设计了均衡的管网结构，管网内的残余灭火剂量可以被认定为微不足道，不纳入计算范围。容器内未喷尽的灭火剂量则可以通过生产商提供的产品参数进行计算得出。以一种情况为例，若钢瓶的设计储存压力为2.5MPa，当内部气体释放至外部大气压力（即0.101MPa）后，计算显示容器内剩余的灭火剂约为设计容量的4%，这相当于5.85kg的量[4]。

由于该工程防护区总数超过8个，规定要求备份系统的灭火剂量应当是基本设定用量的100%。据此，通信机房气体灭火系统需储备的七氟丙烷总量由基本灭火剂量、容器内残留量以及为0的管网残留量（基于均衡管网设计）和规定的备份量共同构成，计算结果为146.26＋

5.85＋0＋146.26＝298.37kg。依据规定，七氟丙烷的储存密度不应超过1150kg/m3。若选用容积为40L的储气容器，每个容器最多能装载46kg的灭火剂（1150kg/m3×40L×10-3m3/L）。根据这些参数得出的初步计算结果，至少需要6.49个储气容器来满足设定的总容量。然而，在实践中，需取整数容器数量，因此至少需要7个容器。

3.3  泄压口设置

根据GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》的规定，防护区必须配备泄压设施，其中七氟丙烷灭火系统的泄压口应设置在防护区净高的2/3以上位置。然而，在许多现场工程实践中，常见未按照规范设置泄压口，或仅在墙体上简单开孔的情况，这与规范要求不相符。通常，泄压口应安装在防护区的外墙或内墙之上，在非火灾状态下保持封闭。在火灾发生时，灭火剂的喷射会使防护区内部压力迅速升高，超过建筑物的设计允许压强。当泄压口受到的气体压力达到预定的触发数值，会立刻启动排压机制，开启泄压口叶片，以降压并防止由于内部压力增加导致的围护结构损坏和灭火效果受损。压力下降至预设的安全范围之后，泄压口的叶片会重新关闭，以确保防護区内部的灭火剂浓度能够维持足够的灭火浸润时间，实现有效扑灭火情。由此可见，泄压口的规范设置对于确保气体灭火效果和围护结构的安全性具有至关重要的作用。建议设计人员在进行设计和验收环节，必须细致审查现场安装是否严格遵守规范要求，以保障系统功能的完整性和建筑安全[5]。

3.4  主干管内径选择

在管道网络系统的设计中，平均设计流量的计算是基于一定的工况条件来确定的。对于七氟丙烷消防系统，设计上通常会采用当系统释放量达到设计用量的50%时条件下进行。在这种状态下，容器内的压力和对应时刻的流量可以被用来估算管道网络所需要承载的流量。这个特定时刻的流量被假定为平均设计流量，用于后续的管道尺寸计算。

W表示七氟丙烷的设计用量，单位为kg；t是七氟丙烷的喷放时间，单位为s。并且假设通信机房中喷放时间小于7s。在材料选择上，管道网络通常采用镀锌钢管。管道的初选直径可以根据平均设计流量和选定的管道阻力损失范围，即0.003～0.02MPa/m来计算。

根据镀锌钢管的阻力损失与七氟丙烷流量之间的关联关系图，流动量为20.89kg/s时，无论是直径为50mm还是65mm的镀锌钢管，它们的阻力损失值均处于0.003～0.02MPa/m的范围内。然而，在相同流量条件下，直径为65mm的管道表现出较小的阻力损失。因此，在初步的管道直径选择中，65mm的内径被确定为主干管的合适尺寸。

在保持平均设计流量恒定的前提下，可以从图1中观察到当主管道内径增大时，系统整体的阻力损失会明显下降。这指出，处在系统过程中的储存容器将经历更高的内部压力，相应地，容器内的存储物质的余量会有所减少。因此，系统能够以较少的气瓶数量来维持正常操作。尽管通过扩大支管内径也有可能减小管道的阻（下转第54页）（上接第41页）力损失，但这一措施会引起管道系统总容积的显著增加，导致“过程中电”储存容器内的压力下降，这可能会阻碍减少气瓶需求量的目标。因此，综合考虑工程造价等因素后，采用增大主管道内径的方案为优先选择。值得注意的是，在本项目中，所配备的灭火剂的计量是基于保护区域最大容积的假设进行设计。因此，在最小保护区域发生火灾时，实际的灭火剂浓度可能超过了预设的8%，可能导致实际浓度升高至12%以上。此时，灭火剂的浓度可能会对人体健康构成风险并潜在地损害保护区域内的结构完整性。在工程设计实践中，特别是面对最小和最大保护区域体积相差较大的情况，应考虑适量增加气瓶的数量以及下调七氟丙烷的存储填充率，从而保证对每一个保护区域施加的灭火剂浓度保持在安全且有效的水平。

4 结束语

通过研究与案例分析，本文证明了七氟丙烷灭火技术在大型通信机房中应用的可行性与有效性。由于其快速灭火能力、低环境影响以及经济效益，七氟丙烷是保护高价值通信设备和重要数据的理想选择。设计和实现过程中，需精确计算灭火剂用量，合理布置泄压口和管路以确保系统性能。展望未来，应继续关注七氟丙烷气体灭火系统的环保进步和科技创新，提高其在通信机房防火保护中的应用标准和推广力度。

参考文献

[1]何志.七氟丙烷气体灭火系统设计分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2022（1）：70-73.

[2]陈丛妍.七氟丙烷气体灭火系统施工质量控制分析[J].工程质量，2023，41（9）：60-62.

[3]舒中俊，陈涛.“双碳”目标下洁净化学气体灭火剂研究与发展[J].消防科学与技术，2023，42（7）：881-891.

[4]李颖，马萧萧，任晓峰，等.七氟丙烷灭火剂泄漏的实时监测技术研究与实践[J].数据中心建设+，2022（9）：39-44.

[5]屠越，仪涛，王深哲，等.超细干粉和七氟丙烷灭火剂对电缆沟火灾灭火效能影响研究[J].消防科学与技术，2023，42（6）：822-826.