七氟丙烷氣體滅火系統在鐵路工程小型機房中的應用及設計

王賽月

（杭州鐵路設計院有限責任公司 浙江省杭州市 310006）

1 背景

隨著鐵路建設的快速發展，鐵路信息化建設越來越完善，通信、信號網絡在鐵路行車和運輸中越來越重要。在鐵路工程中，通信、信號機房是確保鐵路行車、運輸指揮的重要設施，它集中了所有的各項重要的通信設備，其消防安全性對于鐵路整個系統而言是極其重要的，其內部發生火災產生的危害是巨大的。因此，對鐵路工程中的通信、信號機房采用高效、合理的消防措施顯得十分必要。

機房由于其特殊性，其陳設和存放物主要為電子電器設備、電纜導線、磁盤等，不適宜采用水滅火系統。而氣體滅火系統在滅火時則不會對機房設備產生損害，現已成為機房常用的自動滅火系統，也是最適宜的自動滅火系統。在鐵路工程中，鐵路貨運線沿線設有很多為線路服務的通信、信號機房，根據《鐵路工程設計防火規范》相關要求，鐵路通信、信號機房等設有電子設備的場所應設置氣體滅火系統。

2 各類氣體滅火系統的分析與對比

目前，在我國氣體滅火系統采用的滅火劑主要有二氧化碳、IG541混合氣體、七氟丙烷等。這幾種滅火劑在氣體滅火系統中應用最為廣泛，均有較好的滅火效果，且已被使用多年，是近幾年最常用的滅火劑。

二氧化碳是一種良好的滅火劑，無色、無味，且不導電，是一種傳統的惰性氣體。它在高壓下被儲存在氣瓶內，噴放時，壓力驟然下降，使得二氧化碳變為氣態，同時吸收大量的熱，降低滅火區域的溫度，并稀釋空氣中的氧含量，從而達到窒息滅火的效果。但二氧化碳在噴放時，濃度過高，可能會對未能及時安全撤離的人員產生生命危險，同時二氧化碳系統需要的瓶組數較多，占地面積大，對小型機房并不適合。

IG541是一種由52%的氮氣、40%的氬氣和8%的二氧化碳組合而成惰性氣體滅火劑，也是一種無害的潔凈氣體。由于它的成分基本為大氣中的天然成分，因此在火災后對保護區域不會產生污染，同時對大氣臭氧層無破壞作用。它的滅火機理與二氧化碳的滅火機理相似，但由于其工作壓力高達15MPa，對儲存容器的壓力要求相對較高，因此價格較為昂貴。對于小型機房來說，土建投資成本相對較低，因此從經濟成本方面考慮，采用IG541氣體滅火系統并不適用于鐵路小型機房。

七氟丙烷是近年來使用最為廣泛的一種滅火劑，它是一種無色無味、不導電的潔凈氣體。在所有第一代的哈龍替代物中，七氟丙烷氣體的綜合性能最為優良，是最理想的替代品。七氟丙烷有許多優點，如滅火效率高、毒性較低，且不污染機房內各種設備，尤其是滅火后對大氣臭氧層不會產生任何破壞作用。它的滅火機理是物理和化學相結合的一種滅火方式，在滅火過程中向防護區噴射七氟丙烷氣體，通過消耗火焰中的活性自由基，抑制并阻斷燃燒，同時吸收大量的熱量，迅速降低火焰溫度，從而達到滅火的目的。七氟丙烷氣體的清潔性優良，滅火速度快，氣相電絕緣性好且具有適用于滅火系統使用的物理性能，這對保護機房電子設備極為有利[1]。

七氟丙烷氣體滅火系統分為有管網和柜式兩種。有管網系統適用于一個建筑物中有多個防護區需要保護的場所，柜式系統適用于只有一個防護區需要保護或防護區面積較小、或防護區內不便安裝系統管網的場所。柜式系統外表美觀，具有輕便、可移動、安裝方便靈活等特點，同時不破壞防護區的整潔與美觀。

綜上所述，“潔凈氣體”七氟丙烷作為氣體滅火系統的滅火劑，是中小型機房氣體滅火系統的首選滅火氣體[2]。鐵路工程中的小型通信、信號機房一般空間較小，因此采用柜式七氟丙烷氣體滅火系統最為適宜。

3 柜式七氟丙烷氣體滅火系統的設計計算

3.1 滅火劑存儲量計算

滅火設計用量應按下式計算：根據《七氟丙烷潔凈氣體滅火系統設計規范》（DBJ15-23-1999）規定，七氟丙烷氣體滅火系統滅火設計用量公式為 W=（KV）/S×C1（100-C1）。式中，W 為滅火設計用量或惰化設計用量（kg）；K為海拔高度修正系數；S為滅火劑過熱蒸氣在101kPa大氣壓和防護區最低環境溫度下的質量體積（m3/kg）；C1為滅火設計濃度或惰化設計濃度（%）；V為防護區凈容積（m3）。一般在室溫條件、海拔高度為0的情況下，計算得S=0.13716，K=1。機房的滅火設計濃度宜采用8%，此時得出滅火設計用量W=0.634V。我們只需求得防護區內的體積，即可很快地求得該防護區的設計用量。

滅火劑儲存量計算：系統滅火劑儲存量包括滅火劑設計用量、儲存容器內的滅火劑剩余量和管道內的滅火劑剩余量。其中柜式七氟丙烷氣體滅火系統的管道內滅火劑剩余量為0。

3.2 防護區的泄壓裝置

防護區泄壓口的設置是我們設計過程中容易遺漏的部分。氣體滅火劑噴入防護區內，會顯著地增加防護區的內壓，如果此時沒有適當的泄壓口，防護區的圍護結構將可能承受不起增長的壓力，最終遭到破壞[3]。同時，滅火劑噴入防護區內壓力升高，還有可能造成門、窗等爆破，導致滅火失敗、火勢蔓延。因此，防護區內必須設置泄壓口。

式中：Fx為泄壓口面積（m2）；Qx為滅火劑在防護區的平均噴放速率（kg/s）；Pf為圍護結構承受壓內的允許壓強（Pa）。

根據《氣體滅火系統設計規范》相關規定，七氟丙烷氣體滅火系統的泄壓口應于防護區凈高的2/3以上設置。由于七氟丙烷滅火劑比空氣重，因此為了減少滅火劑從泄壓口流失，泄壓口下沿不應低于防護凈高的2/3。

4 柜式七氟丙烷氣體滅火系統的組成設計及控制方式

4.1 柜式七氟丙烷氣體滅火系統的組成

柜式七氟丙烷氣體滅火系統一般由裝置柜體、氣體滅火劑儲存容器、啟動裝置、噴嘴、火災報警控制器、緊急啟停按鈕、聲光報警器、放氣指示燈、感煙探測器、感溫探測器、信號反饋裝置等部件組成。

4.2 柜式七氟丙烷氣體滅火系統的控制方式及工作

柜式七氟丙烷氣體滅火系統有三種控制方式：自動控制、手動控制、機械應急手動控制。

自動控制：滅火報警控制器上控制方式為“自動”，此時，滅火系統處于自動控制狀態。當防護區域發生火情時，感煙和感溫探測器探測到火情，發出火災報警信號，傳輸信號到報警控制器，報警控制器立即發出聲、光報警信號，同時，控制器發出聯動指令，經過30s延時，滅火系統啟動，容器閥開啟，釋放滅火劑，從而實施滅火。同時，又通過信號反饋裝置將信號反饋回滅火控制器。

手動控制：將控制盤上控制方式選擇鍵撥到“手動”位置，滅火系統處于手動控制狀態。當保護區域發生火情時，可按下手動控制盤上的啟動按鈕即可按規定程序啟動滅火系統釋放滅火劑，實施滅火。

機械應急手動控制：當保護區域發生火情，滅火控制器不能發出指令時，應立即通知有關人員撤離現場，關閉聯動設備，手動打開電磁閥，釋放滅火劑，實施滅火。

5 七氟丙烷氣體滅火系統在鐵路工程小型機房設計中需注意的事項

（1）根據《氣體滅火系統設計規范》規定，防護區內吊頂的耐火極限不宜低于0.25h。若機房內設有吊頂，給排水設計人員應配合建筑專業對機房吊頂的耐火極限提出相應要求，確保對防護區的保護。

（2）防護區在滅火時應保持封閉條件，并合理設置泄壓口。

（3）防護區滅火后應進行通風換氣，將滅火劑排至室外，因此防護區內需設置機械排風裝置。設計人員在設計中應將排風口設在防護區的下部，并應直通室外。根據機房場所的特殊性，機房的通風換氣次數需大于每小時5次。排風裝置是氣體滅火系統設計中不可或缺的重要部分，但常常會被忽視，設計人員在設計時應重視排風裝置的設置。

（4）為了避免氣體滅火柜體與機房專用空調等落地安裝的設備相沖突，影響房間內設備布置及檢修，氣體滅火裝置應合理分配與布置，設計時設計人員應與其他相關專業配合，協商確定安裝位置，從而確保有效地滅火與保護。

6 結束語

七氟丙烷氣體滅火系統是廣泛應用于各類機房、電子設備場所的系統，技術相對較為成熟，無毒無害、安裝維護相對便利，將其應用于鐵路工程的中小型機房中，成本低、效率高。設計人員在設計過程中，應結合工程實際，規范合理地選擇各項參數，確保系統的安全可靠，經濟合理，使滅火系統在火災中發揮應有的滅火作用，保障機房設施的安全。

[1]王愷堯.七氟丙烷滅火系統的設計及應用.住宅與房地產，2016（3）：131.

[2]吳鈞.潔凈氣體在電信機房氣體滅火系統的研究分析與應用[J].安防科技，2006（2）：3～6.

[3]《氣體滅火系統設計規范》（GB50370-2005）[S].

[4]《鐵路工程設計防火規范》（TB10063-2016）[S].