氣體滅火系統改造研究

劉建民

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

1 改造必要性分析

某電站倉庫采用低壓二氧化碳全淹沒氣體滅火系統用以撲滅保護區的氣體、液體、固體火災。該系統通過組合分配系統對3 個防護區進行保護，防護區分別為倉庫一層的恒濕庫、二層的恒濕庫與恒溫恒濕庫。在火災情況下，該系統噴放足夠濃度的二氧化碳氣體，減少保護區的火災損失，確保人員安全撤離。系統主要由滅火劑儲罐、附屬制冷機、主閥、選擇閥、機械應急啟動裝置、安全閥、滅火控制裝置、噴嘴和管道等部件組成，可通過自動控制、手動控制或機械應急操作方式滅火。

系統中滅火劑儲罐共有9 臺，均為額定壓力2.0 MPa、容積0.5 m3的立式焊接儲罐。自2003 年開始投入運行，目前已接近《氣瓶安全技術規程》規定的鋼質焊接儲罐設計使用年限20 年，且該儲罐已停產，無法采購同類型儲罐進行更換。滅火劑儲罐及其附屬制冷系統和相應管線、閥門在運行多年后，出現老化等情況，設備故障頻發。對歷年來的故障進行統計，主要有以下2 點：

（1）滅火劑儲罐高壓報警。滅火劑儲罐正常運行壓力為2.0±0.2 MPa，由于滅火劑儲罐的附屬制冷系統運行效果差，每年夏季都會有滅火劑儲罐出現高壓報警情況，當壓力超出正常運行壓力上限后，還會導致滅火劑儲罐安全閥動作，滅火劑從安全閥流失情況。

（2）滅火劑儲罐低液位或空罐報警。儲罐中滅火劑存量通過安裝在儲罐內的光電液位儀監測，當滅火劑存量減少10%時顯示低液位，滅火劑排空時顯示空罐信號。由于滅火劑儲罐的氣相平衡閥、液相充裝閥等邊界閥密封不嚴和儲罐高壓導致安全閥動作等原因，會出現滅火劑流失的情況，即會導致滅火劑儲罐出現低液位或空罐報警。

上述故障嚴重影響了低壓二氧化碳氣體滅火系統的安全、穩定運行。

氣體滅火系統是減輕火災事故傷害而采取的防范控制措施，對于消防安全是必要的。現有低壓二氧化碳滅火系統繼續運行將導致滅火劑儲罐超出設計使用年限，同時系統設備故障率較高，存在較大的安全隱患。為保證電站倉庫物項、人員的安全，有必要對該系統進行改造。

2 氣體滅火系統比選

該電站倉庫低壓二氧化碳滅火系統的保護區包括2 個恒濕庫和1 個恒溫恒濕庫，其火災危險性為丙類，耐火等級為一級。選取市場上常見的七氟丙烷氣體滅火系統和高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統進行比較。

2.1 七氟丙烷氣體滅火系統

七氟丙烷氣體滅火系統是一種高效能的滅火設備，其滅火劑HFC-ea 是一種新型高效的滅火劑，為無色、無味、不導電、無二次污染的氣體，對臭氧層無破壞，在大氣中的殘留時間比較短，環保性能優越。七氟丙烷滅火系統滅火濃度低，滅火劑用量較少，鋼瓶使用量少，所占空間少。發生火災時，七氟丙烷滅火系統會自動噴出七氟丙烷氣體，七氟丙烷滅火以化學抑制為主，物理窒息和降溫為輔。系統裝置設計先進、性能可靠，操作簡單，環保良好。

2.2 二氧化碳氣體滅火系統

根據儲存壓力的不同，二氧化碳氣體滅火系統可分為高壓二氧化碳氣體滅火系統和低壓二氧化碳氣體滅火系統。高壓二氧化碳滅火系統能夠以常溫的方式儲存滅火劑，降低了日常的維護成本，較高的儲存壓力使滅火劑允許有較長的輸送距離，同時因為壓力較高對儲存環境的溫度要求比較嚴格。低壓二氧化碳氣體滅火系統采用制冷系統來降低滅火劑的儲存壓力，同時也降低了管網的設計壓力，由于降低了儲存壓力，使該系統的輸送距離隨之降低，對于防護區數量較多的工程增加了滅火系統的數量，且制冷機使用年限較短，制冷效果隨著設備老化會大幅減弱，需頻繁更換，增加了系統的日常維護成本。

2.3 3種氣體滅火系統對比分析

根據《二氧化碳滅火系統設計規范》，低壓和高壓二氧化碳氣體滅火系統設計濃度均為47%，所需滅火劑儲存用量為5040 kg。原低壓二氧化碳儲罐目前已停產，此次改造選擇市場上常見的2 個含滅火劑量3000 kg 的儲罐，儲罐尺寸為L×B×H=4.00 m×1.45 m×1.90 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬×高為6.88 m×6.00 m×3.00 m，在不破壞原有結構的基礎上，低壓二氧化碳儲罐的安裝高度極為緊張，并且后續維修難度很大。

對于高壓二氧化碳滅火系統，市場上常用的高壓二氧化碳滅火劑儲瓶規格有40 L 和70 L，本次設計選擇70 L 的儲瓶。根據《二氧化碳滅火系統設計規范》，高壓二氧化碳儲瓶數量計算：

式中 Np——高壓二氧化碳儲瓶數量，只

Mc——二氧化碳儲存量，kg

a——充裝系數，kg/L

V0——單個儲瓶的容積，L

根據式（1）計算，高壓二氧化碳儲瓶共需120 個。鋼瓶布置間距為0.31 m，在鋼瓶布置4 排的情況下鋼瓶支架總長為9.45 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬為6.88 m×6.00 m，原有氣瓶間的空間不能滿足設計要求，需將原有氣瓶間擴充面積。

根據《氣體滅火系統設計規范》，七氟丙烷氣體滅火系統設計濃度為10%，經過計算所需滅火劑儲存用量為2972 kg，本次設計選取4.2 MPa、120 L 的儲瓶，根據藥劑總量共需44 只儲瓶。鋼瓶布置間距為0.38 m，在鋼瓶布置4 排的情況下鋼瓶支架總長為4.37 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬為6.88 m×6.00 m，可以滿足氣瓶布置要求。

根據以上計算與分析，3 種氣體滅火系統的具體技術比較如表1 所示。

表1 氣體滅火系統技術比較

從表1 可以看出，七氟丙烷滅火系統具有以下優點：①適用于有人工作的場所；②滅火效率高，速度快，滅火劑用量小；③潔凈環保具有良好的清潔性，在大氣中完全汽化不留殘渣；④無需對原有建筑氣瓶間尺寸進行改造，工程量較少。

綜上所述，考慮消防系統安全性和改造工程量因素，恒濕庫和恒溫恒濕庫低壓二氧化碳氣體滅火系統改造建議選擇七氟丙烷氣體滅火系統。

3 改造方案

電站倉庫的防護區共有3 個，各個防護區面積和體積如表2所示，根據《氣體滅火系統設計規范》，適宜采用管網滅火系統。同時根據現有低壓二氧化碳氣體滅火系統設計和改造成本考慮，設置組合分配系統較為適宜。各防護區選取的七氟丙烷氣體滅火設計參數參考圖書、檔案、票據和文物資料庫等防護區，滅火設計濃度選擇10%，實際應用濃度不應大于1.1 倍，即11%。

表2 各防護區參數

根據《氣體滅火系統設計規范》和各防護區參數表（表2），初步計算得到各防護區需要的藥劑量和使用儲瓶數量等結果如表3 所示。其中儲瓶選用二級增壓焊接結構，增壓壓力4.2 MPa，儲瓶容積120 L。

表3 系統設計計算結果

防護區滅火設計用量計算：

式中 W——滅火設計用量，kg

C1——滅火設計濃度，%

S——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比容，m3/kg

V——防護區的凈容積，m3

K——海拔高度修正系數

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比容計算：

式中 T——防護區最低環境溫度，℃；此次取值20 ℃

K1——海拔高度修正系數，此次取值0.126 9

K2——海拔高度修正系數，此次取值0.000 513

系統儲存量計算：

式中 W0——系統儲存量，kg

ΔW1——儲存容器內的滅火劑剩余量，kg

ΔW2——管道內的滅火劑剩余量，kg；對于均衡管網和只含1 個封閉空間的非均衡管網，其管網內的剩余量均可不計

通過上述計算與論證，將原低壓二氧化碳氣體滅火系統改造為七氟丙烷氣體滅火系統是完全可行的，并且七氟丙烷滅火系統滅火濃度低，鋼瓶使用量少，所占空間少，可以不擴充原有氣瓶間。同時考慮到二氧化碳氣體會導致人員窒息的影響，改造為七氟丙烷滅火系統后的安全性將優于高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統。

4 結語

通過對七氟丙烷氣體滅火系統和高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統進行對比分析，對七氟丙烷藥劑用量等參數進行計算，給出了某電站倉庫氣體滅火系統改造的建議方案，可以作為后續系統改造的參考。