簡(jiǎn)談數(shù)據(jù)中心氣體滅火系統(tǒng)改造方案

潘瑩云

（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 數(shù)據(jù)中心氣體滅火系統(tǒng)建設(shè)必要性及項(xiàng)目簡(jiǎn)介

根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，數(shù)據(jù)中心應(yīng)劃分為A、B、C三級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟(jì)或社會(huì)上造成的損失或影響程度確定所屬級(jí)別。文章介紹的數(shù)據(jù)中心電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，定性為A級(jí)數(shù)據(jù)中心。

某已建A級(jí)數(shù)據(jù)中心已完成三套IG541氣體滅火系統(tǒng)的建設(shè)，并已投入使用。三套系統(tǒng)同品牌、滅火劑儲(chǔ)氣瓶同規(guī)格、系統(tǒng)同啟動(dòng)方式。共保護(hù)樓內(nèi)24個(gè)氣體防護(hù)區(qū)。處于準(zhǔn)工作狀態(tài)的三套IG541氣體滅火系統(tǒng)，在無(wú)觸發(fā)狀態(tài)下發(fā)生了滅火劑泄露的情況，泄露區(qū)域在鋼瓶間內(nèi)。泄漏故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)24個(gè)氣體防護(hù)區(qū)（包括A類(lèi)機(jī)房、UPS電力室及高低壓配電室等），約1 865個(gè)機(jī)架失去自動(dòng)滅火保護(hù)，占該數(shù)據(jù)中心區(qū)域的80%以上。根據(jù)GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版），A、B級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)的主機(jī)房和基本工作間已記錄磁（紙）介質(zhì)庫(kù)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，并宜采用氣體滅火系統(tǒng)。

雖然故障發(fā)生后對(duì)上述機(jī)房及時(shí)采取臨時(shí)措施，放置了大型推車(chē)式滅火器，但這些臨時(shí)配備的需要人為直接參與的滅火措施僅能撲滅點(diǎn)狀小規(guī)模火災(zāi)，不能滿足撲滅規(guī)模較大的火災(zāi)需要，不能滿足GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中“滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)存裝置72小時(shí)內(nèi)不能重新充裝恢復(fù)工作的，應(yīng)按系統(tǒng)原儲(chǔ)存量的100%設(shè)施備用量”設(shè)置備用瓶的要求。故機(jī)房運(yùn)行存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)，為使故障的系統(tǒng)重新恢復(fù)工作狀態(tài)，分析故障原因及制定改造方案迫在眉睫。

2 故障原因分析

根據(jù)TSG 23-2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》第3.7條，鋼制焊接氣瓶設(shè)計(jì)使用年限為20年，盛裝腐蝕性氣體的鋼制無(wú)縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶設(shè)計(jì)使用年限為12年，鋼制無(wú)縫氣瓶或者鋁合金氣瓶的實(shí)際使用年限可以延長(zhǎng)至30年；按照TSG 23-2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》第9.3條，鋼制無(wú)縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶、鋁合金無(wú)縫氣瓶（盛裝其他氣體的氣瓶）的定期檢驗(yàn)周期為3年。發(fā)生泄漏的三套氣體滅火系統(tǒng)定期檢驗(yàn)且未到報(bào)廢年限。

發(fā)生泄露的三套氣體滅火系統(tǒng)為IG541組合分配系統(tǒng)（滅火劑自身驅(qū)動(dòng)）。系統(tǒng)啟動(dòng)原理為：當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警滅火控制器向主動(dòng)瓶上的電磁啟動(dòng)器及選擇閥上的電磁啟動(dòng)器發(fā)出啟動(dòng)指令，推開(kāi)主動(dòng)瓶的容器閥，瓶?jī)?nèi)壓力氣體釋放后通過(guò)集流管推開(kāi)從動(dòng)瓶的瓶頭閥，使相關(guān)區(qū)域內(nèi)所有氣瓶開(kāi)啟。滅火劑由集流管通過(guò)選擇閥經(jīng)輸送管道、噴嘴，釋放至防護(hù)區(qū)。

三套系統(tǒng)在幾個(gè)月內(nèi)先后發(fā)生滅火劑泄漏故障，且泄露情況高度一致，故障發(fā)生后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘后，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器并未發(fā)出指令，主動(dòng)瓶處及選擇閥上的電磁啟動(dòng)器也并未啟動(dòng)，選擇閥未開(kāi)啟。

在對(duì)故障的滅火劑儲(chǔ)氣瓶構(gòu)件進(jìn)行隨機(jī)拆解時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)抽查的10個(gè)連接儲(chǔ)氣瓶的容器閥內(nèi)部密封面都有比較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，在對(duì)作為容器閥內(nèi)起密封作用的橡膠圈的檢查中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部橡膠圈有不同程度的老化現(xiàn)象，隨著銅制容器閥內(nèi)部密封接觸面日益嚴(yán)重的腐蝕和密封橡膠圈的逐漸老化，在密封接觸面必將有不同程度的凹凸面，當(dāng)老化失去彈性的橡膠圈不能跟隨著密封面的凹凸面而形變時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)縫隙，失去應(yīng)有的密封作用，從而在滅火劑儲(chǔ)氣瓶強(qiáng)大的壓力下導(dǎo)致滅火劑連續(xù)緩慢泄露，當(dāng)滲透區(qū)域在容器閥內(nèi)部活塞頂部小孔時(shí)，將導(dǎo)致活塞上側(cè)封閉閥腔內(nèi)壓力不斷升高，直至積聚到大于活塞的下側(cè)的壓力，推動(dòng)活塞動(dòng)作，導(dǎo)致滅火劑噴放。三套系統(tǒng)也正是由于系統(tǒng)的部分容器閥內(nèi)部的腐蝕和密封圈老化導(dǎo)致的滅火劑泄露，如圖1。

圖1 腐蝕的容器閥內(nèi)部

無(wú)觸發(fā)狀態(tài)下滅火劑噴發(fā)均是在系統(tǒng)選擇閥未得到消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)的前提下，受該固定氣體滅火系統(tǒng)啟動(dòng)方式限制，由于某個(gè)儲(chǔ)瓶的容器閥故障導(dǎo)致滅火劑泄露至集流管從而推開(kāi)了相應(yīng)的從動(dòng)瓶，導(dǎo)致大量?jī)?chǔ)瓶?jī)?nèi)的滅火劑涌入集流管，由于選擇閥未開(kāi)啟，滅火劑從管道連接的薄弱環(huán)節(jié)溢出。此種啟動(dòng)方式下，一旦某個(gè)儲(chǔ)氣瓶的容器閥損壞泄露，就會(huì)由于集流管壓力的增高推開(kāi)至少是同一防護(hù)區(qū)應(yīng)開(kāi)啟的所有氣消鋼瓶的容器閥。

3 改造方案

3.1 更換整套滅火劑瓶組及系統(tǒng)啟動(dòng)方式

將泄露的三套有管網(wǎng)IG541氣體滅火系統(tǒng)的啟動(dòng)方式改為驅(qū)動(dòng)氣體驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)氣體瓶組、滅火劑瓶組、集流管、選擇閥、輸送管道、噴嘴等組成。系統(tǒng)啟動(dòng)原理為：當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警滅火控制器向驅(qū)動(dòng)瓶上的電磁驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出啟動(dòng)指令，氣體驅(qū)動(dòng)瓶的容器閥開(kāi)啟，驅(qū)動(dòng)氣體推開(kāi)選擇閥，進(jìn)入滅火劑瓶組的驅(qū)動(dòng)氣體管路，滅火劑瓶上的氣啟動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)氣體的作用下開(kāi)啟防護(hù)區(qū)滅火劑瓶組的容器閥，滅火劑進(jìn)入集流管后，通過(guò)選擇閥經(jīng)輸送管道、噴嘴，釋放至防護(hù)區(qū)。

以上這種啟動(dòng)方式并不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)滅火劑儲(chǔ)瓶的容器閥損壞而影響其他的儲(chǔ)瓶的狀態(tài)，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣體瓶組的容器閥損壞，驅(qū)動(dòng)氣體進(jìn)入驅(qū)動(dòng)管路，才會(huì)推開(kāi)選擇閥，并打開(kāi)滅火劑瓶，釋放滅火劑，且容器閥一旦老化，不必更換其總成，僅更換閥內(nèi)配件即可。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖2。

圖2 IG541組合分配系統(tǒng)構(gòu)成形式（驅(qū)動(dòng)氣體驅(qū)動(dòng)）

3.2 更換滅火劑儲(chǔ)氣瓶的容器閥

經(jīng)與三套故障系統(tǒng)的原廠了解，原廠氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)保一年，后期維護(hù)需按照原廠廠標(biāo)執(zhí)行，包括但不限于必須由原廠進(jìn)行產(chǎn)品維護(hù)，半年檢測(cè)一次，原廠要求容器閥使用達(dá)到5年建議更換，容器閥及儲(chǔ)瓶使用達(dá)到10年強(qiáng)制更換。故根據(jù)原廠上述要求，要使系統(tǒng)快速恢復(fù)工作狀態(tài)，需對(duì)目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有原廠的氣體消防零配件（包括但不限于更換氣瓶、充氣、更換瓶閥總成及連接管等）進(jìn)行同品牌的更換。如原廠廠標(biāo)有變，按實(shí)際要求執(zhí)行；如后期維護(hù)單位不是原廠，維護(hù)要求按國(guó)標(biāo)執(zhí)行。

3.3 改用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)（機(jī)房）+氣體滅火系統(tǒng)

根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，A級(jí)數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房宜設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，也可設(shè)置細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。當(dāng)A級(jí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電子信息系統(tǒng)在其他數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝有承擔(dān)相同功能的備份系統(tǒng)時(shí)，也可設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。將原本采用氣體滅火的電子信息機(jī)房改為采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)保護(hù)（預(yù)作用系統(tǒng)），將在用機(jī)房?jī)?nèi)的氣消管道全部拆除，新增消防水泵房、噴淋泵、報(bào)警閥等消防設(shè)施，機(jī)房?jī)?nèi)及公共區(qū)域新建消防管道。

同時(shí)，新建一套IG541氣體滅火系統(tǒng)，對(duì)電力室、高低壓配電室等不適宜用水滅火的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)。

如采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對(duì)機(jī)房進(jìn)行保護(hù)，噴淋系統(tǒng)噴放后對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備的影響暫無(wú)法估計(jì)，且在用機(jī)房建設(shè)時(shí)并未預(yù)留事故排水點(diǎn)，噴淋?chē)姺藕笫鹿仕呐欧乓矊⒊蔀榱硪粋€(gè)改造難點(diǎn)，如圖3。

圖3 自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)在機(jī)房中的應(yīng)用

3.4 改用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

拆除原有氣體滅火系統(tǒng)，新建高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。高壓細(xì)水霧消防系統(tǒng)保護(hù)主要保護(hù)區(qū)域?yàn)橛蜋C(jī)室、油機(jī)配電室、高低壓配電室、變配電室、機(jī)房、電力電池室等。細(xì)水霧系統(tǒng)造價(jià)較高，實(shí)際使用需依靠較高的產(chǎn)品和施工質(zhì)量的支撐，且噴放后對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的影響暫無(wú)法估計(jì)。

3.5 在用機(jī)房不停機(jī)施工難點(diǎn)

如采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或高壓細(xì)水霧系統(tǒng)，將對(duì)機(jī)房、配電室、電力電池室內(nèi)的氣消管道進(jìn)行拆除，并新建消防管道，在改造管道的同時(shí)會(huì)對(duì)保護(hù)區(qū)的墻體，地板進(jìn)行改造，對(duì)在用機(jī)房設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備的不停機(jī)正常運(yùn)行都有極大的難度，對(duì)設(shè)備可能造成的影響也無(wú)法估計(jì)。

如采用水滅火，在用機(jī)房地面需拆除原有架空地板以及架空地板下方的保溫層，在機(jī)房水泥地坪上用水泥砂漿抬高找坡，坡向地漏，用防水涂料滿刷整個(gè)機(jī)房地面并上翻至架空地板高度。完成上述步驟后，恢復(fù)機(jī)房地面保溫材料和架空地板。

配電室等輔助設(shè)備用房地面需拆除原有地面裝修地坪材料后，用水泥砂漿抬高找坡向地漏并滿刷防水涂料，再恢復(fù)原有裝修地坪材料。

如在用機(jī)房無(wú)法斷電或者拆除，對(duì)機(jī)房地面找坡以及刷防水涂料的施工操作空間有影響，施工難度也較大。配電室等設(shè)備用房因無(wú)法拆除在用設(shè)備，地坪抬高找坡后，對(duì)室內(nèi)的地坪美觀可能會(huì)有一定感官上的影響。

在本工程改造的過(guò)程中，機(jī)房是無(wú)法斷電停機(jī)的。機(jī)房在用設(shè)備施工期間如何防塵防灰？在用配電設(shè)備采用何種帶電保護(hù)措施？這些都為機(jī)房?jī)?nèi)不停機(jī)施工帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。從圖4可以看出，多數(shù)不停機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)僅采用防塵布遮蓋機(jī)柜以達(dá)到防塵的目的。因本項(xiàng)目為A級(jí)數(shù)據(jù)中心，承載著建設(shè)方重要的核心業(yè)務(wù)平臺(tái)，一旦宕機(jī)將直接影響建設(shè)方的核心業(yè)務(wù)的正常運(yùn)營(yíng)，因此，改造方案必須考慮到建設(shè)方的需求，將對(duì)在用機(jī)房的影響降到最低。

圖4 不停機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)（防塵布保護(hù)機(jī)柜）

4 方案對(duì)比結(jié)果

為使24個(gè)失去自動(dòng)滅火系統(tǒng)保護(hù)的防護(hù)區(qū)盡快恢復(fù)準(zhǔn)工作狀態(tài)，同時(shí)，對(duì)在用機(jī)房的正常運(yùn)行可能帶來(lái)的影響概率降到最低，不考慮對(duì)在用機(jī)房?jī)?nèi)的管道進(jìn)行改造，排除改用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的方案。另，經(jīng)過(guò)對(duì)兩種氣消方案的投資估算比較，兩種方案下，本期改造的設(shè)備費(fèi)用相差不超過(guò)15%，但考慮到“更換儲(chǔ)氣瓶的容器閥”這個(gè)方案后期維護(hù)成本遠(yuǎn)高于“更換整套滅火劑瓶組及系統(tǒng)啟動(dòng)方式”的后期維護(hù)成本。

因此，在設(shè)計(jì)參數(shù)、系統(tǒng)規(guī)格一致的前提下，對(duì)原故障系統(tǒng)的所有滅火劑瓶組、選擇閥等配件進(jìn)行品牌的更換，更改啟動(dòng)方式，增加啟動(dòng)裝置、啟動(dòng)管路，并對(duì)鋼瓶間內(nèi)的集流管、瓶架等主要滅火部件進(jìn)行更新。此方案的改造不涉及防護(hù)區(qū)內(nèi)的管道改造，改造施工范圍僅在鋼瓶間內(nèi)部，除管道試壓外，對(duì)在用機(jī)房影響較小。