●郝兴茂，邓玲利，单明超，王 震

(山东核电有限公司，山东烟台 265116)

1 工程背景及概况

某滨海核电厂信息机房等级为C级，面积约78．4 m2，层高4．35 m，建筑外墙采用250 mm 厚加气混凝土砌块，内墙采用200 mm厚加气混凝土砌块。机房内设有一台恒温恒湿空调和两台分体空调，其中恒温恒湿空调为下送风上回风。消防系统设置了火灾自动报警系统(简称火警系统)，信息机房内设置了3个感烟探测器，火警系统控制器位于办公楼消防控制值班室，24小时有人值班监视。系统确认火警后，火警系统联动切断非消防电源(如空调、正常照明等)。使用部门已根据国家相关规范配置了手提式二氧化碳灭火器。

信息机房为电厂办公自动化系统、生产管理信息系统提供数据服务，机房内硬件设备价值约1 000余万元，机房火灾事故会造成设备损坏、信息系统使用中断或信息系统长时间不可用，严重影响电站办公系统运行和生产管理工作的正常开展。鉴于上述情况，信息机房确有必要尽快增设自动灭火系统。

2 自动灭火系统选型及灭火剂的选择

2．1 自动灭火系统选型

《电子信息系统机房设计规范》规定:(1)A级电子信息系统机房的主机房应设置洁净气体灭火系统。B级电子信息系统机房的主机房，以及A级和B级机房中的变配电、不间断电源系统和电池室，宜设置洁净气体灭火系统，也可设置高压细水雾灭火系统。(2)C级电子信息系统机房可设置高压细水雾灭火系统或自动喷水灭火系统，自动喷水灭火系统宜采用预作用系统。

分析相关国家规范［1-2］发现，洁净气体灭火系统、高压细水雾灭火系统或预作用自动喷水灭火系统对防护区结构要求基本一致，但水消防系统给水、排水系统较洁净气体灭火系统的供气、排气系统工艺复杂、技改施工难度大，且水对精密电子设备及机房湿度影响较大，不利于机房在火灾后尽快投运，因此初步确定洁净气体灭火系统作为信息机房消防改造的首选。

信息机房增设气体灭火系统主要考虑以下方面:(1)系统布置的便利性;(2)对防护区维护结构的影响最小;(3)对暖通空调系统、火灾自动报警系统、配电系统、机房信息设备布置的改造尽量小;(4)技改建安、调试难度尽可能小。基于上述考虑，对电子信息机房普遍采用的管网式气体灭火系统、柜式气体灭火装置进行分析。

管网式气体灭火系统不影响防护区设备布局，布置整齐，维护方便;需设独立气瓶间，管网施工复杂。对于已投运的办公楼而言，重新选择、布置气瓶间和管网施工的可操作性很低。柜式气体灭火装置无需布置管网，施工相对简单;灭火装置放在防护区内，占用防护区空间。使用部门初步评估后确认柜式气体灭火装置占用空间可以接受。

2．2 灭火剂的选择

根据1994年以来的应用实践，七氟丙烷灭火系统和IG541混合气体灭火系统均能有效地达到预期的保护目的。七氟丙烷对臭氧层的耗损潜能值ODP为0，温室效应潜能值GWP为0．6，大气中存留寿命ALT为31年，灭火剂无毒性反应浓度NOAEL为9%，灭火设计基本浓度C为8%;具有良好的清洁性(在大气中完全气化不留残渣)、良好的气相电绝缘性及良好的适用于灭火系统使用的物理性能。IG541混合气体灭火剂由N2、Ar和CO2三种惰性气体按一定比例混合而成，其ODP为0，使用后以其原有成分回归自然，灭火设计浓度一般在37% ～43%之间，在此浓度内人员短时间停留不会造成生理影响，系统压源高，管网可布置较远［2］。

七氟丙烷和IG541都是环保型灭火剂，但IG541的用气量约为七氟丙烷的4～5倍。从降低对防护区维护结构的影响、系统占用空间尽可能小、易于布置等方面考虑，采用七氟丙烷作为灭火剂更合适。

3 信息机房气体灭火系统改造方案

3．1 气体灭火系统

信息机房自动灭火系统采用无管网式全淹没灭火系统，灭火剂采用七氟丙烷，灭火设计浓度C1为8%，灭火剂喷放时间t按7 s设计，围护结构承受内压的允许压强Pf≤1 200 Pa，灭火浸渍时间为5 min，灭火设计温度T按20℃考虑。

3．1．1 防护区灭火剂的设计用量防护区灭火剂的设计用量可按公式(1)计算:

式中，K为海拔高度修正系数，取1．000;V为信息机房容积，该机房容积为328．496 m3;C1为灭火设计浓度，取8%;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，S=0．126 9+0．000 513·T(T为灭火设计温度，取20℃)，则S为 0．137 16 m3·kg-1。

经计算可得防护区灭火剂的设计用量为208．3 kg，选用120 L/2．5的储存容器2只。

3．1．2 灭火剂存储用量及储瓶的充装率计算

灭火剂存储用量按照公式(2)计算:

式中，△W1为储存容器灭火剂剩余量，120 L/2．5储存容器灭火剂剩余量为4 kg。

灭火剂存储用量为W0=W+△W1=208．3+4× 2=216．3 kg。

灭火剂储瓶的充装率按照公式(3)计算:

式中，n为灭火剂容器数量;Vb为灭火器容量，m3。

经计算，灭火剂储瓶的充装率为901．25 kg·m-3，满足20℃、2．5 MPa增压压力下七氟丙烷充装密度应小于1 120 kg·m-3的要求。

3．1．3 灭火剂实际应用浓度的校核

根据《气体灭火系统设计规范》的要求，最高气温下的灭火浓度应小于1．1倍设计浓度，因此对灭火剂实际应用浓度按公式(4)进行校核:

式中，S为灭火剂过热蒸气在101 kPa大气压和防护区最高环境温度下的质量体积，最高环境温度按照当地最高气温37．6℃考虑。

经计算，C=8．2%，满足规范要求。

3．1．4 泄压口面积

泄压口面积可按公式(5)计算:

式中，Qx为灭火剂在防护区的平均喷放速率，Qx=W/t;Pf为围护结构承受内压的允许压强。

因 Qx=W/t=29．76 kg·s-1，则 Fx为0．13 m2。

灭火系统其他组件的选取应满足《钢质压力容器》、《气体灭火系统及零部件性能要求和试验方法》、《柜式气体灭火装置》、《铜及铜合金拉制铜管》、《钢制无缝气瓶》及其他应遵守的国家规范和标准的要求。

3．2 暖通系统改造

3．2．1 机械排风装置

根据《气体灭火系统设计规范》的要求，信息机房应设置机械排风装置，排风口宜设置在防护区的下部并应直通室外。通信机房、电子计算机房等场所的通风换气次数应不少于每小时5次。信息机房容积约为328．496 m3，按照换气次数每小时6次计算，设计风量为1 971 m3·h-1。查阅风机选型手册，确定对风机的技术要求，见表1。

表1 机械排风机选型表

风机布置在室外的草坪上，然后通过风管G轴墙体连接信息机房，风管尺寸为400 mm×320 mm。在风机上游的室外风管上设置电动密闭阀(电压为220 VAC)。在信息机房内部的风管上增加280℃排烟防火阀，排烟防火阀常闭，当信息机房发生火灾时，在气体灭火系统完成灭火后，工作人员在火警系统控制器上手动控制开启。工作人员完成事故善后处理工作后，必须将排烟防火阀BECH关闭。

3．2．2 暖通空调系统与火警系统联动控制

暖通空调系统与火警系统联动控制应满足以下要求:(1)在信息机房发生火灾时，火警系统自动切断空调机组电源使其停机。(2)信息机房内的空调停机和280℃排烟防火阀的反馈信号都应在火警系统控制器上显示。(3)280℃排烟防火阀BECH在火警系统控制器上手动开启以便开始事故后排烟排风工作。用于事故后的排风系统机械排风机和电动密闭阀采用就地手动控制方式控制，就地控制箱设置在防护区外墙上，安装高度为底边距地1．3 m。完成事故善后处理工作后，工作人员可在火警系统控制器上手动关闭或就地手动关闭280℃排烟防火阀BECH。(4)在就地控制箱中应采用连锁方式防止误启动事故后排风系统。事故后排风系统启、停工作次序为:开280℃排烟防火阀，开电动密闭阀，启动机械排风机，排烟排风工作完成后关机械排风机，关电动密闭阀，关280℃排烟防火阀。

3．3 火警系统

3．3．1 火警系统设置

火警系统控制器利用使用单位目前的利达主机，气体灭火控制器拟采用利达气体灭火控制器，主机和气体灭火控制器间采用CAN总线通信，当火警系统控制器和多台气体灭火控制器连接时，气体灭火控制器间采用CAN总线手拉手连接。气体灭火控制器安装在防护区外墙上，底边距地1．3 m。

根据《气体灭火系统设计规范》、《气体灭火系统施工及验收规范》、《火灾自动报警系统设计规范》及《火灾自动报警系统施工及验收规范》的要求，在信息机房现有3个感烟探测器的基础上，在原回路上增设4个感温探测器，为气体灭火系统提供启动信号。防护区内、外设置1套声光报警装置，入户处设警铃1套，均由气体灭火控制器驱动，安装高度为底边距地2 m;防护区入户门口处设置1套紧急启、停按钮及手/自动模式切换装置，接入气体灭火控制器，安装高度为按钮中心点距地1．5 m，水平方向位于入户门右侧0．5 m范围内;防火门外侧正上方设置1套紧急放气指示灯，由气体灭火控制器驱动。

根据暖通专业设置1台排烟防火阀，火警系统需增加输入模块和输出模块各1台以监控此排烟防火阀，模块箱布置在防护区内墙上，安装高度为底边距地1．3 m。

3．3．2 控制逻辑说明

控制逻辑说明如图1所示。图中放气指示灯在延时阶段闪烁，喷放阶段常亮。

图1 火警系统控制逻辑图

3．4 配电

信息机房可采取如下配电方案:(1)气体灭火控制器电源取自一层消防控制室配电箱备用回路。(2)机械排风机电源取自一层电气设备间AP11配电箱备用回路。(3)电动密闭阀电源取自一层电气设备间AP12配电箱备用回路。(4)防火阀暂按24 VDC，工作电流＜1 A，由火警系统控制器驱动。如工作电流超过1 A则需加中间继电器，由外部电源向防火阀供电。新增设备配电需求见表2。

表2 新增设备配电需求表

3．5 土建

经原设计单位复核，在灭火气体对防护区围护结构的内压力不超过1 200 Pa的情况下，信息机房墙体严格按设计施工，增设气体消防设施可不对墙体进行加固处理。根据《气体灭火系统设计规范》的要求，应设置泄压口，防止防护区超压:(1)采用无电源式机械泄压口，在信息机房外墙设置;(2)信息机房泄压口总面积不小于0．13 m2，底面距地不小于室内净高的2/3;(3)综合结构防护和灭火效果两方面因素，整定值按1 000 Pa+50 Pa考虑;(4)泄压口启闭滞后时间≤2 s;(5)防护区入口处设置“七氟丙烷气体灭火防护区”标志牌。

4 结论

本文从信息机房自动灭火系统的选型和设计，原有暖通系统、火灾自动报警系统、配电系统和土建结构改造等方面详细论述了某滨海核电站信息机房气体灭火系统改造方案，可为同类电子机房自动灭火系统的规划和设计提供参考。另一方面也说明诸如此类高价值的信息机房技改涉及面大，技改成本远比项目一次规划实施的成本要高，且实施难度大，建议用户和设计人员在后续实践中应及早明确此类机房的消防设置。

［1］GB 50084-2005，自动喷水灭火系统设计规范［S］．

［2］GB 50370-2005，气体灭火系统设计规范［S］．