怎么設計七氟丙烷滅火系統

3.3 七氟丙烷滅火系統
3.3.1 滅火設計濃度不應小于滅火濃度1.3倍及惰化設計濃度不應小于惰化濃度1.1倍的規定，是等同采用《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO 14520及《潔凈氣體滅火劑滅火設計規范》NFPA 2001標準的規定。
有關可燃物的滅火濃度數據及惰化濃度數據，也是采用了《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO 14520及《潔凈氣體滅火劑滅火設計規范》NFPA 2001標準的數據。
采用惰化設計濃度的，只是對有爆炸危險的氣體和液體類的防護區火災而言。即是說，無爆炸危險的氣體、液體類的防護區，仍采用滅火設計濃度進行消防設計。
那么，如何認定有無爆炸危險呢？
首先，應從溫度方面去檢查。以防護區內存放的可燃、易燃液體或氣體的閃點（閉口杯法）溫度為標準，檢查防護區的環境溫度及這些物料儲存（或工作）溫度，不高過閃點溫度的，且防護區滅火后不存在性火源、而防護區又經常保持通風良好的，則認為無爆炸危險，可按滅火設計濃度進行設計。還需提請注意的是：對于撲救氣體火災，滅火前應做到切斷氣源。
當防護區環境溫度或可燃、易燃液體的儲存（或工作）溫度高過其閃點（閉口杯法）溫度時，可進一步再做檢查：如果在該溫度下，液體揮發形成的蒸氣濃度小于它的燃燒下限濃度值的50％時，仍可考慮按無爆炸危險的滅火設計濃度進行設計。
如何在設計時確定被保護對象（可燃、易燃液體）的蒸氣濃度是否會小于其燃燒下限濃度值的50％呢？這可轉換為計算防護區內被保護對象的允許儲存量，并可參考下式進行計算：

式中 Wm—允許的儲存量（kg）；
　 Cf—該液體（保護對象）蒸氣在空氣中燃燒下限濃度（％，體積比）；
　 M—該液體的分子量；
　 K—防護區環境溫度或該液體工作溫度（按其中值，溫度）；
V—防護區的容積（m³）。
3.3.3 本條規定了圖書、檔案、票據及文物資料等防護區的滅火設計濃度宜采用10％。首先應該說明，依據本規范3.2.1條，七氟丙烷只適用于撲救固體表面火災，因此上述規定的滅火設計濃度，是撲救表面火災的滅火設計濃度，不可用該設計濃度去撲救這些防護區的深位火災。
固體類可燃物大都有從表面火災發展為深位火災的危險；并且，在燃燒過程中表面火災與深位火災之間無明顯的界面可以劃分，是一個漸變的過程。為此，在滅火設計上，立足于撲救表面火災，并顧及到淺度的深位火災的危險；這也是制定鹵代烷滅火系統設計標準時國內外一貫的做法。
如果單純依據《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO 14520標準所給出的七氟丙烷滅固體表面火災的滅火濃度為5.8％的數據，而規定上述防護區的滅火設計濃度為 7.5％，是不恰當的。因為那只是單純的表面火災滅火濃度，《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO 14520標準所給出的這個數據，是以正庚烷為燃料的動態滅火試驗為基礎的，它當然是單純的表面火災，只能在熱釋放速率等方面某種程度上代表固體表面火災，而對淺度的深位火災的危險性，正庚烷火不可能準確體現。
本條規定了紙張類為主要可燃物防護區的滅火設計濃度，它們在固體類火災中發生淺度深位火災的危險，比之其他可能性更大。撲滅深位火災的滅火濃度要遠大于撲滅表面火災的滅火濃度；且對于不同的滅火浸漬時間，它的滅火濃度會發生變化，浸漬時間長，則滅火濃度會低一些。
制定本條標準應以試驗數據為基礎，但七氟丙烷撲滅實際固體表面火災的基本試驗迄今未見國內外有相關報道，無法借鑒。所以只能借鑒以往國內外制定其它鹵代烷滅火系統設計標準的有關數據，它們對上述保護對象，其滅火設計濃度約取滅火濃度的1.7~2.0倍，浸漬時間大都取10min。故本條規定七氟丙烷在上述防護區的滅火設計濃度為10％，是滅火濃度的1.72倍。
3.3.4 本條對油浸變壓器室、帶油開關的配電室和燃油發電機房的七氟丙烷滅火設計濃度規定宜采用9%，是依據《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO14520標準提供的相關滅火濃度數據，取安全系數約為1.3確定的。
3.3.5 通訊機房、計算機房中的陳設、存放物，主要是電子電器設備、電纜導線和磁盤、紙卡之類，以及桌椅辦公器具等，它們應屬固體表面火災的保護。依據《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO14520標準的數據，固體表面火災的七氟丙烷滅火濃度為5.8%，滅火設計濃度可取7.5％。但是，由于防護區內陳設、存放物多樣，不能單純按電子電器設備可燃物類考慮；即使同是電纜電線，也分塑膠與橡膠電纜電線，它們滅火難易不同。我國國家標準《鹵代烷1301滅火系統設計規范》GB50163-92，對通訊機房、電子計算機房規定的鹵代烷1301的滅火設計濃度為5％，而固體表面火災的鹵代烷1301的滅火濃度為3.8％，取的安全系數是1.32；國外的情況，像美國，計算機房用鹵代烷1301保護，一般都取5.5％滅火設計濃度，安全系數為1.45。
從另外一個角度來說，七氟丙烷與鹵代烷1301比較，在火場上它比鹵代烷1301的分解產物多，其中主要成分是HF，HF對人體與精密設備是有傷害和浸蝕影響的，但據美國Fessisa的試驗報告指出，提高七氟丙烷的滅火設計濃度，可以抑制分解產物的生成量，提高20％就可減少50％的生成量。
正是考慮上述情況，本規范確定七氟丙烷對通訊機房、電子計算機房的保護，采用滅火設計濃度為8％，安全系數取的是1.38。
3.3.6 本條所作規定，目的是限制隨意增加滅火使用濃度，同時也為了保證應用時的人身安全和設備安全。
3.3.7 一般來說，采用鹵代烷氣體滅火的地方都是比較重要的場所，迅速撲滅火災，減少火災造成的損失，具有重要意義。因此，鹵代烷滅火都規定滅初期火災，這也正能發揮鹵代烷滅火迅速的特點；否則，就會造成鹵代烷滅火的困難。對于固體表面火災，火災預燃時間長了才實行滅火，有發展成深位火災的危險，顯然是很不利于鹵代烷滅火的；對于液體、氣體火災，火災預燃時間長了，有可能釀成爆炸的危險，鹵代烷滅火可能要從滅火設計濃度改換為惰化設計濃度。由此可見，采用鹵代烷滅初期火災，縮短滅火劑的噴放時間是非常重要的。故國際標準及國外一些工業發達國家的標準，都將鹵代烷的噴放時間規定不應大于10s。
另外，七氟丙烷遇熱時比鹵代烷1301的分解產物要多出很多，其中主要成分是HF，它對人體是有傷害的；與空氣中的水蒸氣結合形成氫氟酸，還會造成對精密設備的浸蝕損害。根據美國Fessisa的試驗報告，縮短鹵代烷在火場的噴放時間，從10s縮短為5s，分解產物減少將近一半。
為有效防止滅火時HF對通訊機房、電子計算機房等防護區的損害，宜將七氟丙烷的噴放時間從一般的10s縮短一些，故本條中規定為8s。這樣的噴放時間經試驗論證，一般是可以做到的，在一些工業發達國家里也是被提倡的。當然，這會增加系統設計和產品設計上的難度，尤其是對于那些離儲瓶間遠的防護區和組合分配系統中的個別防護區，它們的難度會大一些。故本規范采用了5.6MPa的增壓（等級）條件供選用。
3.3.8 本條是對七氟丙烷滅火時在防護區的浸漬時間所做的規定，針對不同的保護對象提出不同要求。
對撲救木材、紙張、織物類固體表面火災，規定滅火浸漬時間宜采用20min。這是借鑒以往鹵代烷滅火試驗的數據。例如，部天津消防研究所以小木楞垛（12mm×12mm×140mm，5排×7層）動態滅火試驗，求測固體表面火災的滅火數據（美國也曾做過這類試驗）。他們的滅火數據中，以鹵代烷1211為工質，達到3.5％的濃度，滅明火；欲繼續將木楞垛中的陰燃火滅掉，需要提高到6~8％的濃度，并保持此濃度6~7min；若以3.5％~4％的濃度滅掉陰燃火，保持時間要增至30min以上。
在第3.3.3條中規定本類火災的滅火設計濃度為10％，安全系數取1.72，按慣例該安全系數取的偏低點。鑒于七氟丙烷市場價較高，不宜將設計濃度取高，而是可以考慮將浸漬時間稍加長些，這樣仍然可以達到安全應用的目的。故本條規定了撲救木材、紙張、織物類滅火的浸漬時間為20min。這樣做符合本規范總則中“安全可靠”、“經濟合理”的要求；在國外標準中，也有鹵代烷滅火浸漬時間采用20min的規定。
至于其它類固體火災，滅火一般要比木材、紙張類容易些（熱固性塑料等除外），故滅火浸漬時間規定為宜采用10min。
通訊機房、電子計算機房的滅火浸漬時間，在本規范里不像其他類固體火災規定的那么長，是出于以下兩方面的考慮：
，盡管它們同屬固體表面火災保護，但電子、電器類不像木材、紙張那樣容易趨近構成深位火災，撲救起來要容易得多；同時，國內外對電子計算機房這樣的典型應用場所，專門做過一些試驗，試驗表明，鹵代烷滅火時間都是在1min內完成的，完成后無復燃現象。
第二，通訊機房、計算機房所采用的是精密設備，通導性和清潔性都要求非常高，應考慮到七氟丙烷在火場所產生的分解物可能會對它們造成危害。所以在保證滅火安全的前提下，盡量縮短浸漬時間是必要的。這有利于滅火之后盡快將七氟丙烷及其分解產物從防護區里清除出去。
但從滅火安全考慮，也不宜將滅火浸漬時間取得過短，故本規范規定，通訊機房、計算機房等防護區的滅火浸漬時間為5min。
氣體、液體火災都是單純的表面火災。所有氣體、液體滅火試驗表明，當氣體滅火劑達到滅火濃度后都能立即滅火。考慮到一般的冷卻要求，本規范規定它們的滅火浸漬時間不應小于1min。如果滅火前的燃燒時間較長，冷卻不容易，浸漬時間應適當加長。
3.3.9 七氟丙烷20℃時的蒸氣壓為0.39MPa（壓力），七氟丙烷在環境溫度下儲存，其自身蒸氣壓不足以將滅火劑從滅火系統中輸送噴放到防護區。為此，只有在儲存容器中采用其他氣體給滅火劑增壓。規定采用的增壓氣體為氮氣，并規定了它的允許含水量，以免影響滅火劑質量和保證露點要求。這都等同采用了《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統設計規范》NFPA2001標準的規定。
為什么要對增壓壓力作出規定，而不可隨意選取呢？這其中的主要緣故是七氟丙烷儲存的初始壓力，是影響噴頭流量的一個固有因素。噴頭的流量曲線是按初始壓力為條件預先決定的，這就要求初始充壓壓力不能隨意選取。
為了設計方便，設定了三個級別：系統管網長、流損大的，可選用4.2MPa及5.6MPa增壓級；管網短、流損小的，可選用2.5 MPa增壓級。2.5MPa及4.2MPa是等同采用了ISO 14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統設計標準》NFPA 2001標準的規定；增加的5.6MPa增壓級是為了滿足我國最通常采用的組合分配系統的設計需要，即在一些距離儲瓶間較遠防護區也能達到噴射時間不大于8s的設計條件。
3.3.10 對單位容積充裝量上限的規定，是從儲存容器使用安全考慮的。因充裝量過高時，當儲存容器工作溫度（即環境溫度）上升到某一溫度之后，其內壓隨溫度的增加會由緩增變為陡增，這會危及儲存容器的使用安全，故而應對單位容積充裝量上限作出恰當而又明確的規定。充裝量上限由實驗得出，所對應的設計溫度為50℃，各級的儲存容器的設計壓力應分別不小于：一級4.0MPa；二級5.6MPa（焊接容器）和6.7MPa（無縫容器）；三級8.0MPa。
系統計算過程中初選充裝量，建議采用800~900kg /m³左右。
3.3.11 本條所做的規定，是為保證七氟丙烷在管網中的流動性能要求及系統管網計算方法上的要求而設定的。我國國家標準《鹵代烷1301滅火系統設計規范》GBJ 50163-92和美國標準《鹵代烷1301滅火系統標準》NFPA 12A中都有相同的規定。
3.3.12 管網設計布置為均衡系統有三點好處：一是滅火劑在防護區里容易做到噴放均勻，利于滅火；二是可不考慮滅火劑在管網中的剩余量，做到節省；三是減少設計工作的計算量，可只選用一種規格的噴頭，只要計算“最不利點”這一點的阻力損失就可以了。
均衡系統本應是管網中各噴頭的實際流量相等，但實際系統大都達不到這一條件。因此，按照慣例，放寬條件，符合一定要求的，仍可按均衡系統設計。這種規定，其實質在于對各噴頭間工作壓力差值容許有多大。過去，對于可液化氣體的滅火系統，國內外標準一般都按流程總損失的10％確定允許差值。如果本規范也采用這一規定，在按本規范設計的七氟丙烷滅火系統中，按第二級增壓的條件計算，可能出現的的流程總損失為 1.5 MPa（4.2MPa/2－0.6MPa），允許的差值將是0.15MPa。即當“最不利點”噴頭工作壓力是0.6MPa時，“最利點”噴頭工作壓力可達0.75 MPa，由此計算得出噴頭之間七氟丙烷流量差別接近20％（若按第三級增壓條件計算其差別會更大）。差別這么大，對七氟丙烷滅火系統來說，要求噴射時間短、滅火快，仍將其認定是均衡系統，顯然是不合理的。
上述制定允許差值的方法有值得商榷的地方。管網各噴頭工作壓力差別，是由系統管網進入防護區后的管網布置所產生的，與儲存容器管網、匯流管和系統的主干管沒有關系，不應該用它們來規定“允許差值”；更何況上述這些管網的損失占流程總損失的大部分，使最終結果誤差較大。
本規范從另一個角度——相互間發生的差別用它們自身的長短去比較來考慮，故規定為：“管網的第1分流點至各噴頭的管道阻力損失，其相互之間的差值不應大于20％”。雖然允許差值放大了，但噴頭之間的流量差別卻減小了。經測算，當第1分流點至各噴頭的管道阻力損失差值為20％時，其噴頭之間流量差別僅為10％左右。
3.3.14 滅火設計用量或惰化設計用量和系統滅火劑儲存量的規定。
1 本款是等同采用了《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統設計規范》NFPA2001標準的規定。公式中C1值的取用，取百分數中的實數（不帶百分號）。公式中K（海拔高度修正系數）值，對于在海拔高度0~1000m以內的防護區滅火設計，可取K=1．即可以不修正。對于采用了空調或冬季取暖設施的防護區，公式中的S值，可按20℃進行計算。
2 本款是等同采用了《氣體滅火系統—物理性能和系統設計》ISO14520及《潔凈氣體滅火劑滅火系統設計規范》NFPA2001標準的規定。
3 一套七氟丙烷滅火系統需要儲存七氟丙烷的量，就是本條規定系統的儲存量。式（3.3.14-1）計算出來的“滅火設計用量”，是必須儲存起來的，并且在滅火時要全部噴放到防護區里去，否則就難以實現滅火的目的。但是要把容器中的滅火劑全部從系統中噴放出去是不可能的，總會有一些剩留在容器里及部分非均衡管網的管道中。為了保證“滅火設計用量”都能從系統中噴放出去，在系統容器中預先多充裝一部分，這多裝的量正好等于在噴放時剩留的，即可保證“滅火設計用量” 全部噴放到防護區里去。
5 非均衡管網內剩余量的計算，參見下圖1說明：
從管網分支點計算各支管的長度，分別取各長支管與最短支管長度的差值為計算剩余量的長度；各長支管在末段的該長度管道內容積量之和，等量于滅火劑在管網內剩余量的體積量。

氣體滅火系統中較常見的是用七氟丙烷作為滅火介質，該系統在實踐工程中的運用遠多于二氧化碳和IG541，同時，也是消防考試中反復出題的點。下面就對其系統設計方面常用的知識點做一個小結。

一、防護區的劃分

防護區宜以單個封閉空間劃分，同一區間的吊頂層和地板下需同時保護時，可合為一個防護區；采用管網滅火系統時，一個防護區的面積不宜大于800m2，且容積不宜大于3600m3；采用預制滅火系統時，一個防護區的面積不宜大于500m2，且容積不宜大于1600m3。

二、耐火性能

防護區圍護結構及門窗的耐火極限均不宜低于0.5h，吊頂的耐火極限不宜低于 0.25h。

三 、耐壓性能

防護區圍護結構承受內壓的允許壓強，不宜低于1200Pa。

四、泄壓能力

對于全封閉的防護區，應設置泄壓口，七氟丙烷滅火系統的泄壓口應位于防護區凈高的2/3以上。防護區設置的泄壓口，宜設在外墻上。

五、封閉性能

在防護區的圍護構件上不宜設置敞開孔洞，當必須設置敞開孔洞時，應設置能手動和自動關閉的裝置。在噴放滅火劑前，應自動關閉防護區內除泄壓口外的開口。

六、環境溫度

防護區的環境溫度不應低于-10℃。

七、安全要求

1、設置氣體滅火系統的防護區應設疏散通道和安全出口，保證防護區內所有人員能在30s內撤離完畢。

2、防護區內的疏散通道及出口，應設消防應急照明燈具和疏散指示標志燈。防護區內應設火災聲音報警器，必要時，可增設閃光報警器。防護區的入口處應設火災聲光報警器和滅火劑噴放指示燈，以及防護區采用的相應氣體滅火系統的性標志牌。滅火劑噴放指示燈信號，應保持到防護區通風換氣后，以手動方式解除。

3、防護區的門應向疏散方向開啟，并能自行關閉；用于疏散的門必須能從防護區內打開。

4、滅火后的防護區應通風換氣，地下防護區和無窗或設固定窗扇的地上防護區，應設置機械排風裝置，排風口宜設在防護區的下部并應直通室外。

5、儲瓶間的門應向外開啟，儲瓶間內應設應急照明；儲瓶間應有良好的通風條件，地下儲瓶間應設機械排風裝置，排風口應設在下部，室內氣體可通過排風管排至室外。

6、經過有爆炸危險和變電、配電場所的管網，以及布設在以上場所的金屬箱體等，應設防靜電接地。

7、防護區內設置的預制滅火系統的充壓壓力不應大于2.5MPa。

八、系統的設計

1、兩個或兩個以上的防護區采用組合分配系統時，一個組合分配系統所保護的防護區不應超過8個。

2、組合分配系統的滅火劑儲存量，應按儲存量的防護區確定 。

3、滅火系統的滅火劑儲存量，應為防護區的滅火設計用量與儲存容器內的滅火劑剩余量和管網內的滅火劑剩余量之和 。

4、滅火系統的儲存裝置72h內不能重新充裝恢復工作的，應按系統原儲存量的99%設置備用量。

5、滅火系統的設計溫度，應采用20℃。

6、同一集流管上的儲存容器，其規格、充壓壓力和充裝量應相同。

7、同一防護區，當設計兩套或三套管網時，集流管可分別設置，系統啟動裝置必須共用。

8、各管網上噴頭流量均應按同一滅火設計濃度、同一噴放時間進行設計。

9、管網上不應采用四通管件進行分流。

10、噴頭的保護高度和保護半徑，應符合下列規定：保護高度不宜大于6.5m；最小保護高度不應小于0.3m；噴頭安裝高度小于1.5m時，保護半徑不宜大于4.5m；噴頭安裝高度不小于1.5m時，保護半徑不應大于7.5m。

噴頭宜貼近防護區頂面安裝，距頂面的距離不宜大于0.5m。

一個防護區設置的預制滅火系統，其裝置數量不宜超過10臺。

同一防護區內的預制滅火系統裝置多于1臺時，必須能同時啟動，其動作響應時差不得大于2s。

九、滅火設計濃度

1、不應小于滅火濃度的1.3倍，惰化設計濃度不應小于惰化濃度的1.1倍。

2、固體表面火災的滅火濃度為5.8%，設計規范中未列出的，應經試驗確定。

3、圖書、檔案、票據和文物資料庫等防護區，滅火設計濃度宜采用10%。

4、油浸變壓器室、帶油開關的配電室和自備發電機房等防護區，滅火設計濃度宜采用9%。

5、通信機房和電子計算機房等防護區，滅火設計濃度宜采用8% 。

6、防護區實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍。

7、在通信機房和電子計算機房等防護區，設計噴放時間不應大于8 s；在其他防護區，設計噴放時間不應大于10s。

十、滅火浸漬時間

木材、紙張、織物等固體表面火災，宜采用20min；通信機房、電子計算機房內的電氣設備火災，應采用5min；其他固體表面火災，宜采用10 min；氣體和液體火災，不應小于1min。

十一、操作與控制

1、管網滅火系統應設自動控制、手動控制和機械應急操作三種啟動方式。預制滅火系統應設自動控制和手動控制兩種啟動方式。

2、采用自動控制啟動方式時，根據人員安全撤離防護區的需要，應有不大于30s 的可控延遲噴射；對于平時無人工作的防護區，可設置為無延遲噴射。

3、滅火設計濃度或實際使用濃度大于無毒性反應濃度濃度的防護區，應設手動與自動控制的轉換裝置。當人員進人防護區時，應能將滅火系統轉換為手動控制方式；當人員離開時，應能恢復為自動控制方式。防護區內外應設手動、自動控制狀態的顯示裝置。

4、自動控制裝置應在接到兩個獨立的火災信號后才能啟動。手動控制裝置和手動與自動轉換裝置應設在防護區疏散出口的門外便于操作的地方，安裝高度為中心點距地面1.5m。機械應急操作裝置應設在儲瓶間內或防護區疏散出口門外便于操作的地方。

5、氣體滅火系統的操作與控制，應包括對開口封閉裝置、通風機械和防火閥等設備的聯動操作與控制。設有消防控制室的場所，各防護區滅火控制系統的有關信息應傳送給消防控制室。

6、氣體滅火系統的電源，應符合現行國家有關消防技術標準的規定；采用氣動力源時，應保證系統操作和控制需要的壓力和氣量。

7、組合分配系統啟動時，選擇閥應在容器閥開啟前或同時打開。