气体灭火系统升级改造分析

摘  要：文章通过对国家图书馆一期C栋建筑的深入研究，根据现行建筑防火和气体灭火设计规范，提出切实可行的改造方案，对保护区的气体灭火系统进行改造升级。对药量的计算，药剂的分装，瓶组的安装，管道的铺设、清扫、测试，以及灭火系统安装与调试进行全面阐述，展示改造优化的全过程，实现对防护区的有效保护。希望文章能为博物馆、图书馆类的气体灭火改造提供一些可供参考的内容。

关键词：气体灭火；七氟丙烷；管网系统

中图分类号：TP273+.5  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）11-0038-04

Analysis of Upgrading and Renovation of Gas Fire Extinguishing Systems

—Taking Building C of National Library of China Phase I as an Example

ZHANG Shanshan

（National Library of China， Beijing  100081， China）

Abstract： Through in-depth research on Building C of the National Library of China Phase I， and based on our current design standards for fire prevention and gas fire extinguishing， this paper proposes practical and feasible renovation plans to upgrade the gas fire extinguishing system in the protected area. Comprehensively elaborate on the calculation of drug dosage， drug dispensing， installation of bottle groups， pipeline laying， cleaning， testing， and installation and debugging of fire extinguishing systems， showcasing the entire process of transformation and optimization， and achieving effective protection of the protective zone. It is hoped that the paper can provide some reference content for gas fire extinguishing renovation in museums and libraries.

Keywords： gas fire extinguishing; heptafluoropropane; pipe network system

0  引  言

國家图书馆C栋一层网络机房气体灭火防护区此前是采用1301卤代烷气体灭火系统，它是1987年随主体建筑建成并投入使用的，距今已有35年。根据TSG 23—2021《气瓶安全技术规程》第3.7条，由于气体钢瓶已超过最高使用年限（无缝钢瓶不超过20年），已到报废处置年限。其次1301卤代烷灭火剂早已被国家禁止使用，需要更换。为保证网络机房防火灭火设施的可靠性和完整性，对保护区进行气体灭火系统改造。

1  项目概况

本项目分为配电室和网络机房两个独立区域。其原有保护区使用的是1301卤代烷气体灭火系统，依据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》规定国家、省级或藏书量超过100万册的图书馆应设置气体自动灭火系统[1]，现需更换为七氟丙烷气体灭火系统，施工的主要内容是对旧有的1301气灭管道及钢瓶进行拆除改造。委托专业设计单位进行系统设计，出具设计图纸，火灾自动报警系统延用原系统火灾探测器等并进行移位及新增，相应管线变更，其他不做变更。本项目新增灾后排风及补风设施。应急照明系统为新增独立集中控制集中供电系统，新增应急照明灯及疏散指示标志，其他不做变更。

2  系统改造

此次改造采用管网式气体灭火系统，灭火药剂为七氟丙烷，它相较于其他气体灭火系统技术成熟，并且有专门的国家规范可以参照，还具备药剂使用量和瓶组占地空间都较节省，设备和管网造价相对低廉等优势，七氟丙烷气体灭火系统能够同时适用于配电室和网络机房的火灾扑灭[2]，再加上之前改造的低压配电室也是采取此种气体灭火系统，便于统一管理和维护。

本工程共设置2个独立的防护区域，按全淹没灭火方式设计，采用1套组合分配系统进行保护。系统共计设计12个储气瓶组，2个启动瓶组，如图1所示，中间安装安全控制阀，如果配电室发生火情，位于末端的四个气瓶将启动喷放，一旦网络机房发生火情，12个气瓶将同时启动喷放。系统设计工作压力为5.6 MPa。

2.1  基本设计参数

国家图书馆一期C栋需改造空间总面积646.44 m2，净容积2 132.455 m3。由于其组成部分分为配电室和网络机房两部分。根据GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》按照“七氟丙烷（HFC-227）在图书、档案、票据和文物资料库等防护灭火设计浓度为10%；在油浸变压器室、带油开关的配电室和自备发电机房等防护区，灭火设计浓度为9%；在通信机房和电子计算机房等防护区，灭火设计浓度为8%[3]”的要求，将内部分为两个分区，分别按规定设置不同的灭火设计浓度以保障实际安全。

2.2  对瓶组间的要求

本次改造设有专门的“钢瓶间”用来放置储存装置。钢瓶间靠近防护区，符合存放压力容器存放规定，耐火等级等于或高于二级。有直接通向室外或疏散走道的出口，瓶组间的门向外开启[1]。瓶组间内设有应急照明，并设有消防专用电话。设有机械排风装置，具有良好的通风条件。钢瓶间承重要求根据钢瓶间实际排布并满足结构专业荷载计算要求。

2.3  设计具体细节和参数

2.3.1  灭火设计用量的计算

需改造的保护区管网系统基本参数如表1所示。配电室总面积经实际测量为116.81 m2，层高为4.2 m，净容积为490.602 m3，被防静电板隔为地上地下两层，每层为独立空间，有独立的灭火装置，此空间主要可燃物为配电室和自备发电机房等，灭火设计浓度为9%[3]。网络机房总面积为529.63 m2，层高为3.1 m，净容积为1 641.853 m3，同样被防静电板隔为两层，此空间主要可燃物为通信机房和电子计算机房等，灭火设计浓度为8%。根据国家标准GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》，运用公式 W = K·（V/S）·[C1/（100 - C1）]，计算出防护区灭火设计用量。其中W表示灭火设计用量（kg），C1表示灭火设计浓度（%），S表示灭火剂过热蒸汽在101 kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积（m3/kg），V表示防护区净容积（m3）[3]。K表示海拔高度修正系数，计算出配电室两个空间的灭火设计用量为353.76 kg，网络机房的灭火药液设计用量总为1 040.9 kg。具体参数如表2所示。

2.3.2  灭火及储存的容器规格和数量

本次改造将拆除旧的管网设施重新铺设新的管网，在计算储存用量的时候需加上喷发过程中可能损耗的及管道和容器残余药液用量，利用公式W0 = W + ?W1 + ?W2，其中：W0表示系统灭火剂总储存量（kg），?W1表示储存容器内灭火剂剩余量（kg），?W2表示管道内的灭火剂残余量（kg）[3]。经过计算，配电室的气体灭火总储存量为368 kg，网络机房的药液总需求量为1 104 kg，整个改造空间共12个气灭瓶体，中间安装安全控制阀，如果配电室发生火情，位于末端的4个气瓶将启动喷放；而一旦网络机房发生火情，12个气瓶将同时启动喷放。详情如表3、表4所示。

七氟丙烷气体灭火系统的灭火剂充装在高压容器内，释放后会使得防护区内的压强急剧增加，可能会破坏防护区的围护结构，故标准安置气体灭火的空间应配备泄压口，防护区泄压口面积计算公式  其中：Fx表示泄压口面积（m2）Qx表示灭火剂在防护区的平均喷放速率（kg/s），Pf表示围护结构承受内压的允许压强（Pa）[3]。计算出泄压口面积分别是0.15 m2和0.56 m2并按此施工，如表5所示。

2.4  管道安装与测试

2.4.1  管道施工

整个工程的施工分为送电线路的施工、送风和排风管道的施工、气灭系统的管道施工。主要说气灭系統的管道施工。

因本工程采用管网式的全淹没灭火系统，输送气体灭火剂的管道遍布整个防护区，根据设计图纸及现场情况进行。钢管采用内外防腐处理的镀锌无缝钢管，其质量符合现行国家标准，依据公称直径（平均外径）尺寸大于或小于等于80 mm，按需采用螺纹或法兰连接。

灭火剂输送管道采取固定支架固定时，管道末端喷嘴处和固定支架间的管道长度要小于500 mm；当管道的公称直径（平均外径）大于等于50 mm时，还应在垂直和水平方向设置防晃支架。当穿过建筑物楼层或水平管道改变方向时，都应设置防晃支架，在《气体灭火系统施工及验收规范》中对支架、吊架之间的最大间距有规范要求，如表6所示。系统中的管网分流，应水平布置分流口，采用三通接头。

2.4.2  管道测试

管道安装完毕后，取1.5倍最大工作压力进行水压强度试验，本系统管网压力参数如表7所示，不宜进行水压强度试验的防护区，采用1.15倍最大工作压力直接进行气压强度试验，试验时安全措施要到位。强度试验持续5 min无明显滴漏且管道目测不变形为合格。

管道压强测试合格后，需要使用氮气或压缩空气进行吹扫，保证管道通畅。管道末端的气流速度不应小于20 m/s。管道吹净后应封堵所有敞口，待内装修结束后，方可启封安装喷嘴。最后进行气密性试验，3 s内压力下降不超过10%，连接处无气泡产生为合格。

管道测试合格后，进行瓶组间内装修及瓶组设备的安装。安装分为灭火系统瓶组和喷嘴管道安装。系统开通运行前，启动管路与启动气瓶应保持分离状态。

2.5  灭火系统的安装及控制

2.5.1  系统组成及要求

灭火系统是由灭火剂瓶组、容器阀和驱动气体瓶组等部件组成，具备独立的泄压装置。灭火剂瓶组提供瓶组检测报告、钢瓶制造商中华人民共和国国家质量技术监督局压力容器制造许可证。容器阀等阀门提供制造商中华人民共和国特种设备制造许可证。

系统采用驱动气体瓶组启动，驱动压力6 MPa；驱动装置为电磁型，驱动力不小于90 N，防护等级不低于IP54；驱动气体管路材质为紫铜，外径不小于Φ8。组合系统启动时，选择阀应早于或同时和容器阀开启。选择阀材质为不锈钢，并提供《中华人民共和国特种设备制造许可证-压力管元件》，各规格型号的型式检验报告和自愿性认证证书。

泄压装置为机械式，动作压力1 000±100 Pa，材质为冷轧钢板。可选配气体灭火压力监测系统，实现钢瓶压力7×24小时在线监测，当钢瓶发生欠压时，可实现现场报警，通知使用单位及时排除设备隐患。可节省气体灭火系统巡查的人力和时间，并提高气体灭火设施的可靠性。

2.5.2  系统控制及要求

当火灾发生时，启动灭火，管网系统为整个灭火剂输送系统的重要组成部分，管网系统主要将灭火剂输送至喷放装置后，喷放至整个灭火剂输送系统。控制装置相当于大脑，通过控制器、探测器、起动继电器等器件为整个灭火系统提供灭火控制信号。本气体系统相当于具备独立运转的左、右大脑（配电室和网络机房），当在控制系统的某个灭火控制单元发出启动信号，大脑立即对相应的启动装置发布信号，打开相应的启动瓶和灭火剂瓶组，经输送管网与喷嘴将灭火剂喷放到该防护区内，完成灭火任务的功能。

本管网式灭火系统的控制分别为自动、手动、机械应急三种方式。通过灭火联动控制系统切换控制方式。正常人员值班情况下，采用“手动”控制；无人值守时，采用“自动”方式控制[4]。保护区门外设置有气体灭火启停按钮，如图2所示，火灾时可紧急启动，误操作或警情排除时可紧急停止。

安全起见，不论是“手动”还是“自动”状态下，灭火系统都应设置30 s延时启动，保证人员从灭火区域安全撤离，在确认火灾扑灭后，及时启动灾后排风补风设施进行通风换气[5]。

2.6  防护区的设置及要求

防护区灭火时应保持封闭条件，除泄压口以外的开口，包括防火阀等开口，在喷放灭火剂前应做到自动关闭。

在保护区入口处，设置灭火系统防护标志和放气指示灯以及“彻底通风前，请不要进入”警示牌；保护区内部设置“在报警时或释放七氟丙烷灭火剂时，应立即撤离”的警示牌。

防护区内的出口应直接通向室外或疏散走道，在疏散走道與出口处，应设火灾照明灯或疏散标志灯；用于疏散的门应为乙级防火门，必须能从防护区内打开，向疏散方向开启，并能自行关闭[6]。瓶组间内应设置应急照明和能够与消防控制中心直接联系的消防通信设施，耐火等级不低于二级。保护区内宜配置消防专用的空气呼吸器或氧气呼吸器。

3  工程验收

施工结束后，施工方要向承建方提供完备的施工图表资料清单及设备资料清单。并将所有资料交由承建方进行工程资料归档。

施工过程中，施工方、承建方要按照GB 50263—2007《气体灭火系统施工及验收规范》的要求做好施工记录及防护区地板下、吊顶上等隐蔽区域的工程中间验收记录[7]，以及灭火剂输送管道耐压强度和气密性试验测试记录。

施工结束对系统进行模拟试验。分别对系统设备自动状态和手动状态下，模拟启动气体灭火系统，逐个保护区检验消防报警设备、气体灭火控制设备、现场报警设施、应急照明设施、瓶头阀、选择阀动作情况。以及模拟灾后启动排风补风设备动作情况。

4  结  论

该气体灭火方案结合了国家图书馆一期C栋配电间和网络机房的特点，符合实际，布局合理，具备可操作性和实用性，在今后的火灾预防和控制方面定能够起到积极的作用。

参考文献：

[1] 住房和城乡建设部.建筑设计防火规范：GB 50016—2014 [S].北京：中国计划出版社，2018.

[2] 高敬，黄晓家，丁晓珏，等.东直门交通枢纽暨东华国际广场商务区给排水及消防设计 [J].工程建设与设计，2013（2）：107-110.

[3] 建设部，国家市场监督管理总局.气体灭火系统设计规范：GB 50370—2005 [S].北京：人民出版社，2006.

[4] 孙海如，陈应新.高压管网式全淹没二氧化碳灭火系统设计 [J].给水排水，2006（5）：60-63.

[5] 毛大祥.机场航站楼CO2自动灭火系统设计要点 [J].硫磷设计与粉体工程，2001（2）：47-49.

[6] 赵向荣，胡筱瑗，王立军，等.气体灭火系统在LNG码头的设计应用 [J].煤气与热力，2015，35（5）：8-11.

[7] 住房和城乡建设部.气体灭火系统施工及验收规范：GB 50263—2007 [S].北京：中国计划出版社，2007.

作者简介：张珊珊（1983.01—），女，满族，吉林伊通人，馆员，硕士研究生，研究方向：图书馆安全保卫。

收稿日期：2023-03-06