七氟丙烷气体灭火系统在铁路工程小型机房中的应用及设计

王赛月

（杭州铁路设计院有限责任公司 浙江省杭州市 310006）

1 背景

随着铁路建设的快速发展，铁路信息化建设越来越完善，通信、信号网络在铁路行车和运输中越来越重要。在铁路工程中，通信、信号机房是确保铁路行车、运输指挥的重要设施，它集中了所有的各项重要的通信设备，其消防安全性对于铁路整个系统而言是极其重要的，其内部发生火灾产生的危害是巨大的。因此，对铁路工程中的通信、信号机房采用高效、合理的消防措施显得十分必要。

机房由于其特殊性，其陈设和存放物主要为电子电器设备、电缆导线、磁盘等，不适宜采用水灭火系统。而气体灭火系统在灭火时则不会对机房设备产生损害，现已成为机房常用的自动灭火系统，也是最适宜的自动灭火系统。在铁路工程中，铁路货运线沿线设有很多为线路服务的通信、信号机房，根据《铁路工程设计防火规范》相关要求，铁路通信、信号机房等设有电子设备的场所应设置气体灭火系统。

2 各类气体灭火系统的分析与对比

目前，在我国气体灭火系统采用的灭火剂主要有二氧化碳、IG541混合气体、七氟丙烷等。这几种灭火剂在气体灭火系统中应用最为广泛，均有较好的灭火效果，且已被使用多年，是近几年最常用的灭火剂。

二氧化碳是一种良好的灭火剂，无色、无味，且不导电，是一种传统的惰性气体。它在高压下被储存在气瓶内，喷放时，压力骤然下降，使得二氧化碳变为气态，同时吸收大量的热，降低灭火区域的温度，并稀释空气中的氧含量，从而达到窒息灭火的效果。但二氧化碳在喷放时，浓度过高，可能会对未能及时安全撤离的人员产生生命危险，同时二氧化碳系统需要的瓶组数较多，占地面积大，对小型机房并不适合。

IG541是一种由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳组合而成惰性气体灭火剂，也是一种无害的洁净气体。由于它的成分基本为大气中的天然成分，因此在火灾后对保护区域不会产生污染，同时对大气臭氧层无破坏作用。它的灭火机理与二氧化碳的灭火机理相似，但由于其工作压力高达15MPa，对储存容器的压力要求相对较高，因此价格较为昂贵。对于小型机房来说，土建投资成本相对较低，因此从经济成本方面考虑，采用IG541气体灭火系统并不适用于铁路小型机房。

七氟丙烷是近年来使用最为广泛的一种灭火剂，它是一种无色无味、不导电的洁净气体。在所有第一代的哈龙替代物中，七氟丙烷气体的综合性能最为优良，是最理想的替代品。七氟丙烷有许多优点，如灭火效率高、毒性较低，且不污染机房内各种设备，尤其是灭火后对大气臭氧层不会产生任何破坏作用。它的灭火机理是物理和化学相结合的一种灭火方式，在灭火过程中向防护区喷射七氟丙烷气体，通过消耗火焰中的活性自由基，抑制并阻断燃烧，同时吸收大量的热量，迅速降低火焰温度，从而达到灭火的目的。七氟丙烷气体的清洁性优良，灭火速度快，气相电绝缘性好且具有适用于灭火系统使用的物理性能，这对保护机房电子设备极为有利[1]。

七氟丙烷气体灭火系统分为有管网和柜式两种。有管网系统适用于一个建筑物中有多个防护区需要保护的场所，柜式系统适用于只有一个防护区需要保护或防护区面积较小、或防护区内不便安装系统管网的场所。柜式系统外表美观，具有轻便、可移动、安装方便灵活等特点，同时不破坏防护区的整洁与美观。

综上所述，“洁净气体”七氟丙烷作为气体灭火系统的灭火剂，是中小型机房气体灭火系统的首选灭火气体[2]。铁路工程中的小型通信、信号机房一般空间较小，因此采用柜式七氟丙烷气体灭火系统最为适宜。

3 柜式七氟丙烷气体灭火系统的设计计算

3.1 灭火剂存储量计算

灭火设计用量应按下式计算：根据《七氟丙烷洁净气体灭火系统设计规范》（DBJ15-23-1999）规定，七氟丙烷气体灭火系统灭火设计用量公式为 W=（KV）/S×C1（100-C1）。式中，W 为灭火设计用量或惰化设计用量（kg）；K为海拔高度修正系数；S为灭火剂过热蒸气在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积（m3/kg）；C1为灭火设计浓度或惰化设计浓度（%）；V为防护区净容积（m3）。一般在室温条件、海拔高度为0的情况下，计算得S=0.13716，K=1。机房的灭火设计浓度宜采用8%，此时得出灭火设计用量W=0.634V。我们只需求得防护区内的体积，即可很快地求得该防护区的设计用量。

灭火剂储存量计算：系统灭火剂储存量包括灭火剂设计用量、储存容器内的灭火剂剩余量和管道内的灭火剂剩余量。其中柜式七氟丙烷气体灭火系统的管道内灭火剂剩余量为0。

3.2 防护区的泄压装置

防护区泄压口的设置是我们设计过程中容易遗漏的部分。气体灭火剂喷入防护区内，会显著地增加防护区的内压，如果此时没有适当的泄压口，防护区的围护结构将可能承受不起增长的压力，最终遭到破坏[3]。同时，灭火剂喷入防护区内压力升高，还有可能造成门、窗等爆破，导致灭火失败、火势蔓延。因此，防护区内必须设置泄压口。

式中：Fx为泄压口面积（m2）；Qx为灭火剂在防护区的平均喷放速率（kg/s）；Pf为围护结构承受压内的允许压强（Pa）。

根据《气体灭火系统设计规范》相关规定，七氟丙烷气体灭火系统的泄压口应于防护区净高的2/3以上设置。由于七氟丙烷灭火剂比空气重，因此为了减少灭火剂从泄压口流失，泄压口下沿不应低于防护净高的2/3。

4 柜式七氟丙烷气体灭火系统的组成设计及控制方式

4.1 柜式七氟丙烷气体灭火系统的组成

柜式七氟丙烷气体灭火系统一般由装置柜体、气体灭火剂储存容器、启动装置、喷嘴、火灾报警控制器、紧急启停按钮、声光报警器、放气指示灯、感烟探测器、感温探测器、信号反馈装置等部件组成。

4.2 柜式七氟丙烷气体灭火系统的控制方式及工作

柜式七氟丙烷气体灭火系统有三种控制方式：自动控制、手动控制、机械应急手动控制。

自动控制：灭火报警控制器上控制方式为“自动”，此时，灭火系统处于自动控制状态。当防护区域发生火情时，感烟和感温探测器探测到火情，发出火灾报警信号，传输信号到报警控制器，报警控制器立即发出声、光报警信号，同时，控制器发出联动指令，经过30s延时，灭火系统启动，容器阀开启，释放灭火剂，从而实施灭火。同时，又通过信号反馈装置将信号反馈回灭火控制器。

手动控制：将控制盘上控制方式选择键拨到“手动”位置，灭火系统处于手动控制状态。当保护区域发生火情时，可按下手动控制盘上的启动按钮即可按规定程序启动灭火系统释放灭火剂，实施灭火。

机械应急手动控制：当保护区域发生火情，灭火控制器不能发出指令时，应立即通知有关人员撤离现场，关闭联动设备，手动打开电磁阀，释放灭火剂，实施灭火。

5 七氟丙烷气体灭火系统在铁路工程小型机房设计中需注意的事项

（1）根据《气体灭火系统设计规范》规定，防护区内吊顶的耐火极限不宜低于0.25h。若机房内设有吊顶，给排水设计人员应配合建筑专业对机房吊顶的耐火极限提出相应要求，确保对防护区的保护。

（2）防护区在灭火时应保持封闭条件，并合理设置泄压口。

（3）防护区灭火后应进行通风换气，将灭火剂排至室外，因此防护区内需设置机械排风装置。设计人员在设计中应将排风口设在防护区的下部，并应直通室外。根据机房场所的特殊性，机房的通风换气次数需大于每小时5次。排风装置是气体灭火系统设计中不可或缺的重要部分，但常常会被忽视，设计人员在设计时应重视排风装置的设置。

（4）为了避免气体灭火柜体与机房专用空调等落地安装的设备相冲突，影响房间内设备布置及检修，气体灭火装置应合理分配与布置，设计时设计人员应与其他相关专业配合，协商确定安装位置，从而确保有效地灭火与保护。

6 结束语

七氟丙烷气体灭火系统是广泛应用于各类机房、电子设备场所的系统，技术相对较为成熟，无毒无害、安装维护相对便利，将其应用于铁路工程的中小型机房中，成本低、效率高。设计人员在设计过程中，应结合工程实际，规范合理地选择各项参数，确保系统的安全可靠，经济合理，使灭火系统在火灾中发挥应有的灭火作用，保障机房设施的安全。

[1]王恺尧.七氟丙烷灭火系统的设计及应用.住宅与房地产，2016（3）：131.

[2]吴钧.洁净气体在电信机房气体灭火系统的研究分析与应用[J].安防科技，2006（2）：3～6.

[3]《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）[S].

[4]《铁路工程设计防火规范》（TB10063-2016）[S].