管网气体灭火系统报警及联动控制探讨

李 阳

(陕西省建筑设计研究院有限责任公司, 陕西 西安 710018)

0 引 言

随着社会的进步和经济的发展,各地新建的数据中心、图书馆、博物馆、综合医院等建筑不断涌现,这些建筑因其特殊性,保护对象需要灭火后破坏性小的介质进行保护,气体灭火系统以其固有的特性在该类建筑中得到广泛的应用。

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[1](2018版)中第8.3.9条列举8条需要设置自动灭火系统,并宜采用气体灭火的建筑类型。国家标准GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》[2]中第3.2.1条规定,气体灭火系统适用于扑救下列火灾:电气火灾,固体表面火灾,液体火灾,灭火前能切断气源的气体火灾。

气体灭火系统是传统的固定式灭火系统(水、气体、泡沫、干粉)之一,应用非常广泛。近年来,为保护大气臭氧层,维护人类生态环境,国内外消防界已开发出七氟丙烷、IG-541、热气溶胶等气体灭火系统。 然而在工程设计中,电气设计人员对气体灭火系统的原理及组成不够了解,特别对有管网系统的报警及联动方式的认识有部分误区。

1 气体灭火系统

GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》规范中主要规定七氟丙烷、IG-541混合气体、热气溶胶三类灭火系统。根据其灭火特性和技术成熟程度,七氟丙烷是在工程中应用最多的。七氟丙烷灭火方式的应用主要以全淹没灭火为主,可分为预制灭火系统和管网灭火系统,其中管网灭火系统又分为单元独立灭火系统和组合分配灭火系统。

预制灭火系统是将灭火剂储存装置和喷放组件等预先设计,成套组装,且具有联动控制功能的灭火系统。预制七氟丙烷自动灭火系统的组成如图1所示。在一般的工程中,变电所因位置分散且数量少,采用的多为预制灭火系统。

图1 预制七氟丙烷自动灭火系统的组成

管网气体灭火系统是将灭火剂从储存装置经由干管支管输送至喷放组件实施喷放的灭火系统。管网组合分配灭火系统的组成如图2所示。对两个及两个以上的防护区,可采用组合分配系统,对于特别重要的场所,在经济条件容许的情况下可考虑采用单元独立系统。组合分配能减少设备用量及设备占地面积,节省工程投资费用,故在医院、地铁等需要气体灭火防护区的建筑中运用较多。

图2 管网组合分配灭火系统的组成

预制灭火系统组成简单,且平时接触较多,故主要探讨七氟丙烷管网组合分配灭火系统。

工程设计中,气体灭火系统为水专业设计范畴,电气设计人员根据水专业的提资完成相关报警及联动设计。为进一步熟悉管网组合分配气体灭火系统,简要对系统主要组件及放气动作流程进行简单说明。

主要组件功能说明如下:

(1) 启动装置。因七氟丙烷灭火剂的饱和蒸气压力较低(20 ℃时绝对蒸汽压力为0.39 MPa),不能满足管道输送和喷放汽化的要求,通常采用在灭火剂储瓶内充装氮气增压的方式。在喷放灭火剂时,把动力气体注入灭火剂储瓶,使灭火剂储瓶压力迅速升高,推动灭火剂在管网中长距离快速输送,增强灭火剂的雾化效果,更有效地实施灭火。故通常在七氟丙烷灭火系统中设置驱动系统。

(2) 选择阀。选择阀是在组合分配灭火系统中用于控制灭火剂流向的装置。由于管网组合分配系统同时保护多个防护区,灭火剂的配置是按最大保护区来计算,考虑的是在同一时间只有一个保护区发生火情的情况。故在发生火灾时控制器需要根据程序设定联动打开相应选择阀,来满足其防护区灭火的气体量要求。

(3) 压力开关。压力开关是用来检测并反馈灭火剂是否喷放的信号装置。

(4) 低压泄漏阀。低压泄漏阀安装在启动回路上,用于释放启动容器阀缓慢泄露出的启动气体,防止启动气体在启动管路内积聚而引起系统误动作。

主要放气动作流程如下:

(1) 联动控制方式。当控制器发出联动信号后,打开启动瓶电磁瓶头阀,释放启动气体,启动气体通过启动管路打开相应的选择阀和储气瓶瓶头阀,释放灭火剂。

(2) 手动机械控制方式。当联动程序故障,也可拔除相应保护区的启动瓶电磁瓶头阀的止动簧片,压下电磁瓶头阀手柄,即打开电磁瓶头阀,释放启动气体。启动气体打开相应的选择阀、储气瓶瓶头阀,释放灭火剂,实施灭火。如遇上电磁瓶头阀维修或者启动气体储瓶充换氮气不能工作,可手动压下相应保护区的选择阀手柄,敞开压臂,打开选择阀;然后再扳动相应储气瓶瓶头阀上的手柄,释放灭火剂,实施灭火。

2 报警及联动控制

GB 50370—2005《气体灭火系统设计规范》第5.0.1条规定,采用气体灭火系统的防护区,应设置火灾自动报警系统;第5.0.2条规定,管网式系统应设置自动控制、手动控制和机械应急控制三种启动方式。一般情况下应使用手动控制方式,在保护区无人的情况下可以转换为自动控制方式。

(1) 自动控制灭火过程。联动控制设计在GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》[3]第4.4.2条中有具体规定:当灭火控制器收到同一防护区的两种不同类型火灾探测器同时探测到火险信号时,即立即启动声光报警,发出紧急疏散和气体喷放预报警;当收到第二次报警信号后关闭相关联动设备,向报警系统发出反馈信号,延时结束,立即向对应防护区电磁启动装置发出灭火指令,释放灭火剂经喷嘴到防护区内,实施灭火,同时在灭火气体压力作用下压力讯号器动作并将信号反馈至灭火控制器,控制器同时发出联动信号,点亮该防护区入口处设置的气体释放指示灯,提醒人员放气勿入。

(2) 手动控制灭火过程。在此状态下,灭火控制器只是接收火灾探测器探测到的火险信号,并联动启动安装于防护区内外的警铃和声光报警器动作,不会发出灭火指令,在需要启动气体灭火装置时,现场操作人员可以手动按下防护区门口的紧急启停按钮启动灭火装置,即可进入上述灭火控制程序,释放灭火剂,实施灭火。

(3) 机械应急手动控制灭火过程。拉出发生火灾相对应防护区的启动气体储瓶上电磁启动装置机械应急启动手柄下的保险卡环,实施灭火。

七氟丙烷气体灭火系统控制流程如图3所示。

3 工程案例

笔者目前参与设计某三甲医院肿瘤病房综合楼的电气设计,其建筑内部存在多个医疗设备用房,根据水专业提资,均采用七氟丙烷管网组合分配气体灭火系统,其组成方式是一套气体系统保护8个防区。8个防区气体灭火系统组成如图4所示。

通过该工程的设计,有以下几点体会与认识:

图3 七氟丙烷气体灭火系统控制流程

图4 8个防区气体灭火系统组成

(1) 查询国内主流气体灭火控制器厂家,其控制器最多只可配4个气体防区。经与气体灭火控制器厂家技术工程师沟通,一套气体系统保护8个防区此种情况,可设两套气体灭火控制器,通过CAN总线与消防控制室火警控制主机连接,可满足报警及联动控制要求。

(2) 关于联动控制。GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》第4.4.2条规定,联动控制要关闭防护区域的送(排)风机及送(排)风阀门。GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[4]第6.3.9条规定,可能突然散发大量有害气体或有爆炸危险气体的场所应设置事故通风。气体灭火系统在消防灭火时会喷放大量七氟丙烷,故在消防灭火后需要灾后排烟或灾后通风。一般暖通专业提资气体灭火房间设置事故排风风机及事故补风风机。分如下两种情况:

① 地下室的房间根据情况会设置平时兼事故排风风机P-B*-1,其联动规则为平时开启排风风机P-B*-1及70 ℃电动防火百叶风口。火灾时,电信号关闭70 ℃电动防火百叶风口、室内排风管上自动复位型70 ℃防火阀、排风风机P-B*-1。火灾扑灭后,电信号开启自动复位型70 ℃防火阀,自动或手动开启排风风机P-B*-1及70 ℃电动防火百叶风口。排风风机P-B*-1手动控制装置室内、门外各设一个。平时兼事故风机防火阀及风口设置如图5所示。

图5 平时兼事故风机防火阀及风口设置

② 一般情况仅设事故排风风机P-1-1及事故补风风机S-1-1,其联动规则为:当发生火灾时,电信号关闭排风风机P-1-1、所有室内送排风风管上自动复位型70 ℃防火阀、补风风机S-1-1。火灾扑灭后,电信号开启着火房间及相邻一个房间的送排风管上自动复位型70 ℃防火阀,自动或手动开启排风风机P-1-2及补风风机S-1-1。排风风机及补风风机手动控制装置在室内、门外方便开启处各设一个。事故排风、补风系统防火阀及风口设置如图6所示。

需要注意如下问题:

① 国标图集16D303-2《常用风机控制电路图》第89～95页中平时兼事故两用单速风机电路图XKGF-1～4不能直接引用。根据其二次原理图,可实现的功能为当收到气体报警控制器信号时仅能启动风机,并不能实现在发生火灾时联动停运风机。

图6 事故排风、补风系统防火阀及风口设置

② 有电气设计人员会误认为“火灾时由 FAS消防联动开启事故风机”。若真实施 “火灾时由 FAS消防联动开启事故风机”,则导致火灾蔓延或大量灭火气体快速流失,前者会使火灾加剧,后者导致气体灭火效果大减。

③ 对需要参与灾后排烟或灾后通风的事故风机,火灾时不能采用 FAS 联动控制输入/输出模块通过分励脱扣器使断路器跳闸来停运风机,应通过二次控制回路来停运风机,有利于灾后的事故风机及时投运,快速有效地进行排烟或通风。

(3) 设计时需要设置声光警报器及放气指示灯两种,两者有明显区别。在预警阶段,防护区内外声光报警器动作,提醒防护区内人员迅速撤离,防护区入口处火灾声光报警器提醒人员不要误入。在灭火阶段,启动安装在防护区门外指示灭火剂喷放的放气指示灯,防止气体灭火防护区在气体释放后出现人员误入现象[5]。

4 结 语

近年来建筑火灾频发,消防灭火应引起建筑设计人员的高度重视。电气设计人员需要对水暖专业的相关系统及设备有一个充分的认识,在此基础上进行的建筑电气设计才安全、合理、可靠。