全氟己酮灭火剂在数据机房中的设计与应用前景
2023-07-27张松杨欢欢
张松 杨欢欢
摘要：在七氟丙烷灭火剂得到广泛使用的同时，给环境带来的影响也不可忽视。现对七氟丙烷灭火剂和全氟己酮灭火剂进行性能比较，并给出在数据机房中的运用实际，探索全氟己酮灭火剂的新型应用前景，以期为行业同仁提供参考。
关键词：全氟己酮；灭火剂；设计
为应对全球气候变化，增强人们的环保意识，气体灭火剂产品也在朝着清洁高效环保友好的方向不断更新。在淘汰哈龙系列产品后已研发出了七氟丙烷灭火剂、IG541灭火剂和二氧化碳灭火剂等。在众多的气体灭火剂中，七氟丙烷灭火剂在工程上得到广泛使用。据统计，七氟丙烷灭火剂使用占比高达47%[1]。但为了满足环境保护和应对气候变化的要求，我国在2021年签署了《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》，将氢氟碳化物纳入管控清单和名录，开启了协同保护臭氧层和应对气候变化的新篇章，为此灭火剂市场上又开始了新的灭火剂应用技术研究。截至目前，在开发的新型灭火剂中，全氟己酮灭火剂的温室效应潜能值低和臭氧损耗潜能值为0等特点符合环境保护要求。
1 全氟己酮灭火剂的相关性能
为了全面认识和了解全氟己酮灭火剂的相关性质和灭火性能，现将其与常用的七氟丙烷灭火剂进行比较：
1.1 物化性质比较[2][3][4]
全氟己酮在常温常压状态下为无色无味的透明液体，蒸发热是水的1/25，蒸气压是水的25倍，使得它自身易于汽化，并且依靠汽化吸收大量热量从而降低火灾环境温度，达到灭火目的，但其沸点高，不容易迅速扩散，存在一定的局限性。
1.2 理学性质比较[2]
从表2中可以看出全氟己酮的安全使用余量远大于七氟丙烷的安全使用余量，且相对而言毒性也非常低。故而在生产、运输、存储、使用和灭火后环境中残留的灭火剂对作业人员来说无疑是安全可控的，全氟己酮的理学优点显著于七氟丙烷。
1.3 灭火性能比较[5]
从表3中可以看出全氟己酮的温室效应潜能值低、大气残留寿命短，环保效益优于七氟丙烷，并且灭火浓度也比七氟丙烷低，故而采用全氟己酮作为新型的灭火剂优势显著。
2 全氟己酮灭火系统在数据机房中的应用设计
由于在国家标准层面还没有出台全氟己酮灭火系统的设计、施工和验收规范，现结合我司工程实际案例，并参考山东省地方标准DB37/T3642—2019《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》和安徽省地方标准DB34/T 4353—2022《预制式全氟己酮智能灭火系统设计、施工及验收规范》中的有关规定，举例说明全氟己酮灭火系统在数据机房中的应用设计（对火灾自动报警系统以及防排烟系统等在此不赘述）。
2.1 案例概况
某项目数据中心机房配置24台网络机柜、2台双电源控制柜（预留1台）以及UPS备用电源若干。在供配电、网络和环境建设方面采用冗余配置，按国家标准B类机房建设标准规划设计。该机房防火区域长度为13.9m，宽度10.0m，净高4.0m，建筑面积为139m2，建筑体积为556m3。机房采用砖混结构及钢制甲级防火门，其耐火极限均不低于0.5h，建筑结构室内允许压强不低于1200Pa，吊顶的耐火极限不低于0.25h满足规范要求。根据GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》、山东省地方标准DB37/T3642—2019《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》和安徽省地方标准DB34/T4353—2022《预制式全氟己酮智能灭火系统设计、施工及验收规范》的规定，因建筑面积小于500m2，且建筑体积小于1600m3，故可设置为预制式气体灭火系统。本文将以全氟己酮灭火剂来计算该项目的用量。
2.2 灭火剂用量计算
2.2.1 环境条件
在一个标准大气压101kPa下，防护区室内最低环境温度T=10℃、系统设计压力P=2.5MPa。根据上述规范规定，灭火设计浓度C1=6.5%、灭火浸渍时间5min、海拔高度修正系数K=1.0。
2.2.2 计算公式
x
式中：W——防护区内全氟己酮灭火剂的灭火设计用量或惰化设计用量，kg；
C1——灭火设计浓度或惰化设计浓度，%；
S——全氟己酮灭火剂过热蒸汽在101 kPa大气压和防护区内最低环境温度下的比容，m3/kg；
V——防護区的净容积，m3；
K——海拔高度修正系数（取值按GB50370—2005附录B的规定）；
T——在101 kPa标准大气压下最低环境温度，℃；
W1——灭火剂储罐剩余量，kg；
W0——系统灭火剂储存量，kg。
2.2.3 计算结果
根据公式（1）得，
根据公式（2）得，
根据DB37/T3642—2019《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》第6.4.4条规定：喷放不尽的剩余量，可按照防护区灭火设计用量或惰化设计用量的5%计取。选用只压力储罐，体积规格。
根据公式（3）得，
2.2.4 充装率校核
根据DB37/T3642—2019《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》第4.2.1.3条规定：灭火剂储存容器中的单位充装率，应符合以下规定：一级增压储存容器，不应大于1480kg/m3。计算充装率为1304.44kg/m3＜1480kg/m3，故充装率校核结果符合规范要求。
2.2.5 泄压面积计算
防护区的泄压口面积，宜按下式计算：
式中：——泄压口面积，m2；
——全氟己酮滅火剂在防护区内的平均喷放速率，kg/s；
——防护区围护结构室内承受的允许压强，Pa。
根据GB50370—2005《气体灭火系统设计规范》第3.3.7条和DB37/T3642—2019《全氟己酮灭火系统设计、施工及验收规范》第5.1.9条规定，喷放时间不应大于8s。
3 结语
全氟己酮灭火剂作为新型灭火剂产品，其温室效应潜能值低，臭氧损耗潜能值为0，蒸发热是水的1/25，蒸气压是水的25倍，使得它自身易于汽化。相对七氟丙烷而言，其灭火浓度低，安全余量高，对人体安全，对环境友好。同时全氟己酮在常温常压下是无色液体，在销售、运输、存储和使用过程中可以按照非危化品标准进行。全氟己酮腐蚀性能测试显示全氟己酮暴露在48℃氧气下10天，对各种铝、铜、钢和碳钢合金均无腐蚀现象[6]。目前，我国已有化工生产厂家开始合成全氟己酮产品，消防设备生产厂家开始全氟己酮灭火剂开发研究，在国际上已有产品经UL和FM认证并在销售。
据有关研究显示[1][7][8]，全氟己酮在550℃时开始高温分解，650℃时开始热裂解，产生腐蚀性毒性产物，如一氧化碳、四氟乙烯、六氟丙烯、八氟丙烷、十氟丁烷等，对人体和环境会产生明显危害。另外，沸点49℃的特点使其在自我雾化方面具有一定的局限。为了更好地淹没防护区域，达到灭火效果，尽量设置惰性驱动气体为其迅速气化扩散提供动力，所盛装容器也应为承压容器。
综上所述，全氟己酮作为研发的新型灭火剂在合成生产、运输存储和灭火实际运用中优势显著，短期内可以替代七氟丙烷灭火剂的使用，广泛用于通信机房、计算机数据中心机房、配电房、档案库等贵重物品存放地点和飞机、高铁、地铁、轮船等重要的机舱内。
参考文献：
[1]羡学磊，董海滨.全氟己酮灭火剂局部应用灭火技术研究[J].消防科学与技术，2021，40（2）：255-258.
[2]丁元胜，陈丰秋.全氟己酮的合成与应用研究进展[J].浙江化工，2005（12）：22-24.
[3]陈黄悦.全氟己酮灭火剂在计算机机房中的应用前景[J].工程建设与设计，2020（15）：3-4.
[4]徐芹.全氟己酮与七氟丙烷的对比[J].今日消防，2020，5（1）：119-120.
[5]张斌.全氟己酮与七氟丙烷灭火剂的灭火性能对比研究[J].消防界，2018，4（19）：66-68.
[6]屈文良.全氟己酮合成工艺优化研究[D].南京：南京理工大学，2014.
[7]陈培瑶，庄爽，陶杨.全氟己酮灭火剂热分解特性研究[C]//2020中国消防协会科学技术年会论文集，2020.
[8]崔凤霞，覃况，石磊，等.全氟己酮灭火剂高温热裂解性能研究[J].爆破器材，2015（6）：5-8.
Design and application prospects of perfluorohexanone fire extinguishing agent in data room
Zhang Song1，Yang Huanhuan2
（1.Zhong Hui Jian Technology Co.，Anhui Hefei 230088；2.Hefei Kangjuren Intelligent Technology Co.，Anhui Hefei 230031）
Abstract： While heptafluoropropane fire extinguishing agent is widely used， its impact on the environment cannot be ignored. Now we compare the performance of heptafluoropropane fire extinguishing agent and perfluorohexanone fire extinguishing agent， and give the actual application in the data room， and explore the new application prospect of perfluorohexanone fire extinguishing agent， in order to provide reference for the industry colleagues.
Keywords： perfluorhexanone; fire extinguishing agent; design
