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高壓細水霧滅火技術在數據中心機房中的消防應用
來源:admin作者:發布時間: 天前1376 次瀏覽分享到:

摘要:介紹了高壓細水霧的工作原理及特點,針對機房火災的特點并與傳統機房滅火技術進行對比,從安全性、有效性、經濟性上分析了高壓細水霧適用于通信機房的可行性,最后簡單闡述了高壓細水霧在設計中需要注意的一些問題。高壓細水霧電絕緣性好、滅火效果突出、使用維護成本低,可適用于通信機房中,應用前景較廣闊。

關鍵詞:數據中心機房 高壓細水霧 消防

機房是實現通信傳輸的主要樞紐,機房內消防系統的合理選擇是保證機房設備安全和穩定運行的重要保障。

從上世紀后期開始,氣體滅火系統在電信行業中得到了非常廣泛的應用。其中鹵代烷1301由于對環境造成影響而被淘汰,氣溶膠誤噴后產生的高溫會導致機房內環境溫度過高,對交換機、電子元件等會造成影響。現在常用的潔凈氣體滅火系統主要有IG-541混合氣體和七氟丙烷等。

IG-541混合氣體噴放過程中不會對人造成傷害,由于是高壓儲存及氣態輸送,所以具有較大的保護半徑,適合機房距離鋼瓶間較遠的機房使用。七氟丙烷系統滅火劑儲存壓力低,安全性較好,且儲存容器少,占地面積也較小,因此在通信機房中較為常用。

但是氣體滅火也存在一些不足之處。從藥劑本身來說,IG-541系統儲存壓力高,增加了使用的危險性,鋼瓶間占地面積較大;七氟丙烷滅火系統輸送距離短,不適用于大型防護區和輸送距離遠的場合,且藥劑的價格也較貴,滅火過程中遇高溫分解產生的HF會對人體和電子設備造成危害。從設計要求上來說,氣體滅火的設計對保護區劃分較為嚴格,規范規定若采用管網系統,一個防護區面積不宜大于800㎡,容積不宜大于3600m³。目前的很多大型及特大型機房面積都較大,在設計氣體滅火時都需要將機房劃分若干個小區域,這不僅限制了機房的使用,同時眾多的防護區也造成管線長而復雜、設計及管理量增加。因此,行業內一直在積極研究開發在技術上適用、經濟上合理的其他類機房滅火方式。

機房消防系統比較

基于機房滅火需求,從下列幾個方面對高壓細水霧滅火系統與氣體滅火系統進行分析比選:

(1)系統滅火效果比較。高壓細水霧滅火系統通過高壓噴放細水霧實施滅火。滅火劑為水,取材方便低廉;滅火機理是冷卻和窒息,滅火效果較好,滅火后不易復燃,在水源保證的情況下,可重復使用。但對于珍貴物品和特別重要的電氣設備,使用該系統存在水漬損失風險。

氣體滅火系統主要利用滅火劑儲瓶釋放壓力,通過管網和噴嘴噴放滅火氣體。七氟丙烷滅火系統主要滅火機理為化學抑制;惰性氣體氣體滅火系統主要滅火機理為物理窒息。氣體滅火的優勢在于沒有水漬損失風險。但滅火劑只能單次釋放,無法解決復燃問題。

(2)對環境影響的比較。高壓細水霧以水為滅火劑,綠色環保,對人體和環境沒有危害,兼具清洗有毒煙霧和消減煙塵的功能,利于人員的逃生。高壓細水霧霧滴水漬損失非常小,對保護對象影響很小。

七氟丙烷系溫室效應氣體,其全球變暖潛能值GWP100=3 350。惰性混合氣體(N2、Ar、CO2)或氮氣(N2)均來源于空氣,對大氣環境無不良影響,但對火災煙塵沒有消減作用。

(3)對建筑平面布置及相關設備設計的影響比較。高壓細水霧滅火系統滅火后不會產生有害氣體,僅需在滅火后加強通風;由于耗水量少,可充分利用現有排水系統。

氣體滅火系統在滅火后,防護區內會有滅火氣體滯留,須打開排煙風機排放。且滅火氣體質量密度比空氣大,集中于防護區底部,因此,排風口需設置在防護區低位,會影響防護區的使用。另一方面,由于氣體滅火組合分配系統對防護區數量和輸送距離的限制,如果大型檔案庫房采用氣體滅火將不可避免設置相當多數量(或面積)的鋼瓶間,不利于檔案庫區的布置。

 

(4)經濟性分析比較。結合某檔案庫房案例(該檔案館設置18個防護分區),對運用IG541氣體滅火系統和高壓細水霧滅火系統進行造價比較,分別按采用國產設備和進口設備列表比較,見表1和表2(按20年使用期測算運維費用,包含滅火劑更換)。

 

表1 國產設備造價估算對比

 

注:以國產IG541的設備及管網投資費用為基準價格,設為A。

 

表2 進口設備造價估算對比

 

注:以進口IG541的設備及管網投資費用為基準價格,設為B。

 

從造價估算對比表1和表2可以得出,無論是進口還是國產設備,高壓細水霧系統在工程投資和運維費用上都低于對應的IG541氣體滅火系統,特別是由于高壓細水霧的滅火劑為水,沒有額外的滅火劑更換費用,運維費用有很大的經濟優勢。進口和國產高壓細水霧系統的總投資均是對應IG541氣體滅火系統總投資的45%以下。

 

因此,對于機房,采用高壓細水霧滅火系統的經濟性較高,特別是后期維護費用優勢明顯。

 

高壓細水霧滅火系統是水滅火系統的一種新型技術,它是一種由高壓水通過特殊噴嘴產生的細水霧來滅火的自動消防給水系統。高壓細水霧的給水壓力不小于10MPa,DV0.99<200μm。其滅火機理主要包括:

1)汽化吸熱、阻隔輻射

 

高壓細水霧水滴體積較小,較大的比表面積能增加其熱交換面積,提高吸熱效能和滅火效率。細水霧遇熱汽化后,體積急劇膨脹可達1700多倍,水蒸氣緊密籠罩在燃燒物周圍,形成一道屏障阻擋新鮮空氣的進入,使燃燒物因缺氧而中斷燃燒。對火焰的輻射熱具有很強的阻隔能力,防止火焰蔓延。

 

2)降煙洗塵、表層浸潤

 

電氣類火災中有毒有害煙氣較多,細水滴可與燃燒的灰燼、炭粒和有害氣體等粘合而得到洗消,大大減少火場中煙氣和毒氣的危害性。高壓細水霧霧粒速度大,能深入到油類燃燒物表層,使燃燒物得到浸濕,阻止可燃氣體燃燒物的進一步產生,同時,由于細水霧顆粒極小,不會擾動液面,造成飛濺,到達滅火和防止火災蔓延的目的。

 

3)三維移動、橫向滅火

 

在噴霧時,部分直徑小的霧滴,由于受到空氣的阻力,并不全部沿噴射方向前進,霧滴在射流方向產生橫向和向上翻騰運動進入噴頭上部空間,使得細水霧能夠充滿保護區域的整個空間,對火災的撲滅深度較高。

 

機房消防系統的選擇遵循安全性、有效性和經濟型的原則。安全性在于消防系統應最大限度的減少室內人員及機房內的設備的損害,首先必須具有較高的絕緣性,不能造成設備短路損壞;有效性在于能及時將火災撲滅而非暫時控制火災;經濟型在于消防系統的投入價值

 

與其服務對象的價值之間要達到平衡關系。高壓細水霧自身的特點使得其適用于機房消防系統。

 

傳統水消防系統是嚴禁應用在電氣類區域的。對于高壓細水霧來說,霧滴長時間地懸浮在空中,水霧的匯聚、凝結需要極長的時間才能完成,因此很難在電極表面形成導電的連續水流或表面水域。國內外學者也做了較多的相關研究,比如美國國家技術標準局(NIST)和加拿大國家研究局(NRC)的許多實驗室進行了水霧抑制、撲滅電子設備火災的研究,結果表明高壓細水霧對電氣設備的損害很小。國際火災安全機構對配電轉換開關進行了細水霧滅火的有效性和安全性試驗,當水霧系統啟動時,立即關閉電源,試驗結束后將電氣設備干燥處理,試驗結果表明,在高壓細水霧能有效地抑制、撲滅火災,不會造成電器短路和電子元件的其它損壞。楊琦對某銀行數據中心項目進行高壓細水霧實體滅火試驗,幾種不同復雜火源均在1 min內成功撲滅,并有效防止了火災復燃。滅火期間,帶電工作的計算機一直處于正常工作狀態下,噴放結束后重新啟動工作正常。這些都充分說明,在安全性上高壓細水霧適用于通信機房滅火。

 

機房內強弱電線路的絕緣材料多為熱塑性塑料等,其燃燒火焰溫度高、火勢蔓延速度快、發煙量大。火災煙氣含有大量CO、HCl、HF等有毒腐蝕性氣體,極易在電氣柜中蔓延,腐蝕電氣開關、電路板等,易造成二次災害。且有研究表明火災造成的損失中,95%是由煙霧造成的,而僅有5% 是由火場溫度造成的。因此對機房滅火系統的設計既要求快速滅火,又能夠有效降低煙塵量,從滅火原理可以看出,高壓細水霧均可以滿足這些條件。

 

高壓細水霧可即時噴放,在噴放時對人員無影響,無需人員疏散。設計時對防護分區的面積、容積以及空間的密封性相對氣體滅火系統要求要小很多,可以通過技術手段對大型機房進行物理意義上的分區,避免了分割成較多防護區的繁冗。

 

高壓細水霧以水為滅火劑,且用水量僅為水噴淋的3%至5%,避免了大量的排水造成的次生損害。相對于傳統的滅火系統而言,其管道管徑小(≤DN40),使安裝費用也相應降,其使用成本和日常維護工作量相對其他滅火方式大大減少。

 

高壓細水霧滅火系統由高壓細水霧泵組、區域控制閥組、細水霧噴頭、不銹鋼管道等組成。其在設計時區別與傳統的水噴淋系統。

 

1)水質

高壓細水霧系統采用特殊噴頭,為避免噴頭堵塞,對滅火介質的水質有著極高要求。系統用水的最低標準為國家飲用水標準,用水需進行預處理。水質過濾主要通過過濾器。對于泵組式系統,儲水箱前的進水管、高壓吸水管、水泵進水口均應考慮過濾措施,系統貯配水容器、管道、加壓設備等應選擇不會造成系統二次污染的設備或裝置,并定期清理水箱進行換水,以免影響噴頭噴霧效果或堵塞噴頭。

 

2)管材

 

高壓細水霧系統的設計壓力達 12MPa 以上,測試壓力達 18 MPa 以上。系統要求的抗高壓性高于其他水消防系統。其設備、組件、管材的選材要求,首要原則是耐高壓;其次考慮水質要求,要耐腐蝕,保證不淤積,不堵塞;最后平衡考慮性價比和使用壽命。

 

3)通風問題

 

高壓細水霧霧滴的質量較輕,發生火災時,排煙增加了火羽流的浮升力,造成高壓細水霧很難到達火焰根部,降低了滅火效果。有研究表明,在風速小于 3m / s 的場所,高壓細水霧系統可以保持較好的控火滅火效果。所以在系統設計時需要和暖通等專業等共同協商相關設計參數。

 

4)系統形式

 

高壓細水霧系統可分為開式和閉式2種選型,閉式系統必須待火情發展到一定程度,噴頭處的溫度達到57 ℃,閉式噴頭爆破才能實現滅火,快速滅火效果略低于開式系統,且無法實現人員就地手動啟動系統進行滅火,存在延誤滅火的風險。開式系統滅火時整個防護(分)區的噴頭均同時打開噴放細水霧,相比于閉式系統更能控制火災蔓延及迅速撲滅火災,并可以實現人員就地緊急啟動系統進行滅火。本項目普通紙質檔案庫房主要采用密集柜儲存檔案,火災危險性高,蔓延速度較快。另外,密集柜相對封閉的結構也會影響噴頭感溫元件的及時響應,導致閉式系統滅火動作遲緩,相對而言,開式系統可利用外部獨立的火災探測系統來及時響應。綜上所述,本項目普通紙質檔案庫房采用開式高壓細水霧系統更為合適。《細水霧滅火系統技術規范》3.1.3條對密集柜檔案庫使用開式高壓細水霧系統也是支持的。

 

《細水霧滅火系統技術規范》對全淹沒開式細水霧系統的防護區的數量和容積提出了要求:防護區不能超過3個,泵組系統的每個防護區容積上限定為3 000 m³。

 

機房內設備較為重要,為降低高壓細水霧產生誤噴的可能性,不建議采用閉式(濕式)系統,設備房間根據火災的陰燃、低溫明火等特點,推薦采用開式系統保護。

 

合理有效地選擇機房消防系統對于設備的運行維護、快速處理設備故障、降低建設成本具有十分重要的意義。高壓細水霧作為一種新生的消防技術,其良好的電絕緣性可以有效地解決電子信息設備的水漬和導電性敏感問題,突破了水系統不能滅電氣類火災的禁區,應用在通信機房中安全、高效,同時能有效降低火場中的毒氣、毒煙,對保障通信機房的穩定運行、減少火災的二次損失具有顯著作用,在通信機房消防領域中具有較大的應用潛力。目前國家及地方規范缺少高壓細水霧應用于通信機房的詳細指導條文,在設計時沒有針對性的可參考的規范,因此高壓細水霧在后期設計及推廣方面有待新規范及相關指導規程的出臺.

 

標準層高壓細水霧系統原理

 

每套高壓細水霧系統包括高壓細水霧泵組[含高壓柱塞泵(5臺,4用1備)、穩壓泵(2臺,1用1備)]、補水增壓泵(2臺,1用1備)、水箱、分區閥(分區控制閥、開式區域閥)、細水霧噴頭及管路、報警控制系統等(見上圖)。

 

泵組中,穩壓泵的作用是維持分區控制閥前的管網壓力,并確保第一點火災探測器報警時,分區控制閥至開式區域閥組間管網的預充水。

 

補水增壓泵的作用是保持高壓泵(柱塞泵)入口的正壓壓力,確保其高效率工作。

 

開式區域閥組設于對應的防護分區(單間檔案庫房)的外部便于操作的位置。開式區域閥組在確認火災信號(第二點火災探測器報警)后打開,系統正式進入滅火狀態。

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