深圳高阳通讯楼七氟丙烷灭火系统设计.docx

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深圳高阳通讯楼七氟丙烷灭火系统设计

前言

随着近五十年的经济迅速发展，各种现代化的设备、仪器的经济含量越来越高，俗知的水扑救火灾已无法满足现代化的大楼、设备、仪器的保护，气体灭火系统应运而生。

基于近几年全球二氧化碳温室效应的威胁，不破坏大气臭氧层的气体灭火剂被重视起来，相应出现了CO2、七氟丙烷等哈龙灭火剂的替代物。

CO2是最为普遍的高压气体灭火系统，但不能用于人员较多的场所，就通讯楼主机房等场所，更为理想的是使用七氟丙烷灭火剂，在哈龙替代物中七氟丙烷的ODP（破坏臭氧潜能）指数为零，且现在国内以具有一定的生产能力，故本系统采用七氟丙烷根据《七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体灭火系统设计规范（建议草案）》进行设计。

深圳高阳通讯楼七氟丙烷灭火系统设计

摘要：

本文根据深圳高阳万国电脑有限公司通讯楼的具体工程概况，采用全淹没式七氟丙烷（FM-200）灭火系统对其进行保护，同时对目前哈龙灭火系统替代产品的灭火性能、使用场所及对环境与人身安全影响进行了分析，对七氟丙烷（FM-200）气体灭火系统的灭火机理、设计要求以及系统维护进行了全面的调查、分析与研究，包括自动报警系统的设计和一些必要的安全疏散要求以及对系统的经济预算，完成了本文设计。

关键词：

哈龙七氟丙烷自动报警经济预算

FM-200AriformExtinguishSystem’sDesignof

CommunicativeFloorinGaoYangLimitedCompany

Abstract：

ThissubstitutionaccordingtothespecificprojectsituationofcommunicativefloorinShenzhenGaoYangWanGuocomputerlimitedcompany,itsdecidedtoadoptFM-200totalfloodingextinguishessystemstoprotectit.Asthesametime,itsextinctivecharacteristic,applicableplaceanditseffecttoenvironmentandpersonalsafetyofhalonextinguishsystemsnowadaysisanalyzedinthispaper.Itmakesanall-roundresearch,analysisandstudytoitwiththeextinctivetheory,planningdemandandsystemicconservationofFM-200,includingthedesignforautomaticalarmsystemsandsomeessentialclaimforsafetydecentralizationandtheeconomybudgetforthewholesystem.Andcompletethedesignofthissubstitution.

Keywords：

HALONFM-200Automaticalarm

Economybudget

摘要

前言--------------------------------1

第一章七氟丙烷（FM-200）灭火系统简介---------------1

第二章现阶段哈龙灭火系统替代品的发展---------------3

第三章深圳市高阳万国电脑系统有限公司通讯楼概况----------7

第四章七氟丙烷灭火系统设计与计算-----------------8

4.1七氟丙烷灭火系统防护区设计----------------8

4.2七氟丙烷灭火系统设计及计算-----------------11

4.3七氟丙烷灭火系统设备选型----------------42

4.4七氟丙烷灭火系统安装与维护---------------45

第五章火灾自动报警系统设计--------------------47

第六章安全疏散--------------------------50

第七章经济预算--------------------------50

后记-------------------------------53

参考文献------------------------------54

第一章

七氟丙烷（FM-200）灭火系统简介

1.1七氟丙烷灭火剂的性质和灭火机理

七氟丙烷（HFC227ea，美国商标名称为FM-200）灭火剂是一种无色、几乎无味、不导电的气体，其化学分子式为CF3CHFCF3，分子量为170，密度大约为空气的6倍，采用高压液化储存。

表1-1七氟丙烷主要物理性能表

沸点（1atm）

（℃）

冰点

（℃）

临界温度（℃）

临界压力

（kPa）

达沸点时的汽化潜热

（环境25℃时试）（kJ/kg）

-16.4

-131.0

101.7

2912

132.6

蒸气压

（25℃）（kPa）

储存压力

（20℃）（kPa）

储存容器最小

工作压力（kPa）

最大充装密度

（kg/m3）

457.7

2500

3500

1150

ODP（%,v/v）

GWP（%，v/v）

LC50（%，v/v）

大气中存活寿命（年）

0

0.3－0.5

>80.0

31－42

注：

ODP—破坏臭氧潜能；GWP—地球变暖潜能；LC50—半数致死浓度

七氟丙烷灭火机理为抑制化学链反应,对于A类和B类火灾均能起到良好的灭火作用。

1.2七氟丙烷气体灭火系统适用范围

（1）七氟丙烷灭火剂可以扑救的火灾：

a）可燃气体火灾，如甲烷、乙烯、煤气、天然气等；

b）甲、乙、丙类液体火灾，如烃类、醇类、有机溶剂类等；

c）可燃固体表面火灾；

d）电气火灾。

防护区内一般含不致发展成固体深位火灾的固体燃料、电气设备或存在少量可燃液体。

其典型燃料为：

a）PC板；

b）绝缘电线电缆；

c）散布于各处的纸张、档案等；

d）少量无盖或翻覆的可燃液体（如酒精、油脂、油漆等）。

（2）七氟丙烷灭火剂不适用于如下材料所发生的火灾：

a）无空气仍能迅速氧化的化学物质的火灾，如硝酸纤维、火药等火灾；

b）活泼金属的火灾，如钠、钾、镁等；

c）金属氢化物、强氧化剂、能自燃的物质的火灾；

d）能自行分解的化学物质的火灾，如有机氧化合物和联胺。

（3）人员暴露限制：

a）9%体积浓度以下，人员暴露无限制；

b）大于9%至10.5%，限制人员暴露至1min；

c）10.5%以上的体积浓度避免暴露。

1.3七氟丙烷对环境的影响

七氟丙烷灭火剂不会破坏大气臭氧层，在大气中的残留时间也比较短，其环保性能明显优于卤代烷（Halon）“1301”。

七氟丙烷的毒性较低，对人体产生不良影响的体积浓度临界值为9%，并允许在浓度为10.5%的情况下使用1min。

七氟丙烷的设计灭火浓度为7%，因此，正常情况下对人体不会产生不良的影响，可用于经常有人活动的场所。

关于七氟丙烷灭火剂的毒性及致癌问题，目前国际学术界仍有争议。

另外，七氟丙烷在灭火过程中会分解出微量的氢氟酸的有害气体（HF），HF是一种对人体有高度腐蚀性的气体，对皮肤有强烈的刺激作用。

HF的形成与着火的温度、分隔的空间和灭火时间的长短有关，而灭火时间则与灭火剂的设计浓度和施放时间有着直接的关系。

火灾规模大，施放时间长，所产生的HF浓度高。

它的浓度比哈龙1301灭火剂所产生的浓度要高2－10倍。

1.4七氟丙烷的毒性试验

通常，在评价替代物时主要考虑其急性毒性。

七氟丙烷的毒性指标可以用NOAEL、LOAEL和LC50来表示。

NOAEL是未观察到不良反应的浓度，在这个浓度下被试验动物未出现可观察到的不良反应。

LOAEL为可观察到不良反应的最低浓度，它是出现不良反应的最低试验浓度。

对于卤化烃类灭火剂，通常是根据心脏对药剂的敏感度来确定这一浓度。

任何灭火剂的设计灭火浓度若低于它的NOAEL值，认为是适合用于有人场所的。

据国内资料报道，七氟丙烷与哈龙1301的灭火浓度和毒性的比较如表3.2。

表3.2七氟丙烷与哈龙1301毒性比较

商品名称

符号

杯式燃烧法浓度（%V/V）

最小设计浓度（%V/V）

NOAEL

（%V/V）

LOAEL

（%V/V）

哈龙1301

Halon1301

3.0

5.0

5.0

7.5

七氟丙烷

HFC-227ea

5.8

7.0

9.0

10.5

LC50是半数致死浓度，即导致半数试验动物死亡的浓度值。

我们采用小鼠急性吸入FM-200气体进行毒性试验，结果当浓度达到80%时，雌性、雄性小鼠均无死亡发生，急性LC50吸入均大于80%。

第二章现阶段哈龙灭火系统替代品的发展

2.1气体灭火系统发展概况

在各种气体灭火剂中，卤代烷（HALON）“1211”和“1301”灭火剂以其灭火效率高、安全洁净、毒性低、腐蚀性小、储存时间长、适用性广等优点而得到了广泛和长期的应用。

80年代初期，研究人员发现，卤代烷灭火剂以及氯氟烃（CFC）制冷剂、喷雾剂、发泡剂等对大气臭氧层造成了明显的耗损破坏，为了保护人类赖以生存的大气臭氧层，在世界环保组织的推动下，联合国环境规划署组织召开了多次国际会议，从1985年起，先后通过了多项关于保护臭氧层的国际条约。

目前，卤代烷（1301）灭火剂已在美国和很多发达国家停止生产和使用；发展中国家（包括中国）也在相继制定停止生产和使用卤代烷灭火剂的计划。

几年来，世界各国的科学家和工程技术人员都在积极寻找替代卤代烷的新型气体灭火剂，并在写列几个方面取得了一定的进展：

（1）积极开发新型环保灭火剂，如EBM气溶胶、烟烙尽（IG541美国商标名称INERGEN）灭火剂等。

（2）继续寻找符合环保要求的卤代烃类灭火剂，如七氟丙烷。

（3）继续发展和完善原由惰性气体灭火系统，改进原有系统之不足。

如低压二氧化碳灭火系统。

2.2哈龙替代品的含义

哈龙替代趋势的含义应包含二个方面，即哈龙替代产品的趋势及非哈龙替代技术的趋势。

哈龙替代品是指不破坏大气臭氧层能最大限度替代哈龙的气体灭火剂，主要用于替代已建成哈龙系统中的灭火剂；非哈龙替代技术则是指不破坏大气臭氧层，并在灭火机理上与哈龙不同，但仍能满足保护防护区安全要求的新的灭火技术，主要用于替代哈龙系统保护新建的防护区。

2.3哈龙替代品的进展

哈龙替代品是指不破坏大气臭氧层能最大限度替代哈龙的气体灭火剂，主要用于替代已建成哈龙系统中的灭火剂。

作为哈龙替代品，首先要不破坏大气臭氧层，并与哈龙同样的灭火机理及相似的物理特性。

目前主要气体灭火剂替代品有以下两种：

（1）EBM气溶胶灭火系统

EBM气溶胶灭火剂是液体或固体微粒，悬浮于气体介质中的一种物体。

这些微粒的粒径大部分小于1μm，具有非常大的比表面积，因此其灭火效率接近于哈龙“1301”的4倍，无毒害、无污染、不损耗大气臭氧层。

它是利用负催化原理，将灭火剂以气溶胶形态通过抑制火焰的燃烧反应实现全淹没、全方位、快速灭火。

电气绝缘性良好。

它的设计灭火剂量70－100g/m3，灭火时间小于180s，喷射时间小于40s，适用于在相对封闭空间，扑救电气线路、通讯机房火灾。

但EBM气溶胶释放后能见度差，故不宜在有人场所、特别是在公共场所不宜使用。

（2）七氟丙烷（FM-200）灭火系统

七氟丙烷是一种化学灭火剂，在目前新开发的哈龙灭火剂替代物中，被认为是研究开发比较成功的一种产品，它是一种无色无味的气体，在一定的压强下呈液态储存，在火灾中具有抑制燃烧过程基本化学反应的能力，其分解物能够中断燃烧过程中化学连锁反应的链传递，因而灭火能力强、灭火速度快。

此外，它还有不导电、不破坏大气臭氧层、毒性较低等优点。

可适用于有人工作的场所，对电子仪器、设备、重要资料等不会造成损害。

九十年代初，国外各大公司投入巨资开展哈龙灭火剂替代品的研制工作。

美国大湖化学公司于1993年推出了商品名为FM200替代哈龙的气体灭火剂。

它的结构为CF3CHFCF3，化学名称为七氟丙烷；国外许多大公司和科研机构竞相对其灭火性能进行测试、研究；并相继开发了固定灭火系统。

1996年，浙江省化工研究院成功地研制出七氟丙烷。

为了促进我国消防工业的发展，逐步将国产的七氟丙烷应用于哈龙灭火系统和灭火装置，替代哈龙灭火剂，公安部消防局1997年初下达任务：

天津消防科学研究所与浙江省化工研究院，共同进行“哈龙替代物应用技术研究” 。

2.4非哈龙替代品的进展

非哈龙替代技术则是指不破坏大气臭氧层，并在灭火机理上与哈龙不同，但仍能满足保护防护区安全要求的新的灭火技术，主要用于替代哈龙系统保护新建的防护区。

现阶段非哈龙替代物主要有以下两种：

（1）二氧化碳灭火系统

二氧化碳气体灭火系统自五十年代起开始在我国应用，至今仍在一些特定场所被大量使用。

二氧化碳是一种良好的灭火剂，属于不导电惰性气体，生产容易，价格低廉。

它的灭火原理主要是通过窒息、隔绝氧气而灭火，在液态二氧化碳灭火剂变成气态二氧化碳时，会由于膨胀作用吸热，使燃烧区温度降低而灭火，其设计灭火浓度为34%－75%，适合于扑灭液体火灾及电气火灾，对经常有人停留或工作的场所，不宜设该系统。

（2）烟烙尽灭火系统

烟烙尽气体灭火剂是由52%氮气、40%氩气及8%二氧化碳混合而成的一种惰性气体（NFPA2001标准中Inergen的代号IG-541就是气体中三种组份简单归结为50%、40%、10%后的简称）。

它的灭火原理是窒息作用，因这些气体都是惰性气体，将它喷向火焰发生地后可迅速降低氧气浓度，使燃烧迅速终止。

其设计灭火浓度为37.5%—42.8%，工作压力15MPa，满足环保要求，适于经常有人停留和工作及对保护对象不产生二次损害的场所。

合理的非哈龙替代技术，必须针对保护对象的特点，遵循安全可靠、方便使用、技术先进、经济合理的原则，同时兼顾生命、财产、环境这三个因素。

只有在灭火效率，系统投资，保护环境、生命这三个方面性能指标均能满足要求，才能在新建防护区内替代哈龙成为非哈龙替代技术趋势。

2.5四种哈龙替代品性能比较与选择

1.灭火效率

灭火效率主要是通过灭火浓度来衡量的，灭火时间及灭火效果也对系统的灭火效率产生一定的影响。

从灭火机理看，七氟丙烷、EBM气溶胶是通过化学抑制终止燃烧反应达到灭火目的，这与卤代烷灭火剂相似。

二氧化碳和烟烙尽是通过减少氧的含量达到窒息灭火。

因此灭火效率从高到低应为卤代烷、七氟丙烷、EBM气溶胶、二氧化碳、烟烙尽灭火系统，其中七氟丙烷在替代品中灭火效率最好。

2.系统投资

影响系统投资的主要因素是系统设备投资及系统维护保养费用等。

由于各种系统投资的相互比例并非为一个定值，本文就以定性分析和经验数据相结合的方法来介绍各系统的投资比例。

（1）系统设备投资

在各个系统设备投资中起主导作用的是钢瓶投资及灭火剂本身的投资。

一般来说，针对某一特定的防护区，气体设计灭火浓度直接决定着灭火剂的用量，也影响到钢瓶的用量。

而当工程内需要保护多个防护区时，系统就会根据众多防护区的具体情况而设计采用组合分配式的形式，共用灭火剂来保护数个甚至数十个防护区，从而大大节约系统设备投资。

其中烟烙尽系统由于气体是以高压气态储存的，其输送距离可长达150米。

所以，当采用组合分配系统时，烟烙尽系统投资的经济性是明显的，且防护区的数量越多、越分散，系统的相对投资就越经济。

（2）系统维护保养费用

系统的维护保养费用主要用于瓶站的维护保养及灭火剂的再填充。

系统的钢瓶设备越多，灭火剂价格越高，则系统维护保养费用就越高。

其中，七氟丙烷的硬件系统可与卤代烷灭火系统进行替换，这样在系统维护上可节省费用。

二氧化碳灭火剂更换周期较长，相对的灭火剂再填充费用较低。

烟烙尽目前主要依靠国外技术，维护费用较高。

EBM气溶胶价格适中，可广泛应用于电力等行业。

3.环境保护

七氟丙烷、EBM气溶胶、二氧化碳、烟烙尽对大气中臭氧层都不破坏，但二氧化碳、七氟丙烷灭火系统在灭火剂释放后遗留产物会在大气中存活一段时间，对大气温室效应有一定影响。

对人身健康安全因素而言,七氟丙烷灭火剂在灭火后会产生一氧化碳、氟氢酸等少量对人体有伤害物质，但在规定设计灭火浓度范围内对人体是安全的。

烟烙尽灭火剂由惰性气体组成，对环境对人体无不良影响。

CO2浓度在空气中达4%－6%时可使人剧烈头痛，当空气中二氧化碳浓度超过20%时，人会死亡，因此不适于有人工作、居住场所灭火。

2.6哈龙替代物选择的原则

（1）在评价气体灭火剂时通常应遵循下列10项原则：

①蒸发后无残留物

2对大气臭氧层的损耗潜能值（ODP）小，甚至为0

3具有较好的灭火性能

4低毒或无毒

5合成物在大气中存留寿命（ALT）短

6温室效应潜能值（GWP）小，甚至为0

7具有良好的气相电绝缘性

8具有良好的稳定性，能够长期储存

9用量宜接近于卤代烷“1301”

10价格不宜过高，经济合理

这10项原则中前4项比较重要，可以作为评价气体灭火剂的主要依据。

（2）哈龙替代物选择的原则：

2ODP值最小原则，即对臭氧层的耗损最小。

3C值最小原则，即灭火浓度小，灭火剂用量少。

4GWP值最小原则，即温室效应小。

5ALT值最小原则，即在大气中存留期短，潜在危险小。

6NOAEL值最大原则，即毒性低。

五个原则具体执行时应综合考虑，统筹兼顾，结合具体条件决定。

第三章深圳市高阳万国电脑系统有限公司通讯楼概况

3.1通讯楼简介

深圳市高阳万国电脑系统有限公司通讯楼共两层，层高均为4.3m，建筑面积为1440m2。

深圳地势平坦，地处热带气候，全年最低气温不低于0℃，海拔高度大约为0m左右。

根据《高层民建筑设计防火规范》GB50045—95规定，本通讯楼耐火等级为一级，危险等级为中Ⅱ。

3.2设计要求

深圳市高阳万国电脑系统有限公司通讯楼，其主机房、UPS室等室内均属计算机等电子设备，投资大，系统重要性高，一旦发生火灾，造成的直接经济损失大，间接经济损失难以估计。

根据《七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体灭火系统设计规范（建议草案）》对其重要设备房间进行保护。

全年最低气温不低于0℃,符合《规范》3.0.2条，防护区的最低环境温度不应低于-10℃的规定。

跟据《电子计算机机房设计规范》8.2.1条，凡设置二氧化碳或卤代烷固定灭火系统及火灾探测器的电子计算机机房，其吊顶的上、下及活动地板下，均应设置探测器和喷嘴的规定，所以对主机房的地板下也应设置喷头和探测器。

第四章七氟丙烷灭火系统设计与计算

4.1七氟丙烷灭火系统防护区设计

4.1.1防护区的设置

根据建筑结构选取全淹没七氟丙烷灭火系统（组合分配均衡管网系统）。

目前七氟丙烷灭火系统仅开发了适用于有限封闭空间的全淹没灭火系统。

全淹没灭火系统是在规定的时间内，向防护区喷射一定浓度的七氟丙烷，并使其均匀地充满整个防护区的灭火系统。

其优点是可扑灭表面火灾和深位火灾，但要求防护区封闭良好。

组合分配系统用一套灭火剂储存装置保护两个或两个以上防护区或保护对象的灭火系统。

其优点是储存容器数和灭火剂用量可以大幅度减少，造价低，维护方便，但设计复杂。

均衡管网系统的优点是有利于各部分灭火剂的均化，各部分空间能同时迅速达到设计浓度，灭火效率高，管网灭火剂剩余量少，管网计算简单，但管路相对复杂，使用范围受均衡条件的限制。

4.1.2防护区的划分

根据《七氟丙烷（HFC-227ea）洁净气体灭火系统设计规范（建议草案）》中第3.0.1条1的规定：

防护区宜以固定的单个封闭空间划分；当同一区间的吊顶和地板下需同时保护时，可合为一个防护区。

以及2的规定：

当采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于500m2；容积不宜大于2000M3个。

通讯楼共两层，各层分别有储气瓶间，既每层均为独立的灭火系统。

一层

A、B、C、D区，既UPS室、高压配电房、配电房、发电机房为单个封闭区间，故分别划分防护区，一层共4个防护区:

A.UPS室S=47.91m2V=206.01m3

B.高压配电房S=33.95m2V=145.99m3

C.配电房S=78.37m2V=336.99m3

D.发电机房S=42.56m2V=183.01m3

二层

媒体存储室可单独设为防护区，主机房容积2803m3>2000m3，面积652m2>500m2，可均分为两个防护区，但是经过计算，分为两个防护区,灭火剂设计用量为993.13kg，可选用JR-120/54型储气瓶10个，但主干管流量达到141.88kg/s，选用DN100的干管会造成干管过长，从而使管道阻力过大，主干管阻力损失就达到0.8135MPa，管路总损失达到1.383MPa，为了是充装率减小，需增加到24个钢瓶才能满足喷头工作压力PC>1/2Pm,实际情况是很难做到在钢瓶间设置20个以上的钢瓶，并且浪费了材料加大了投资，故将主机房分为3个防护区，具体分区如下：

E.主机房左防护区S=127.73m2V=549.24m3

F.主机房中防护区S=294.56m2V=1266.61m3

G.主机房右防护区S=229.71m2V=987.15m3

H.媒体存储室S=84.88m2V=364.98m3

4.1.3增压方式

本系统采用贮气瓶式灭火系统。

贮气瓶式灭火系统是系统中增压气体N2与七氟丙烷灭火剂分开贮存，当施放灭火剂时，增压气体即通过减压阀进入灭火剂贮存容器将灭火剂压出。

这种方式的优点是：

a）保持恒定的喷嘴压力，便于计算；

b）可提高灭火剂储存量，充装比可达0.9；

4.1.4管网系统

按管网布置形式分为均衡管网系统和非均衡管网系统：

均衡管网系统

均衡管网系统必须具备三个条件：

（1）各个喷头，平均质量流量应相等；

（2）在管网上，从第1分流点至各喷头的管道阻力损失，其相互间的最大差值不应大于20%；

（3）管网系统不能采用四通管件进行分流。

均衡管网系统有利于各部分灭火剂的均化，各部分空间能同时达到设计浓度，灭火效率高，管网灭火剂剩余量少，管路相对复杂但便于计算。

非均衡管网系统

非均衡管网系统是不具备均衡管网条件的系统。

各部分灭火剂难以均化，各部分空间难以同时达到设计浓度，影响灭火效率，管网灭火剂剩余量多，浪费多，管网计算复杂。

本工程灭火系统采用均衡管网系统。

4.1.5管网灭火系统组成

灭火系统由储存装置（灭火剂贮瓶、容器阀、单向阀、集流管等）、管道系统（送气管路、选择阀、喷头等）、增压系统（氮气贮瓶、瓶头阀、氮