七氟丙烷氣體滅火技術在大型通信機房中的應用研究

摘要：主要探討了七氟丙烷氣體滅火技術在大型通信機房中的應用。七氟丙烷是一種高效、無色、無味、無毒且不導電的干性化學氣體滅火劑，具有極佳的環保特性（ODP值為0，低GWP值），適合于保護電子設備、通信系統等關鍵環境的火災撲救。分析了該技術的滅火性能、環境適應性以及經濟效益，并基于一個實際案例，詳細計算了七氟丙烷的需求量、防護區設計要求、泄壓口設置以及主干管內徑選擇。研究表明，使用組合分配滅火系統可以有效降低投資成本，同時確保高效的消防保護和設施安全。

關鍵詞：七氟丙烷；氣體滅火技術；大型通信機房

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）03-0039-04

隨著大型通信機房設施的普及和技術的演進，對滅火技術提出了更高的要求。傳統的水基和泡沫滅火方式可能會損害敏感的電子設備，導致數據丟失。七氟丙烷氣體滅火技術因其快速反應和對設備的最小損傷性以及環保特性在大型通信機房火災防護中顯示出巨大優勢。本文旨在評估七氟丙烷滅火技術在大型通信機房中應用的實踐效果，為未來的滅火策略提供科學依據。

1 七氟丙烷氣體滅火技術概述

七氟丙烷（化學英文名稱：Heptafluoropropane），化學結構式為CF3CHFCF3，也被稱為HFC-227ea，是一種干性化學氣體滅火劑，廣泛應用于現代滅火系統中。它屬于氫氟碳化合物（HFC）家族，由于其高效、環保、無色、無味、無毒且不導電的特點，被認為是哈龍1211和1301（即鹵代烴類滅火劑）替代品的首要選擇。相比傳統的水和泡沫滅火劑，七氟丙烷不會對被保護物體造成損害，因而特別適用于電子設備、通信系統、精密儀器、文獻資料等重要場所和設施的滅火保護。該滅火技術以物理方式抑制火焰，主要通過吸收熱量和減少火焰區域的氧濃度來撲滅火勢，七氟丙烷滅火系統通常在火災發生初期就迅速啟動，能夠在短時間內控制甚至撲滅火焰[1]。七氟丙烷的環境影響相對較小，它的臭氧破壞潛值（ODP）為0，全球變暖潛值（GWP）也遠低于鹵代烴滅火劑，因此被視為更可持續的滅火選擇。盡管如此，其GWP值仍然存在，因此在使用和處理時也應關注其對氣候變化的潛在影響。在設計時，系統會計算出空間所需的最佳七氟丙烷濃度，并通過氣體噴射頭均勻分布滅火劑，以達到最快的滅火效果。

2 七氟丙烷氣體滅火技術在大型通信機房中的應用優勢

2.1? 高效的滅火性能和快速反應

七氟丙烷作為一種干式化學滅火劑，尤其適用于需要快速撲滅火災同時最大程度保護設備的場合。大型通信機房通常含有高價值的電子設備和關鍵數據，對滅火速度和滅火效果有極高要求。在此背景下，七氟丙烷氣體滅火技術展現出突出優勢。一是七氟丙烷具有優異的滅火效率，它通過物理和化學兩種機制作用于火源。物理滅火作用是指七氟丙烷釋放后迅速膨脹，能有效降低空間內的氧濃度，從而抑制燃燒；化學滅火作用則是指該化合物在火焰區域分解產生的自由基能夠中和火焰中的自由基，從而終止化學鏈反應。這種雙重作用使其能在短時間內將火焰撲滅。二是七氟丙烷滅火系統響應迅速，只需幾秒鐘即可釋放足夠量的滅火劑覆蓋受保護區域?？焖俚臏缁鸱磻茱@著減少災害對設備和數據的損害，保障通信機房運轉的連續性。更進一步，七氟丙烷撲滅火焰后不會留下任何殘留物，對電子設備及其敏感部件無腐蝕害，不會導致次生損害。

2.2? 無損傷性和環境適應性

大型通信機房中有許多敏感設備，如服務器、交換設備、存儲設備等，這些設備不僅具有極高的價值，而且關聯著服務的穩定性和數據的安全。傳統的水霧或泡沫滅火技術在撲滅火災的同時，可能會對這些設備造成損壞，甚至導致數據丟失。而七氟丙烷氣體滅火技術則能在無水無污染的環境中完成滅火。由于七氟丙烷是一種氣體，它能夠在釋放后迅速均勻分布到整個保護區域，包括難以觸及的角落或通風系統內部，確?；馂牡玫饺鎿錅?。與此同時，七氟丙烷在常溫下為氣態，不會導致通信機房內部溫度升高，避免了對設備性能和穩定性的負面影響。環境適應性方面，七氟丙烷不具有臭氧耗竭潛勢（ODP值為0），且全球變暖潛值（GWP值）相對較低[2]。它符合目前的環境保護要求，盡可能減少了對環境的負面影響。盡管它的溫室效應比二氧化碳高，但由于其用量相對較少，整體對氣候變化產生的影響有限。

2.3? 兼容性及經濟效益

通信機房需要考慮長期的經濟效益和系統的可持續性。七氟丙烷滅火系統具有較好的經濟性和可維護性，可以為通信機房提供長期穩定的安全保障。從系統的安裝、使用到維護，七氟丙烷系統都顯示出其經濟和實用的特點。該系統的兼容性表現在與現有設施的無縫對接，它可以根據通信機房的具體空間布局進行設計和安裝，最小化對現場操作的干擾。此外，七氟丙烷系統的維護相對簡單，不會對機房日常工作造成影響，并且相較于其他滅火系統，它的維護成本相對較低，不會因頻繁的維護作業而導致過度的經濟負擔。由于其對電子設備無腐蝕和無破壞性的特點，通信機房的運營商在滅火后無需進行大規模的設備更換和維修，無形中節省了潛在的巨大開支。同時，穩定的系統保障減少了意外停機造成的損失，確保了通信服務的高效率和高可靠性。因此，從長遠來看，采用七氟丙烷滅火技術會帶來顯著的經濟效益。

3 七氟丙烷氣體滅火技術在大型通信機房中的應用分析

某大型通信機房及其配套輔助區域，包括各機房、蓄電池、監控、配線等占地400m2，辦公室、會議室占地131m2，回形通道占地67m2。本工程針對上述機房、辦公室、回形通道等共計600m2的區域，實施七氟丙烷氣體自動滅火保護。

3.1? 防護區基本參數

氣體滅火系統為保護特定區域而設計，使之具備在發生火災時可執行有效滅火的條件。該系統的實施基于能夠實現氣體滅火要求的封閉空間，即防護區，成為滅火設施設計的基礎。防護區的設計需滿足一定的環境參數，包括溫度、空間大小、抗火能力、耐壓特性、開口大小以及機械通風和生產操作流程等。具體規定還規定了人員應在30s內完成疏散。在有管網滅火系統使用情況下，建議單個防護區的大小不應超出500m2以及2000m3的容積。在本氣體滅火方案中，共有13個防護區被確定，其中兩個鄰近最小房間組合為一個防護區，其他的機房和設備房保持獨立的防護區狀態。由于這些防護區內的房間都配備了封閉式的門窗，全淹沒滅火系統因此成為首選?？紤]到防護區數量較多的特性，提出使用組合分配滅火系統的設計方案。該方案不僅能夠降低投資成本，同時也利于管理使用和降低維修費用[3]。防護區間的滅火劑是相對獨立的，單個防護區的火災不會對其他區域設備的安全造成影響，從而降低火災可能帶來的經濟損失。各防護區之間的設計應獨立計算，以容積最大的防護區作為滅火劑設計用量的依據。以最大防護區為例，其長度和寬度均為7.2m，凈高為4.45m，故該區域的凈體積為V＝7.2×7.2×4.45＝230.7m3，按預定的8%滅火設計濃度，可推算出所需的滅火劑量。

3.2? 滅火劑用量計算

防護區滅火劑用量W的計算公式如下：

（1）

式中：

W表示七氟丙烷滅火或惰化劑的計算質量，單位為kg。此參數為所需的七氟丙烷總量，以確保在應急情況下能夠有效地滅火或達到惰化效果。

C表示設計時七氟丙烷的濃度百分比（%）。它表明了為了達到滅火或惰化目的，七氟丙烷在防護區域內所需達到的最小濃度。

S表示七氟丙烷過熱蒸氣在標準大氣壓力（101kPa）和防護區的最低環境溫度時的比容，單位為m3/kg。這一參數是根據七氟丙烷的物理特性和環境條件而確定。

V表示防護區的凈容積，表示以m3為單位的防護空間的實際體積，扣除了固定設備和構筑物所占空間后的可用體積。

K表示海拔修正系數，若海拔為0m時，該系數為1。

系統的設置用量應由滅火劑的預定設計用量加上系統中不可避免的殘留量構成。此殘留量主要分為容器內剩余的滅火劑以及管網內可能殘存的量。在本系統中，由于設計了均衡的管網結構，管網內的殘余滅火劑量可以被認定為微不足道，不納入計算范圍。容器內未噴盡的滅火劑量則可以通過生產商提供的產品參數進行計算得出。以一種情況為例，若鋼瓶的設計儲存壓力為2.5MPa，當內部氣體釋放至外部大氣壓力（即0.101MPa）后，計算顯示容器內剩余的滅火劑約為設計容量的4%，這相當于5.85kg的量[4]。

由于該工程防護區總數超過8個，規定要求備份系統的滅火劑量應當是基本設定用量的100%。據此，通信機房氣體滅火系統需儲備的七氟丙烷總量由基本滅火劑量、容器內殘留量以及為0的管網殘留量（基于均衡管網設計）和規定的備份量共同構成，計算結果為146.26＋

5.85＋0＋146.26＝298.37kg。依據規定，七氟丙烷的儲存密度不應超過1150kg/m3。若選用容積為40L的儲氣容器，每個容器最多能裝載46kg的滅火劑（1150kg/m3×40L×10-3m3/L）。根據這些參數得出的初步計算結果，至少需要6.49個儲氣容器來滿足設定的總容量。然而，在實踐中，需取整數容器數量，因此至少需要7個容器。

3.3? 泄壓口設置

根據GB50370—2005《氣體滅火系統設計規范》的規定，防護區必須配備泄壓設施，其中七氟丙烷滅火系統的泄壓口應設置在防護區凈高的2/3以上位置。然而，在許多現場工程實踐中，常見未按照規范設置泄壓口，或僅在墻體上簡單開孔的情況，這與規范要求不相符。通常，泄壓口應安裝在防護區的外墻或內墻之上，在非火災狀態下保持封閉。在火災發生時，滅火劑的噴射會使防護區內部壓力迅速升高，超過建筑物的設計允許壓強。當泄壓口受到的氣體壓力達到預定的觸發數值，會立刻啟動排壓機制，開啟泄壓口葉片，以降壓并防止由于內部壓力增加導致的圍護結構損壞和滅火效果受損。壓力下降至預設的安全范圍之后，泄壓口的葉片會重新關閉，以確保防護區內部的滅火劑濃度能夠維持足夠的滅火浸潤時間，實現有效撲滅火情。由此可見，泄壓口的規范設置對于確保氣體滅火效果和圍護結構的安全性具有至關重要的作用。建議設計人員在進行設計和驗收環節，必須細致審查現場安裝是否嚴格遵守規范要求，以保障系統功能的完整性和建筑安全[5]。

3.4? 主干管內徑選擇

在管道網絡系統的設計中，平均設計流量的計算是基于一定的工況條件來確定的。對于七氟丙烷消防系統，設計上通常會采用當系統釋放量達到設計用量的50%時條件下進行。在這種狀態下，容器內的壓力和對應時刻的流量可以被用來估算管道網絡所需要承載的流量。這個特定時刻的流量被假定為平均設計流量，用于后續的管道尺寸計算。

W表示七氟丙烷的設計用量，單位為kg；t是七氟丙烷的噴放時間，單位為s。并且假設通信機房中噴放時間小于7s。在材料選擇上，管道網絡通常采用鍍鋅鋼管。管道的初選直徑可以根據平均設計流量和選定的管道阻力損失范圍，即0.003～0.02MPa/m來計算。

根據鍍鋅鋼管的阻力損失與七氟丙烷流量之間的關聯關系圖，流動量為20.89kg/s時，無論是直徑為50mm還是65mm的鍍鋅鋼管，它們的阻力損失值均處于0.003～0.02MPa/m的范圍內。然而，在相同流量條件下，直徑為65mm的管道表現出較小的阻力損失。因此，在初步的管道直徑選擇中，65mm的內徑被確定為主干管的合適尺寸。

在保持平均設計流量恒定的前提下，可以從圖1中觀察到當主管道內徑增大時，系統整體的阻力損失會明顯下降。這指出，處在系統過程中的儲存容器將經歷更高的內部壓力，相應地，容器內的存儲物質的余量會有所減少。因此，系統能夠以較少的氣瓶數量來維持正常操作。盡管通過擴大支管內徑也有可能減小管道的阻（下轉第54頁）（上接第41頁）力損失，但這一措施會引起管道系統總容積的顯著增加，導致“過程中電”儲存容器內的壓力下降，這可能會阻礙減少氣瓶需求量的目標。因此，綜合考慮工程造價等因素后，采用增大主管道內徑的方案為優先選擇。值得注意的是，在本項目中，所配備的滅火劑的計量是基于保護區域最大容積的假設進行設計。因此，在最小保護區域發生火災時，實際的滅火劑濃度可能超過了預設的8%，可能導致實際濃度升高至12%以上。此時，滅火劑的濃度可能會對人體健康構成風險并潛在地損害保護區域內的結構完整性。在工程設計實踐中，特別是面對最小和最大保護區域體積相差較大的情況，應考慮適量增加氣瓶的數量以及下調七氟丙烷的存儲填充率，從而保證對每一個保護區域施加的滅火劑濃度保持在安全且有效的水平。

4 結束語

通過研究與案例分析，本文證明了七氟丙烷滅火技術在大型通信機房中應用的可行性與有效性。由于其快速滅火能力、低環境影響以及經濟效益，七氟丙烷是保護高價值通信設備和重要數據的理想選擇。設計和實現過程中，需精確計算滅火劑用量，合理布置泄壓口和管路以確保系統性能。展望未來，應繼續關注七氟丙烷氣體滅火系統的環保進步和科技創新，提高其在通信機房防火保護中的應用標準和推廣力度。

參考文獻

[1]何志.七氟丙烷氣體滅火系統設計分析[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術，2022（1）：70-73.

[2]陳叢妍.七氟丙烷氣體滅火系統施工質量控制分析[J].工程質量，2023，41（9）：60-62.

[3]舒中俊，陳濤.“雙碳”目標下潔凈化學氣體滅火劑研究與發展[J].消防科學與技術，2023，42（7）：881-891.

[4]李穎，馬蕭蕭，任曉峰，等.七氟丙烷滅火劑泄漏的實時監測技術研究與實踐[J].數據中心建設+，2022（9）：39-44.

[5]屠越，儀濤，王深哲，等.超細干粉和七氟丙烷滅火劑對電纜溝火災滅火效能影響研究[J].消防科學與技術，2023，42（6）：822-826.