劉建民

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

1 改造必要性分析

某電站倉庫采用低壓二氧化碳全淹沒氣體滅火系統(tǒng)用以撲滅保護區(qū)的氣體、液體、固體火災。該系統(tǒng)通過組合分配系統(tǒng)對3 個防護區(qū)進行保護，防護區(qū)分別為倉庫一層的恒濕庫、二層的恒濕庫與恒溫恒濕庫。在火災情況下，該系統(tǒng)噴放足夠濃度的二氧化碳氣體，減少保護區(qū)的火災損失，確保人員安全撤離。系統(tǒng)主要由滅火劑儲罐、附屬制冷機、主閥、選擇閥、機械應急啟動裝置、安全閥、滅火控制裝置、噴嘴和管道等部件組成，可通過自動控制、手動控制或機械應急操作方式滅火。

系統(tǒng)中滅火劑儲罐共有9 臺，均為額定壓力2.0 MPa、容積0.5 m3的立式焊接儲罐。自2003 年開始投入運行，目前已接近《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的鋼質(zhì)焊接儲罐設(shè)計使用年限20 年，且該儲罐已停產(chǎn)，無法采購同類型儲罐進行更換。滅火劑儲罐及其附屬制冷系統(tǒng)和相應管線、閥門在運行多年后，出現(xiàn)老化等情況，設(shè)備故障頻發(fā)。對歷年來的故障進行統(tǒng)計，主要有以下2 點：

（1）滅火劑儲罐高壓報警。滅火劑儲罐正常運行壓力為2.0±0.2 MPa，由于滅火劑儲罐的附屬制冷系統(tǒng)運行效果差，每年夏季都會有滅火劑儲罐出現(xiàn)高壓報警情況，當壓力超出正常運行壓力上限后，還會導致滅火劑儲罐安全閥動作，滅火劑從安全閥流失情況。

（2）滅火劑儲罐低液位或空罐報警。儲罐中滅火劑存量通過安裝在儲罐內(nèi)的光電液位儀監(jiān)測，當滅火劑存量減少10%時顯示低液位，滅火劑排空時顯示空罐信號。由于滅火劑儲罐的氣相平衡閥、液相充裝閥等邊界閥密封不嚴和儲罐高壓導致安全閥動作等原因，會出現(xiàn)滅火劑流失的情況，即會導致滅火劑儲罐出現(xiàn)低液位或空罐報警。

上述故障嚴重影響了低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

氣體滅火系統(tǒng)是減輕火災事故傷害而采取的防范控制措施，對于消防安全是必要的?，F(xiàn)有低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)繼續(xù)運行將導致滅火劑儲罐超出設(shè)計使用年限，同時系統(tǒng)設(shè)備故障率較高，存在較大的安全隱患。為保證電站倉庫物項、人員的安全，有必要對該系統(tǒng)進行改造。

2 氣體滅火系統(tǒng)比選

該電站倉庫低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)的保護區(qū)包括2 個恒濕庫和1 個恒溫恒濕庫，其火災危險性為丙類，耐火等級為一級。選取市場上常見的七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)和高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)進行比較。

2.1 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)是一種高效能的滅火設(shè)備，其滅火劑HFC-ea 是一種新型高效的滅火劑，為無色、無味、不導電、無二次污染的氣體，對臭氧層無破壞，在大氣中的殘留時間比較短，環(huán)保性能優(yōu)越。七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火濃度低，滅火劑用量較少，鋼瓶使用量少，所占空間少。發(fā)生火災時，七氟丙烷滅火系統(tǒng)會自動噴出七氟丙烷氣體，七氟丙烷滅火以化學抑制為主，物理窒息和降溫為輔。系統(tǒng)裝置設(shè)計先進、性能可靠，操作簡單，環(huán)保良好。

2.2 二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)

根據(jù)儲存壓力的不同，二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)可分為高壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)和低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)。高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)能夠以常溫的方式儲存滅火劑，降低了日常的維護成本，較高的儲存壓力使滅火劑允許有較長的輸送距離，同時因為壓力較高對儲存環(huán)境的溫度要求比較嚴格。低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)采用制冷系統(tǒng)來降低滅火劑的儲存壓力，同時也降低了管網(wǎng)的設(shè)計壓力，由于降低了儲存壓力，使該系統(tǒng)的輸送距離隨之降低，對于防護區(qū)數(shù)量較多的工程增加了滅火系統(tǒng)的數(shù)量，且制冷機使用年限較短，制冷效果隨著設(shè)備老化會大幅減弱，需頻繁更換，增加了系統(tǒng)的日常維護成本。

2.3 3種氣體滅火系統(tǒng)對比分析

根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，低壓和高壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計濃度均為47%，所需滅火劑儲存用量為5040 kg。原低壓二氧化碳儲罐目前已停產(chǎn)，此次改造選擇市場上常見的2 個含滅火劑量3000 kg 的儲罐，儲罐尺寸為L×B×H=4.00 m×1.45 m×1.90 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬×高為6.88 m×6.00 m×3.00 m，在不破壞原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，低壓二氧化碳儲罐的安裝高度極為緊張，并且后續(xù)維修難度很大。

對于高壓二氧化碳滅火系統(tǒng)，市場上常用的高壓二氧化碳滅火劑儲瓶規(guī)格有40 L 和70 L，本次設(shè)計選擇70 L 的儲瓶。根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，高壓二氧化碳儲瓶數(shù)量計算：

式中 Np——高壓二氧化碳儲瓶數(shù)量，只

Mc——二氧化碳儲存量，kg

a——充裝系數(shù)，kg/L

V0——單個儲瓶的容積，L

根據(jù)式（1）計算，高壓二氧化碳儲瓶共需120 個。鋼瓶布置間距為0.31 m，在鋼瓶布置4 排的情況下鋼瓶支架總長為9.45 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬為6.88 m×6.00 m，原有氣瓶間的空間不能滿足設(shè)計要求，需將原有氣瓶間擴充面積。

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計濃度為10%，經(jīng)過計算所需滅火劑儲存用量為2972 kg，本次設(shè)計選取4.2 MPa、120 L 的儲瓶，根據(jù)藥劑總量共需44 只儲瓶。鋼瓶布置間距為0.38 m，在鋼瓶布置4 排的情況下鋼瓶支架總長為4.37 m。原有建筑氣瓶間尺寸長×寬為6.88 m×6.00 m，可以滿足氣瓶布置要求。

根據(jù)以上計算與分析，3 種氣體滅火系統(tǒng)的具體技術(shù)比較如表1 所示。

表1 氣體滅火系統(tǒng)技術(shù)比較

從表1 可以看出，七氟丙烷滅火系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①適用于有人工作的場所；②滅火效率高，速度快，滅火劑用量小；③潔凈環(huán)保具有良好的清潔性，在大氣中完全汽化不留殘渣；④無需對原有建筑氣瓶間尺寸進行改造，工程量較少。

綜上所述，考慮消防系統(tǒng)安全性和改造工程量因素，恒濕庫和恒溫恒濕庫低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)改造建議選擇七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。

3 改造方案

電站倉庫的防護區(qū)共有3 個，各個防護區(qū)面積和體積如表2所示，根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，適宜采用管網(wǎng)滅火系統(tǒng)。同時根據(jù)現(xiàn)有低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計和改造成本考慮，設(shè)置組合分配系統(tǒng)較為適宜。各防護區(qū)選取的七氟丙烷氣體滅火設(shè)計參數(shù)參考圖書、檔案、票據(jù)和文物資料庫等防護區(qū)，滅火設(shè)計濃度選擇10%，實際應用濃度不應大于1.1 倍，即11%。

表2 各防護區(qū)參數(shù)

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》和各防護區(qū)參數(shù)表（表2），初步計算得到各防護區(qū)需要的藥劑量和使用儲瓶數(shù)量等結(jié)果如表3 所示。其中儲瓶選用二級增壓焊接結(jié)構(gòu)，增壓壓力4.2 MPa，儲瓶容積120 L。

表3 系統(tǒng)設(shè)計計算結(jié)果

防護區(qū)滅火設(shè)計用量計算：

式中 W——滅火設(shè)計用量，kg

C1——滅火設(shè)計濃度，%

S——滅火劑過熱蒸汽在101 kPa 大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容，m3/kg

V——防護區(qū)的凈容積，m3

K——海拔高度修正系數(shù)

滅火劑過熱蒸汽在101 kPa 大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容計算：

式中 T——防護區(qū)最低環(huán)境溫度，℃；此次取值20 ℃

K1——海拔高度修正系數(shù)，此次取值0.126 9

K2——海拔高度修正系數(shù)，此次取值0.000 513

系統(tǒng)儲存量計算：

式中 W0——系統(tǒng)儲存量，kg

ΔW1——儲存容器內(nèi)的滅火劑剩余量，kg

ΔW2——管道內(nèi)的滅火劑剩余量，kg；對于均衡管網(wǎng)和只含1 個封閉空間的非均衡管網(wǎng)，其管網(wǎng)內(nèi)的剩余量均可不計

通過上述計算與論證，將原低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)改造為七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)是完全可行的，并且七氟丙烷滅火系統(tǒng)滅火濃度低，鋼瓶使用量少，所占空間少，可以不擴充原有氣瓶間。同時考慮到二氧化碳氣體會導致人員窒息的影響，改造為七氟丙烷滅火系統(tǒng)后的安全性將優(yōu)于高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)。

4 結(jié)語

通過對七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)和高壓、低壓二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)進行對比分析，對七氟丙烷藥劑用量等參數(shù)進行計算，給出了某電站倉庫氣體滅火系統(tǒng)改造的建議方案，可以作為后續(xù)系統(tǒng)改造的參考。