一、引言
　　
　　近年来七氟丙烷气体灭火系统被广泛应用于数据中心,为数据中心的安全运行提供了有效保障。但由于系统结构复杂,接口多、压力高,阀门、管件自身结构受损或与管道、瓶组连接处密封不严,将会发生灭火剂泄漏[1],进而导致灭火剂量无法达到设计用量而影响灭火效果。且七氟丙烷灭火剂具有低毒性,可能会对人身安全造成威胁。根据《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)的规定,气体灭火系统每个钢瓶均需安装压力表,用以检查储存压力以判断灭火剂泄漏情况,确保系统有效灭火。尽管《气体灭火系统及部件》(GB25972-2010)中提出气体灭火系统控制盘宜有灭火剂瓶组中灭火剂泄露报警显示功能,但目前通用的控制盘均无法实现此功能,检查储存压力仍采用定期打开压力表开关现场查看表上数值的人工巡视方式,存在耗时耗力、时效性差等问题[2],且随着数据中心规模的不断扩大,上述问题将更加突出。同时目前钢瓶间、UPS室等放置灭火剂瓶的房间内普遍未对环境灭火剂浓度进行监测,存在灭火剂泄漏导致人员中毒窒息的风险。
　　
　　针对上述问题,本文提出了对七氟丙烷气体灭火系统灭火剂泄漏情况的监测方案进行研究改进。根据七氟丙烷气体和压力容器的特性,在气体灭火系统内部设置钢瓶压力实时监测系统,在系统外部加装环境七氟丙烷泄漏实时监测装置,内外结合实现对钢瓶压力和环境灭火剂浓度的实时监测,以保证灭火剂泄漏的及时发现及处置,确保气体灭火系统的可靠性和安全性。
　　
　　二、七氟丙烷气体灭火系统概述
　　
　　七氟丙烷气体灭火系统是在规定的时间内,向防护区喷放设计规定用量的七氟丙烷灭火剂,并使其均匀地充满整个防护区的全淹没灭火系统。七氟丙烷气体灭火系统因具有洁净环保、灭火效率高、对保护对象损害小等特点,主要用于扑救电器和电子设备、通讯设备、易燃、可燃的液体和气体、其他高价值的财产等火灾[3],因此常被应用在重要的电子信息机房、图书馆和档案馆等场所。
　　
　　2.1系统分类及工作原理
　　
　　2.1.1管网式灭火系统
　　
　　管网式七氟丙烷气体灭火系统主要由灭火剂瓶组、驱动气体瓶组、单向阀、驱动装置、集流管、连接管、喷嘴、信号反馈装置、安全泄放装置、控制盘、检漏装置、低泄高封阀、管路管件等部件构成。灭火剂瓶组由灭火剂及容器、容器阀、安全泄放装置、检漏装置等组成;驱动气体瓶组由充装的气体及容器、容器阀、安全泄放装置等组成[4]。管网式灭火系统的储存装置一般设在专用钢瓶间内。当某防护区发生火灾时,控制盘将发出该区的驱动瓶启动指令。驱动瓶启动后,启动气体会沿启动管路首先打开该区的选择阀,然后再经过单向阀打开所需相应数量的灭火剂瓶,使灭火剂经集流管及已打开的选择阀,输送到防护区。管网式七氟丙烷气体灭火系统原理如图1所示[5]。　　

　　2.1.2预制式灭火系统
　　
　　预制式灭火系统是按一定的应用条件,将灭火剂储存装置和喷放组件等预先设计、组装成套且具有联动控制功能的灭火系统[3],主要由灭火剂瓶组、管路、喷嘴、信号反馈装置、检漏装置、驱动装置等组成[6]。该系统不设钢瓶间,灭火剂瓶设置在防护区内,适用于较小空间的保护。该系统由一套或几套灭火装置对应一个防护区域,不需要输送管道。系统启动后,灭火剂通过一根很短的管路至喷头后直接喷向所在区域,以实施灭火。
　　
　　邮储银行该数据中心机房采用管网式七氟丙烷气体灭火系统,部分UPS室、电池室等小空间房间采用预制式七氟丙烷气体灭火系统。
　　
　　2.2灭火系统储存容器压力
　　
　　七氟丙烷储存的初始压力是影响喷头流量的一个固有因素。七氟丙烷20℃时的蒸气压为0.39MPa,其在环境温度下储存,自身蒸气压不足以将灭火剂从灭火系统中输送喷放到防护区。为此,通常在储存容器中采用氮气给灭火剂增压。为了设计方便,储存容器的增压压力宜分为2.5MPa、4.2MPa、5.6MPa三级。系统管网长、流损大的,可选用4.2MPa及5.6MPa增压级;管网短、流损小的,可选用2.5MPa增压级[3]。
　　
　　邮储银行该数据中心使用的管网式七氟丙烷气体灭火系统灭火剂储存容器的增压压力为4.2MPa,驱动气体储存容器的增压压力为5.6MPa;预制式七氟丙烷气体灭火系统储存容器的增压压力为2.5MPa。
　　
　　三、目前存在的问题
　　
　　3.1人工巡检钢瓶压力费时费力、实时性和准确性差
　　
　　为防止灭火剂泄漏给防护区带来安全隐患,每月应检查七氟丙烷灭火系统灭火剂和驱动气体储存容器内的压力,储存压力不得小于设计值的90%[7],如不满足上述要求,需及时补充灭火剂,确保灭火系统的可用性。
　　
　　目前七氟丙烷气体灭火系统通常采用指针式压力表。从日常运维情况看,如压力表一直处于带压状态,虽能直接读取表盘压力,但内部弹簧元件长期受压易引发形变或失灵,压力表会产生压力显示不准确、压力表不复位归零以及压力表漏气等故障[8]。这对压力表制造工艺、元件抗疲劳能力都提出了非常苛刻的要求。因此,为防止上述故障的产生,通常将压力表调整为不带压状态以保护压力表内部弹簧元件。当需要检测瓶组压力时,维保人员需使用工具打开容器阀上的压力表开关,观察压力表上的数值判断瓶组内压力是否充足,检查完毕后,关闭压力表开关,再将压力表拧松,泄放出压力表内气体,复位后,瓶组压力检测完成[9]。上述压力表读数步骤繁琐,对于大中型数据中心,运维人力及管理成本高。
　　
　　另外,采用人工定期巡检方式的数据实时性较差,钢瓶压力发生突然变化时无法及时发现并排除隐患。同时指针式压力表仅标识有压力正常范围,没有精确的压力数值刻度,只能通过目测估计瓶内压力数值,存在由于人的观察视角不同而读数出现偏差的现象[2],且人工巡检记录数据易出现错漏重复的问题,无法保证数据准确性。
　　
　　3.2钢瓶间等房间灭火剂泄漏可能影响人身安全
　　
　　七氟丙烷具有无色、无味、低毒性的特点,其有毒性反应浓度(LOAEL浓度,即能观察到由灭火剂毒性影响产生生理反应的灭火剂最小浓度)为10.5%,因此为保证人身安全和设备安全,根据《气体灭火系统设计规范》(GB50370-2005)的规定,通讯机房和电子计算机房等防护区的灭火设计浓度采用8%。由于灭火剂设计用量是按照防护区容积进行计算的,如在钢瓶间等小空间内灭火剂发生泄漏,环境灭火剂浓度可能超出安全限值,将对人身安全造成影响。
　　
　　四、改进方案
　　
　　4.1钢瓶压力实时监测方案
　　
　　钢瓶压力实时监测系统通过技术手段在监控主机端实时准确监测不同位置的钢瓶压力信号数值,能第一时间发现瓶组由于泄漏等各种可能引起压力降低的异常信息,并发出相应的声、光报警。同时记录存储各瓶组压力值及报警信息,可通过积累的压力数据的变化趋势进行故障预判。该系统的应用可有效避免漏检漏修,提高设备维保的质量和效率,尽可能减少灭火剂损失成本,同时减少人力耗损,降低人力成本。
　　
　　4.1.1系统架构及功能
　　
　　钢瓶压力实时监测系统由监控主机、气体灭火探测器、压力传感器等组成,系统架构如图2所示。
　　
　　1）压力传感器
　　
　　压力传感器是该系统中最基础的设备,在每个驱动瓶、灭火剂瓶上均安装一个,代替目前常用的指针式压力表。其为1-5V电压型传感器,采用薄膜应变片,可实时显示压力变化数值。
　　
　　2）气体灭火探测器
　　
　　气体灭火探测器设置在钢瓶间、UPS室等房间内墙面上,为总线编址型现场设备,用于监测各钢瓶的实时压力信号,并将钢瓶的压力、传感器故障等信号实时上传至监控主机。探测器电源由监控主机自身配置的一组DC27V/3A输出电源供电。
　　
　　3）监控主机
　　
　　监控主机采用壁挂形式安装在消防中控室内,用于实时监测传感器的状态信息进行报警和显示,具体功能如下:
　　
　　①报警:监控主机各功能板卡、电源以及所连接的各种功能模块一旦出现问题,监控主机会在第一时间报出故障。
　　
　　②探测器屏蔽与开放:系统运行过程中,如有气体灭火探测器发生损坏,在更新部件前可将其屏蔽,更新完成后再开放。探测器被屏蔽后,监控主机屏幕上将显示被屏蔽探测器的相关信息。
　　
　　③查询部件信息:可通过查询菜单查询相关信息,包括气体灭火探测器注释信息、在线接口模块的类型及状态等。
　　
　　④查询历史记录:可查询监控主机开机、关机、复位、报警、故障等历史记录信息。
　　
　　⑤主备电源切换：监控主机设有备用电池组。当主电工作时，监控主机会自动对备用电池组充电；当主电断电时，监控主机会自动切换到电池供电。
　　
　　4.1.2系统特点
　　
　　1）压力传感器为RS485输出；采用全量程温度补偿技术，精度不受温度影响；体积小巧，安装方便。
　　
　　2）气体灭火探测器与监控主机间采用无极性两总线连接通信方式；支持编码器编址和监控主机编址；可实现传感器类型的自动适配检测，与配置不同可产生故障报警，并对传感器故障进行检测；支持四通道检测，每通道可单独配置；精度高，误差≤5%；结构件采用阻燃材料，满足V0等级阻燃要求。
　　
　　3）监控主机采用集成模块化设计,整套系统由显示板、电源板、总线板、电池四部分组成;内置WIFI无线通讯模块,WIFI调试分为内网调试和远程调试两种模式。内网调试可近距离通过PC端或手机端连接监控主机热点,完成工程文件的下载、上传、升级程序及对监控主机的查询、设置等。远程调试是将监控主机通过无线网络连接云端，实现远程调试；监控主机采用数字总线通讯协议，报警响应快；可对输出线路的接地进行检测，当线路对地绝缘异常时可进行报警提示；监控主机软硬件都具有良好的抗干扰措施；监测部件对气体灭火系统的结构和功能不产生影响，系统安全可靠。
　　
　　4.2环境灭火剂浓度实时监测方案
　　
　　4.2.1装置功能及组成
　　
　　七氟丙烷灭火剂浓度实时监测装置以壁挂形式安装在钢瓶间、UPS室等房间内,采用扩散式测量方式对受限空间七氟丙烷气体浓度进行24小时连续监测,对于浓度超标的现场可发出声光报警。该装置工作电源为DC24V/1A,由主体、热导气体传感器、报警器、进线口等组成,其结构组成如图3所示。同时在房间入口外加装分体式声光报警器,并连接至监测装置的报警输出接口,实现房间内外同时报警,以确保运维人员的人身安全。
　　
　　4.2.2装置特点
　　
　　该装置设有高清彩屏人机界面,可实时显示浓度、报警状态;多方位立体指示报警状态,报警方式包含声光报警、显示屏视觉报警等,报警种类包含浓度报警、故障报警;具有零点跟踪、温度补偿、目标点多级校准能力,保证测量的准确度;可防止浓度校准误操作、电源正负极反接,避免人为因素造成不良影响;可通过红外遥控器进行一键式操作,如修改报警点、浓度校准、零点校准、消音、恢复出厂设置等;可记录故障、维修、校准日志等,对传感器寿命到期、下次浓度校准时间进行提醒;本安电路设计,具有防爆性能,同时具有二级防雷、防静电能力,抗高强度脉冲浪涌电流冲击。
　　
　　五、应用实践及测试
　　
　　5.1钢瓶压力实时监测系统
　　
　　邮储银行该数据中心七氟丙烷气体灭火系统钢瓶更新项目已采用钢瓶压力实时监测系统,图4为应用情况现场图。钢瓶间压力传感器引线穿管进入气体灭火探测器,探测器引线穿管接入消防中控室监控主机。
　　
　　根据《气体灭火系统及部件》(GB25972-2010)的要求,安装在灭火系统中具有泄漏报警功能的压力显示器,当瓶组内压力损失达到贮存温度条件下工作压力的10%或低于最小工作压力时,应能可靠报警。为检测系统工作可靠性,在监控主机上将被测瓶组的压力报警阈值设置为当前监控主机显示的该瓶组压力值,测试报警时监控主机读数和压力传感器读数。测试结果如表1所示。
　　
　　从测试数据看出,系统报警可靠,监控主机与压力传感器之间读数误差≤5%,满足使用要求。
　　
　　5.2环境灭火剂浓度实时监测装置
　　
　　邮储银行该数据中心已采用七氟丙烷浓度实时监测装置,图5为电池室应用情况现场图。防爆接线箱进线由墙面市电电源引线穿管接入,其出线穿管进入监测装置的进线口。
　　
　　六、结论
　　
　　智能化是数据中心运维发展的必然趋势,实时监测是实现智能运维的前提条件。本文对数据中心七氟丙烷气体灭火系统钢瓶压力和环境灭火剂浓度的实时监测方案进行探索应用,可降低安全风险、保证安全运行,同时节省人力资源、提高运维效率,体现了“智慧消防”的建设理念。该方案具有较强的可推广性,对于其他气体灭火系统应用场所,也有一定的参考价值。
　　
　　参考文献
　　
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　　[4]GB25972-2010气体灭火系统及部件[S].北京:中国标准出版社,2011.
　　
　　[5]07S207气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置[S].北京:中国计划出版社,2007.
　　
　　[6]GB16670-2006柜式气体灭火装置[S].北京:中国标准出版社,2006.
　　
　　[7]GB50263-2007气体灭火系统施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社,2007.
　　
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　　[9]俞颖飞,王江陵,陈武.气体灭火系统瓶组压力远程监控系统设计[J].浙江:消防科学与技术,2016,35(9):1264-1266.
　　
　　作者简介
　　
　　李颖（1984-）,女,中国邮政储蓄银行股份有限公司数据中心,基础设施建设与运维管理,副主任工程师,北京交通大学安全技术及工程专业硕士研究生,主要负责邮储银行数据中心基础设施的规划、建设及运维管理。
　　
　　编辑：Harris