簡談數(shù)據(jù)中心氣體滅火系統(tǒng)改造方案

潘瑩云

（上海郵電設(shè)計咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 數(shù)據(jù)中心氣體滅火系統(tǒng)建設(shè)必要性及項目簡介

根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，數(shù)據(jù)中心應(yīng)劃分為A、B、C三級。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟(jì)或社會上造成的損失或影響程度確定所屬級別。文章介紹的數(shù)據(jù)中心電子信息系統(tǒng)運行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，定性為A級數(shù)據(jù)中心。

某已建A級數(shù)據(jù)中心已完成三套IG541氣體滅火系統(tǒng)的建設(shè)，并已投入使用。三套系統(tǒng)同品牌、滅火劑儲氣瓶同規(guī)格、系統(tǒng)同啟動方式。共保護(hù)樓內(nèi)24個氣體防護(hù)區(qū)。處于準(zhǔn)工作狀態(tài)的三套IG541氣體滅火系統(tǒng)，在無觸發(fā)狀態(tài)下發(fā)生了滅火劑泄露的情況，泄露區(qū)域在鋼瓶間內(nèi)。泄漏故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)24個氣體防護(hù)區(qū)（包括A類機(jī)房、UPS電力室及高低壓配電室等），約1 865個機(jī)架失去自動滅火保護(hù)，占該數(shù)據(jù)中心區(qū)域的80%以上。根據(jù)GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版），A、B級電子信息系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)的主機(jī)房和基本工作間已記錄磁（紙）介質(zhì)庫應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，并宜采用氣體滅火系統(tǒng)。

雖然故障發(fā)生后對上述機(jī)房及時采取臨時措施，放置了大型推車式滅火器，但這些臨時配備的需要人為直接參與的滅火措施僅能撲滅點狀小規(guī)?；馂?zāi)，不能滿足撲滅規(guī)模較大的火災(zāi)需要，不能滿足GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中“滅火系統(tǒng)的儲存裝置72小時內(nèi)不能重新充裝恢復(fù)工作的，應(yīng)按系統(tǒng)原儲存量的100%設(shè)施備用量”設(shè)置備用瓶的要求。故機(jī)房運行存在重大安全風(fēng)險，為使故障的系統(tǒng)重新恢復(fù)工作狀態(tài)，分析故障原因及制定改造方案迫在眉睫。

2 故障原因分析

根據(jù)TSG 23-2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》第3.7條，鋼制焊接氣瓶設(shè)計使用年限為20年，盛裝腐蝕性氣體的鋼制無縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶設(shè)計使用年限為12年，鋼制無縫氣瓶或者鋁合金氣瓶的實際使用年限可以延長至30年；按照TSG 23-2021《氣瓶安全技術(shù)規(guī)程》第9.3條，鋼制無縫氣瓶、鋼制焊接氣瓶、鋁合金無縫氣瓶（盛裝其他氣體的氣瓶）的定期檢驗周期為3年。發(fā)生泄漏的三套氣體滅火系統(tǒng)定期檢驗且未到報廢年限。

發(fā)生泄露的三套氣體滅火系統(tǒng)為IG541組合分配系統(tǒng)（滅火劑自身驅(qū)動）。系統(tǒng)啟動原理為：當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)自動報警滅火控制器向主動瓶上的電磁啟動器及選擇閥上的電磁啟動器發(fā)出啟動指令，推開主動瓶的容器閥，瓶內(nèi)壓力氣體釋放后通過集流管推開從動瓶的瓶頭閥，使相關(guān)區(qū)域內(nèi)所有氣瓶開啟。滅火劑由集流管通過選擇閥經(jīng)輸送管道、噴嘴，釋放至防護(hù)區(qū)。

三套系統(tǒng)在幾個月內(nèi)先后發(fā)生滅火劑泄漏故障，且泄露情況高度一致，故障發(fā)生后經(jīng)現(xiàn)場查勘后，確認(rèn)現(xiàn)場火災(zāi)自動報警控制器并未發(fā)出指令，主動瓶處及選擇閥上的電磁啟動器也并未啟動，選擇閥未開啟。

在對故障的滅火劑儲氣瓶構(gòu)件進(jìn)行隨機(jī)拆解時，發(fā)現(xiàn)隨機(jī)抽查的10個連接儲氣瓶的容器閥內(nèi)部密封面都有比較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，在對作為容器閥內(nèi)起密封作用的橡膠圈的檢查中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部橡膠圈有不同程度的老化現(xiàn)象，隨著銅制容器閥內(nèi)部密封接觸面日益嚴(yán)重的腐蝕和密封橡膠圈的逐漸老化，在密封接觸面必將有不同程度的凹凸面，當(dāng)老化失去彈性的橡膠圈不能跟隨著密封面的凹凸面而形變時，就會出現(xiàn)縫隙，失去應(yīng)有的密封作用，從而在滅火劑儲氣瓶強大的壓力下導(dǎo)致滅火劑連續(xù)緩慢泄露，當(dāng)滲透區(qū)域在容器閥內(nèi)部活塞頂部小孔時，將導(dǎo)致活塞上側(cè)封閉閥腔內(nèi)壓力不斷升高，直至積聚到大于活塞的下側(cè)的壓力，推動活塞動作，導(dǎo)致滅火劑噴放。三套系統(tǒng)也正是由于系統(tǒng)的部分容器閥內(nèi)部的腐蝕和密封圈老化導(dǎo)致的滅火劑泄露，如圖1。

圖1 腐蝕的容器閥內(nèi)部

無觸發(fā)狀態(tài)下滅火劑噴發(fā)均是在系統(tǒng)選擇閥未得到消防聯(lián)動啟動信號的前提下，受該固定氣體滅火系統(tǒng)啟動方式限制，由于某個儲瓶的容器閥故障導(dǎo)致滅火劑泄露至集流管從而推開了相應(yīng)的從動瓶，導(dǎo)致大量儲瓶內(nèi)的滅火劑涌入集流管，由于選擇閥未開啟，滅火劑從管道連接的薄弱環(huán)節(jié)溢出。此種啟動方式下，一旦某個儲氣瓶的容器閥損壞泄露，就會由于集流管壓力的增高推開至少是同一防護(hù)區(qū)應(yīng)開啟的所有氣消鋼瓶的容器閥。

3 改造方案

3.1 更換整套滅火劑瓶組及系統(tǒng)啟動方式

將泄露的三套有管網(wǎng)IG541氣體滅火系統(tǒng)的啟動方式改為驅(qū)動氣體驅(qū)動。系統(tǒng)主要由驅(qū)動氣體瓶組、滅火劑瓶組、集流管、選擇閥、輸送管道、噴嘴等組成。系統(tǒng)啟動原理為：當(dāng)防護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)自動報警滅火控制器向驅(qū)動瓶上的電磁驅(qū)動裝置發(fā)出啟動指令，氣體驅(qū)動瓶的容器閥開啟，驅(qū)動氣體推開選擇閥，進(jìn)入滅火劑瓶組的驅(qū)動氣體管路，滅火劑瓶上的氣啟動器在驅(qū)動氣體的作用下開啟防護(hù)區(qū)滅火劑瓶組的容器閥，滅火劑進(jìn)入集流管后，通過選擇閥經(jīng)輸送管道、噴嘴，釋放至防護(hù)區(qū)。

以上這種啟動方式并不會因為某個滅火劑儲瓶的容器閥損壞而影響其他的儲瓶的狀態(tài)，只有當(dāng)驅(qū)動氣體瓶組的容器閥損壞，驅(qū)動氣體進(jìn)入驅(qū)動管路，才會推開選擇閥，并打開滅火劑瓶，釋放滅火劑，且容器閥一旦老化，不必更換其總成，僅更換閥內(nèi)配件即可。系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

圖2 IG541組合分配系統(tǒng)構(gòu)成形式（驅(qū)動氣體驅(qū)動）

3.2 更換滅火劑儲氣瓶的容器閥

經(jīng)與三套故障系統(tǒng)的原廠了解，原廠氣體滅火系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)保一年，后期維護(hù)需按照原廠廠標(biāo)執(zhí)行，包括但不限于必須由原廠進(jìn)行產(chǎn)品維護(hù)，半年檢測一次，原廠要求容器閥使用達(dá)到5年建議更換，容器閥及儲瓶使用達(dá)到10年強制更換。故根據(jù)原廠上述要求，要使系統(tǒng)快速恢復(fù)工作狀態(tài)，需對目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有原廠的氣體消防零配件（包括但不限于更換氣瓶、充氣、更換瓶閥總成及連接管等）進(jìn)行同品牌的更換。如原廠廠標(biāo)有變，按實際要求執(zhí)行；如后期維護(hù)單位不是原廠，維護(hù)要求按國標(biāo)執(zhí)行。

3.3 改用自動噴水滅火系統(tǒng)（機(jī)房）+氣體滅火系統(tǒng)

根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》，A級數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房宜設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，也可設(shè)置細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。當(dāng)A級數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電子信息系統(tǒng)在其他數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝有承擔(dān)相同功能的備份系統(tǒng)時，也可設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。將原本采用氣體滅火的電子信息機(jī)房改為采用自動噴水滅火系統(tǒng)保護(hù)（預(yù)作用系統(tǒng)），將在用機(jī)房內(nèi)的氣消管道全部拆除，新增消防水泵房、噴淋泵、報警閥等消防設(shè)施，機(jī)房內(nèi)及公共區(qū)域新建消防管道。

同時，新建一套IG541氣體滅火系統(tǒng)，對電力室、高低壓配電室等不適宜用水滅火的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)。

如采用自動噴水滅火系統(tǒng)對機(jī)房進(jìn)行保護(hù)，噴淋系統(tǒng)噴放后對機(jī)房內(nèi)的空調(diào)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備的影響暫無法估計，且在用機(jī)房建設(shè)時并未預(yù)留事故排水點，噴淋噴放后事故水的排放也將成為另一個改造難點，如圖3。

圖3 自動噴淋滅火系統(tǒng)在機(jī)房中的應(yīng)用

3.4 改用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

拆除原有氣體滅火系統(tǒng)，新建高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。高壓細(xì)水霧消防系統(tǒng)保護(hù)主要保護(hù)區(qū)域為油機(jī)室、油機(jī)配電室、高低壓配電室、變配電室、機(jī)房、電力電池室等。細(xì)水霧系統(tǒng)造價較高，實際使用需依靠較高的產(chǎn)品和施工質(zhì)量的支撐，且噴放后對機(jī)房內(nèi)設(shè)備的影響暫無法估計。

3.5 在用機(jī)房不停機(jī)施工難點

如采用自動噴水滅火系統(tǒng)或高壓細(xì)水霧系統(tǒng)，將對機(jī)房、配電室、電力電池室內(nèi)的氣消管道進(jìn)行拆除，并新建消防管道，在改造管道的同時會對保護(hù)區(qū)的墻體，地板進(jìn)行改造，對在用機(jī)房設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備的不停機(jī)正常運行都有極大的難度，對設(shè)備可能造成的影響也無法估計。

如采用水滅火，在用機(jī)房地面需拆除原有架空地板以及架空地板下方的保溫層，在機(jī)房水泥地坪上用水泥砂漿抬高找坡，坡向地漏，用防水涂料滿刷整個機(jī)房地面并上翻至架空地板高度。完成上述步驟后，恢復(fù)機(jī)房地面保溫材料和架空地板。

配電室等輔助設(shè)備用房地面需拆除原有地面裝修地坪材料后，用水泥砂漿抬高找坡向地漏并滿刷防水涂料，再恢復(fù)原有裝修地坪材料。

如在用機(jī)房無法斷電或者拆除，對機(jī)房地面找坡以及刷防水涂料的施工操作空間有影響，施工難度也較大。配電室等設(shè)備用房因無法拆除在用設(shè)備，地坪抬高找坡后，對室內(nèi)的地坪美觀可能會有一定感官上的影響。

在本工程改造的過程中，機(jī)房是無法斷電停機(jī)的。機(jī)房在用設(shè)備施工期間如何防塵防灰？在用配電設(shè)備采用何種帶電保護(hù)措施？這些都為機(jī)房內(nèi)不停機(jī)施工帶來了相當(dāng)大的難度。從圖4可以看出，多數(shù)不停機(jī)施工現(xiàn)場僅采用防塵布遮蓋機(jī)柜以達(dá)到防塵的目的。因本項目為A級數(shù)據(jù)中心，承載著建設(shè)方重要的核心業(yè)務(wù)平臺，一旦宕機(jī)將直接影響建設(shè)方的核心業(yè)務(wù)的正常運營，因此，改造方案必須考慮到建設(shè)方的需求，將對在用機(jī)房的影響降到最低。

圖4 不停機(jī)施工現(xiàn)場（防塵布保護(hù)機(jī)柜）

4 方案對比結(jié)果

為使24個失去自動滅火系統(tǒng)保護(hù)的防護(hù)區(qū)盡快恢復(fù)準(zhǔn)工作狀態(tài)，同時，對在用機(jī)房的正常運行可能帶來的影響概率降到最低，不考慮對在用機(jī)房內(nèi)的管道進(jìn)行改造，排除改用自動噴水滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的方案。另，經(jīng)過對兩種氣消方案的投資估算比較，兩種方案下，本期改造的設(shè)備費用相差不超過15%，但考慮到“更換儲氣瓶的容器閥”這個方案后期維護(hù)成本遠(yuǎn)高于“更換整套滅火劑瓶組及系統(tǒng)啟動方式”的后期維護(hù)成本。

因此，在設(shè)計參數(shù)、系統(tǒng)規(guī)格一致的前提下，對原故障系統(tǒng)的所有滅火劑瓶組、選擇閥等配件進(jìn)行品牌的更換，更改啟動方式，增加啟動裝置、啟動管路，并對鋼瓶間內(nèi)的集流管、瓶架等主要滅火部件進(jìn)行更新。此方案的改造不涉及防護(hù)區(qū)內(nèi)的管道改造，改造施工范圍僅在鋼瓶間內(nèi)部，除管道試壓外，對在用機(jī)房影響較小。