本工程为某核电站培训中心,建筑物共3层,呈“凹”字型,中心部分建筑高5.70 m,环绕部分建筑高16.05m,总建筑面积3 575 m²。建筑物内设有模拟机主控室﹑模拟机教员控制室﹑模拟机主机房、模拟机公共控制室、备用控制室及模拟机专用配电间。以上房间内布置有重要精密仪器、贵重控制设备及重要培训资料,根据原《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)的相关条文规定,宜采用气体灭火系统对以上房间进行保护。

　　 每个房间均有吊顶内、架空地板下及吊顶与地板之间3部分空间需同时保护,将每个房间作为一个防护区,共6个防护区。以上防护区均位于建筑物1层,1层房间平面布置及建筑剖面详见图1。各防护区面积及层高等参数详见表1。

　　 目前标准图集07S207《气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置》推荐的气体灭火剂主要包括:七氟丙烷、氮气、二氧化碳﹑三氟甲烷、IG541等。由于本设计对房间面积有严格限制,七氟丙烷灭火设计浓度相对较低,灭火剂用量少,占地面积较小,且七氟丙烷灭火剂的储存压力相对较低,便于设备安装和后期维护;同时七氟丙烷的灭火效率较高,综合成本较低,因此通过综合比较,决定选用七氟丙烷气体灭火剂。

　　 本设计的防护区较多,主控室容积大于1 600m³,宜采用管网灭火系统。其他防护区面积均不超过500m²,且容积小于1 600m³,采用管网或无管网系统均可。如果仅主控室一个防护区采用管网灭火系统,成本较高,不够经济合理,因此宜与其他防护区共用。且由于各防护区内设备布置紧凑空间有限,无管网的柜式预制灭火系统会占用一定的房间面积,影响工艺设备布置,因此最终各防护区统一选用管网灭火系统。

　　 防护区属通讯、电子机房类,灭火设计浓度选择8%,灭火实际浓度不大于8.8%。灭火剂用量计算公式见式(1):

　　 式中W ———七氟丙烷设计用量,kg;

　　 V———防护区净容积,m³;

　　 C₁———灭火设计浓度,%;

　　 S———七氟丙烷过热蒸气在101kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积,m³/kg;

　　 K———海拔高度修正系数(本设计中海拔高度在0~1 000m之间,根据规范要求取K=1)。

　　 式中T———防护区最低环境温度,防护区有采暖和空调,取T=20℃,因此S=0.137 16m³/kg。

　　 根据以上公式及表1各防护区的体积参数,初步计算得到各防护区需要的药剂量范围,并根据各防护区药剂量的比例进行组合分配,结果见表2。

　　 根据以上初算结果,6 个防护区共采用2套组合式分配系统,其中模拟机主控室、模拟机主机房及备用控制室采用1套组合式分配系统,模拟机公共控制室、模拟机专用配电间及模拟机教员控制室采用1套组合式分配系统。

　　 由于防护区较多,原气瓶间位于1 层右下角(图1a中A-B轴与7-8轴之间),距各房间较远,为了减少气体消防系统管道的长度及管道阻力,降低氮气额定增压压力等级。经与建筑专业协商,将气瓶间调整至距各防护区较近的位置,见图1a。

　　 喷头的布置既要考虑规范对喷头保护半径的要求,也要考虑房间吊顶分格情况、结构梁及各专业管道布置情况。在满足喷头保护半径的条件下尽量使喷头位于吊顶格板的中心位置,同时避开其他专业管道。为满足以上需求,本设计采用手动方式布置喷头。

　　 由于每个防护区均有吊顶层与架空地板,因此每个防护区均分为A:地板下,B:吊顶内,C:吊顶与地板之间3 个区域,在每个区域均分别布置喷头。吊顶内的喷头采用上喷形式,其他区域喷头均采用下喷形式。封闭空间A、B、C的喷头喷射方向不同但连接在同一套管网上。以备用控制室为例,喷头的平面布置形式见图2,灭火系统见图3。

　　 区域C的高度不超过4m,喷头安装在吊顶格板上,标高与吊顶高度一致,喷头向下喷放,保护整个区域C;吊顶内的喷头距离房间顶板0.5m,向上喷放,对于屋面是倾斜的保护区,由于顶板高度是变化的,喷头高度应随顶板高度变化进行相应调整,并保证喷头距其正上方顶板的距离为0.5m不变。地板下的喷头距底面0.3m,向下喷放。

　　 为了减小管网的不均衡性,保护区内管道均采用工字型布置,并尽可能减少管道交叉与管道长度,应注意通往地板下的气体消防管道立管尽量靠近墙、梁、柱边布置,以免占用房间内的工艺布置空间。

　　 管网布置完毕后,利用计算软件进行管网的计算及校核,并根据管网计算过程中出现的问题对气体灭火系统的布置及参数进行调整及优化。气体灭火设计浓度8%,设计喷放时间8s,灭火浸渍时间5min。

　　 根据表2初步计算得到的结果,组合式分配系统一选择12个120L储瓶,单瓶药剂剩余量按3kg考虑,充装密度为833.33kg/m³,组合式分配系统二选择5个90L储瓶,单瓶药剂剩余量按3kg考虑,充装密度为544.44kg/m³。在充装密度一定的情况下利用计算软件对管网进行复核计算。

　　 储存容器的增压压力分为3 级,分别为一级2.5 MPa、二级4.2 MPa、三级5.6 MPa。

　　 首先选取一级氮气增压压力2.5 MPa对管道最长和喷头最多的保护区分别进行计算,喷头工作压力均不能满足喷头喷放要求,通过调整管径及喷头布置方式仍不能满足要求。然后选择氮气额定增压压力4.2 MPa进行计算,部分保护区喷头工作压力不能满足喷放要求,通过调整管径及喷头布置方式等重新计算,最终满足规范要求。

　　 在4.2 MPa的氮气增压压力下对最不利的防护区管网进行计算,计算过程出现以下问题。

　　 (1)喷头工作压力小于0.5倍喷放过程中点储存容器内的压力。

　　 分析原因:(1)所生成的系统图有断线,使得某些喷头与管道相连处断开,喷头压力为零;(2)管道管径取值不合理;(3)喷头布置过密。

　　 解决方法:(1)检查平面图,发现平面图中管道有断线,重新绘制断开的管线再次计算;(2)检查计算书中哪些喷头的压力过低,然后增大与这些喷头相连支管的管径,减小主干管管径,再重新计算;(3)减少喷头数,重新布置喷头。

　　 通过采取(1)、(2)两种措施,虽然会改善喷头的工作压力,但是喷头压力仍不满足规范要求。经分析,原喷头布置间距满足规范要求,但间距较密,以模拟机主机房为例,地板下净空为0.5m,喷头布置间距在2~3m,地板下喷头数为16个;通过减少喷头数量,重新布置喷头,喷头布置间距在3.6~5.4m,地板下喷头数为4个,仅为原来喷头总数的1/4,管段数量与阻力也相应减少,最终满足规范要求。

　　 (2)管网的管道内容积,大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%。

　　 分析原因:(1)气体输送管道过长;(2)集流管及管网干管管径偏大;(3)集流管管径选择有误。

　　 解决方法:(1)检查管道平面布置情况,调整管道路径,尽量减少管道总长;(2)手动修改集流管及干管管径,将管径125mm改为100mm,重新计算,喷头工作压力满足要求;(3)每个组合式分配系统的各防护区共用一根集流管,集流管管径与系统中体积最大的防护区对应的干管管径一致。以模拟机教员教控室为例,它为组合式分配系统二中最大的防护区,计算管径为DN65,因此集流管管径应为DN65,因错误输入为DN100,使得管道容积过大,不能满足规范要求,修改为DN65后解决了此问题。

　　 在管网计算中应综合考虑管径、管道长度及气瓶的数量及容积等因素,尽量减少管道长度,采用较小的管径,尽量减少耗材与投资成本。

　　 在气体灭火设计中还有以下问题需要注意:

　　 (1)管道综合过程中各专业管道有交叉情况,应尽量减少气体灭火管道上下弯,以减小管道阻力。

　　 (2)泄压口设置标高应在防护区净高的2/3以上。

　　 (3)建筑专业修改房间布局、房间高度或吊顶高度等参数均会对气体灭火系统的计算产生影响,甚至影响组合式分配系统的防护区组成,应在建筑专业修改后重新进行气体灭火系统的计算。

　　 (4)部分保护区的屋面为倾斜屋面或平屋面与倾斜屋面的组合,应分几部分精确计算保护区的体积,以免影响计算结果。

　　 (5)模拟机教员控制室的架空地板在±0.00m以上0.5m,而其他保护区的架空地板在±0.00m以下0.5m,应注意防护区体积的计算及喷头标高的选取。

　　 (6)在设计中选用的泄压口与供货商提供的泄压口型号不一致,为避免二次修改给建筑、结构、电气等专业带来不便,在设计中应提前了解已确定的供货商供货情况,以减少后续与供货商接口交换过程中的问题。

　　 (7)气体灭火系统管道采用内外热浸镀锌钢管,管道壁厚的选取应参照国标图集07S207的规定,不能选用普通钢管的管道壁厚。

　　 (8)由于气瓶间内布置了消火栓系统的管道及阀门,气瓶间内的设备及管道布置应综合考虑消火栓系统及排水系统的布置情况。

　　 (9)药剂量一定的情况下,通过增大储瓶容积可以减少充装密度,增大气体灭火系统的输送动力,在氮气增压压力一定的情况下,若计算中出现问题,且采取各项措施均无效,可以考虑此方法。

　　 本文结合实际工程,介绍了核电站培训中心气体灭火系统设计的基本过程,对设计过程中出现的常见问题进行了归纳,并提出了切实可行的解决方案,以期对类似工程的设计起到一定的借鉴作用。