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您现在的位置 首页 -- 数据中心:气体灭火系统中容易忽略的问题
发布时间:2013-11-19
来自: 现代数据中心

数据中心:气体灭火系统中容易忽略的问题

 前言:本文针对气体灭火系统中容易忽略的问题,例举案例、对照规范、分析原因、给出对策,可供机房规划设计人员,工程建设人员和运维管理人员借鉴和参考。

  1994年1月,美国消防学会率先制定出《洁净气体灭火剂灭火系统设计规范》NFPA2001。2000年,国际标准化组织(ISO)发布了国际标准《气体灭火系统—物理性能和系统设计》ISO14520。至今,国际上为保护地球大气质量,维护人类生态环境,已经开发出多种化学合成类及惰性气体灭火剂。其中,七氟丙烷气体灭火剂和IG541混合气体灭火剂,因其良好的洁净性和气相电绝缘性,在数据中心气体灭火系统中,使用的最为广泛。

  然而,在工程实践中却发现,国内约有50%的数据中心的气体灭火系统,都不同程度的存在着一些容易忽略的问题。其后果是,在机房一旦发生火灾时,就会导致“电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失”和“公共场所秩序严重混乱”(GB50174)。

  这些容易忽略的问题,一般出现在数据中心的规划设计、现场施工和运维管理三个阶段。

  1. 规划设计阶段

  按照我国《气体灭火系统设计规范》GB50370和《火灾自动报警系统设计规范》GB50116的规定,一个整体规范的数据中心气体灭火系统的响应步骤与动作功能,可以用气体灭火流程图来描述,如图1所示。

  图1 气体灭火流程图

  1) 容易忽略的问题 — 防护区划分

  防护区,也称消防分区。GB50370明确规定:“防护区宜以单个封闭空间划分”,这是从有利于保证数据中心全淹没式气体灭火系统实现灭火条件的要求方面提出来的。

  一个标准的数据中心,通常在规范设计阶段,把它的平面布局分割成主机房、电源室、空调机室、电信接入室和监控值班室五大空间部分。并且应该按照规范要求,每一个空间部分都必须是一个单独封闭的防护区。

  但是,A省一个商业银行的有管网式机房气体灭火系统,为节省投资,电源室(30m2)不安装空调系统,而由主机房(156m2)的空调系统兼顾为电源室空调制冷(主机房与电源室由耐压玻璃隔断分割而成,活动地板下送风和吊顶上回风想通)。

  这样的规划设计,就等于把主机房和电源室划分为了一个防护区。一旦发生火灾,其结果是:

  ●七氟丙烷喷放时间≤8秒,在如此短暂的喷放瞬间里,因为主机房与电源室之间的玻璃隔断的阻挡,很难实现七氟丙烷气体灭火剂的全淹没式均匀分布,就会延误灭火时间,或者造成灭火失败。

  ●如果只是面积很小的电源室发生火灾,但是由于电源室与主机房被划分为同一个防护区,此时即使主机房没有火情出现,主机房也会和电源室同时喷放灭火气体,造成了不必要的浪费和恐慌。

  最佳解决方案:把电源室划分为一个独立的防护区。

  具体做法是:玻璃隔断可以不拆,把主机房与电源室之间的活动地板下送风和吊顶上回风的想通路径,进行封堵。30m2的电源室加装空调机,为节约投资,电源室可以采用预置式(箱式)气体灭火系统。

  2) 容易忽略的问题 — 联动控制系统

  为保证气体灭火的效果和人员生命安全,在灭火气体喷放之前,必须依据规划设计方案,启动联动控制系统。

  国家《火灾自动报警系统设计规范》第6.3.1.8条规定:“消防控制室在确认火灾后,应能切断有关部委的非消防电源……”;《气体灭火系统设计规范》GB50370第3.2.9条规定:“喷放灭火剂前,防护区内除泄压口外的开口应能自行关闭”。

  简而言之,联动控制系统的主要功能就是:

  ●强制切除非消防电源

  ●保证消防电源正常供电

  但是,何为“消防电源”?何为“非消防电源”?二者分别包含哪些具体的供电负载?国家规范中并没有详细的规定。如果仅像某些文章中给出的“除消防电源以外的电源,都是非消防电源”。那么,这样的界定就太过于简单和笼统,很容易使规范设计者在规范设计联动控制系统时,出现疏漏或者错误。

  我们认为,在数据中心气体灭火系统中:

  ●消防电源至少应包括以下负载:

  机房区域(中央)消防控制箱、火灾探测器信号传送、声光报警、应急照明、灭火气体喷放启动、通风排气系统、监控系统、应急通信与广播设备、机房区域防火卷帘门、消防插座等。它们都会应该由不间断电源系统(UPS)供电。

  ●非消防电源至少应包括以下负载:

  空调系统、新风系统、日常照明、墙壁日常维修插座、电控泄压装置、机房区域所有门禁系统等。它们都应该由日常市电电源系统供电。

  在工程实践中,联动控制系统如图2所示,容易忽略的问题有:

  市  电

  IT设备配电

  防火卷帘门

  气灭系统

  应急照明

  值班监控

  广播通信

  通风排气

  气瓶房间

  消防插座

  UPS 组群

  消防UPS

  空调系统

  日常照明

  新风系统

  门禁系统

  维修插座

  电控泄压口

  图2 联动控制结构图

 ●门禁系统电源问题:

  例如,G省一个银行机房门禁系统,由UPS不间断电源供电。L省一个电信机房门禁系统的电源,虽然取自市电,但是由整座大厦的市电系统控制,无法与机房气体灭火系统实现联动控制。

  后果是,机房发生火灾时,机房门禁系统不能在气体灭火系统控制下自动解锁,不利于机房工作人员快速逃生、疏散(30秒内完成),很可能会使工作人员暴露于七氟丙烷喷放的环境里,造成不必要的伤害。

  解决办法:机房区域内所有门禁系统的电源,都改为由机房市电供电,并纳入机房气体灭火系统联动控制之中。

  ●通风排气动作时间和排气口位置问题:

  国家《气体灭火系统设计规范》GB50370第6.0.4条规定:“灭火后的防护区应通风换气……,排风口宜设在防护区的下部并应直接通室外”。

  排气口位置:上述国标中并没有详细规定它的高度位置,只是规定为“防护区的下部”。我国南方一个最大的城市,有一座超大规模的数据中心,室内净高6米,采用气体灭火系统。但是,机房排气口位置却被放在了吊顶内,这显然是不正确的。因为通风排气系统的功能是将灭火后的七氟丙烷气体排出到室外,考虑到七氟丙烷气体密度>6倍空气密度,所以排气口位置设在机房下部,可以尽快的排出灭火气体,保证工作人员安全进到防护区,进入后再抢救和处理工作。排气口设在吊顶内,就会延长排气时间,耽搁灭火后进入机房抢救处理时机。当然,如果机房吊顶中和活动地板下也设计了气体灭火喷头,那么同样也要设置排气口。

  建议解决办法:将通风排气口设置在活动地板上0.5m处为宜。一来可以提高排气效率,缩短了允许人员进入机房的时间。二来如果万一此时有人受困晕倒在机房内,由于高0.5m的排气口和人们躺倒的高度相近,可以比较及时的使它脱离灭火气体的包围,处于新鲜空气的环境中。

  ●通风排气动作时间:

  气体灭火系统设计当中,在七氟丙烷喷放灭火之后,设置了“浸渍”时间,以确保安全可靠的彻底消除机房中固体物品的深层次火灾隐患。《气体灭火系统设计规范》GB50370第3.3.8条明确规定灭火浸渍时间:“通讯机房、电子计算机房内的电气设备火灾,应采用5min”。

  然而,我们又一次在对J省一个地方城市银行数据中心进行联动控制系统功能检测时发现,设计者把通风排气动作时间设定为喷放灭火气体的统一时刻,和普通高层民用住宅的消防系统混为一谈。这样,就会形成灭火喷气与通风排气同时进行的状态。既大大降低了灭火气体浓度,有没有了喷气灭火后的浸渍时间,将会导致灭火失败,甚至火灾蔓延。

  解决办法:正确的通风排气动作时间,应该是在灭火气体喷放过程的8秒时间,再加上灭火气体喷放结束后的浸渍时间300秒,即308秒之后再启动通风排气设备。并且通风换气次数应该≥5次/小时。

  3) 容易忽略的问题 — 气瓶间的要求

  ●气瓶间门禁系统:

  在规划设计一个复杂的数据中心时,气体灭火系统的嘻嘻气瓶间,常常成为一个被人们忽视和遗忘的角落。国内Q省换一个数据中心机房的气瓶间门锁没有设置联动控制门禁系统,也没有在门外设置应急操作装置,而是加装普通机械门锁,钥匙由大厦保安掌管,这显然存在隐患。

  因为,我国绝大多数数据中心目前都采用的是有管网式气体灭火系统。按照《气体灭火系统设计规范》GB50370第5.0.5条规定:“机械应急操作装置应设在储瓶间内或防护区疏散出口门外便于操作的地方”。通常,有管网式气体灭火系统一般设置自动控制,手动控制和机械应急操作三种启动灭火气体喷放方式。其中,自动控制方式和手动控制方式,一般都依靠DC24V电源驱动。而应急操作方式,则有DC24V电源驱动和手动机械启动两种方式。上例中的Q省数据中心采用的就是手动机械启动方式,而手动机械启动开关就设置在气瓶间内。

  这样如果机房发生火灾,需要喷放灭火气体而自动控制盒手动控制方式的DC24V驱动电源失灵的情况下,可能会因为寻找气瓶间门锁钥匙而延误了应急手动机械开关的启动时间,致使耽误了最佳灭火时机。

  解决办法:将气瓶间机械门锁设计或改造到机房门禁联动控制系统之中,发生火灾时,与机房区域的所有门禁一齐解锁。

  ●气瓶间室内环境:

  对于气瓶间室内环境要求,《气体灭火系统设计规划》GB50370第6.0.5条给出了具体的规定:“储瓶间的门应向外开启,储瓶间内应设应急照明;储瓶间应有良好的通风条件,地下储瓶间应设机械排风装置,排风口应设在下部,可通过排风管排出室外”。

  我国南方S市一个中型数据中心气体灭火系统的气瓶间,属于全封闭型建筑空间(等同于地下房间)。但是,气瓶间被设计为市电供电照明,并且属于全封闭型的气瓶间,也没有设置机械排风装置。这样的结果就会存在两个风险:其一,机房一旦发生火灾,储瓶间输气系统发生了故障,需要皮冻应急机械开关或者进行紧急抢修、排除故障的时候,将会因为储瓶间照明市电被强制联动切除而漆黑一片,贻误喷气灭火。其二,一般的封闭型气瓶间平常无人进入,运维管理人员为了安全,也很少检查。只是委托维保公司负责一年一次的例行查看。但是,气瓶间里的高压储气钢瓶连接管件和阀门,有可能因为组件质量或者安装工艺问题,出现长时间慢性泄露,使七氟丙烷气体聚集在封闭的气瓶间内。因此,无论是运维人员日常检查,或者是火灾时需要启动应急机械开关,在进入气瓶间之前,都应该启动机械排气装置进行通风换气,以确保人员安全。

  解决办法:气瓶间照明灯具改由UPS不间断电源供电,或者安装电池充电式应急照明灯具。同时,在气瓶间墙壁下部开口安装排气风机,排气管道直通室外。

2. 现场施工阶段

  在数据中心气体灭火系统的现场施工阶段,最容易忽略的问题出现在火灾探测器安装及系统连接工艺方面。我国南方H市一个银行分行的数据中心就存储在这样的问题。

  1) 容易忽略的问题 – 火灾探测器

  ●探测器位置编号的对应性问题:

  一个合格的火灾报警系统,尽管火灾探测器的数量众多,但是每一只探测器的编号都应该和显示控制盘及监控系统里反映的机房实际位置对应一致。但是,据我们对机房现场的不完全统计,约有30%的机房存在着编号与位置不对应的“张冠李戴”问题。有的是一、二只探测器,甚至有的大型机房出现过数十只不对应的问题。在这样的情况下,如果同时是两只感温、感烟探测器的编号与位置都不对应的情况而发出预警信号,将会增大工作人员判断火灾实际位置的难度,延误灭火气体动手启动喷放的时间。

  如果是自动控制喷气灭火系统,探测器编号位置与防护区划分对应也不正确,则可能会出现着火的机房区域不喷气,而无火的机房区域反而喷气灭火的局面。

  产生这些问题的原因有三个:第一,工人施工马虎。第二,监理公司无法监督,消防主管部门不去监管。第三,没有竣工验收或者虽然进行了竣工验收,但是只抽验了5%~10%的探测器。

  ●探测器安装不合理:

  国家《火灾自动报警系统设计规范》GB50116第8.1.10条规定“探测器至空调送风口的水平距离不应小于1.5m,并宜接近回风口安装”。

  但是,H市这家银行分行安装的探测器至空调送风口的水平距离,经检测仅有1m,而风速达到了4m/s多。这样的安装位置,会使探测器不能正确的反映温、烟的变化。产生这个问题的原因在于设计位置和安装不合理。

  解决办法:对于以上探测器安装不合理和探测器位置编号的对应性问题,考虑到数据中心的用途性质的重要性,一般的机房建设投资较大,设备系统昂贵,火灾造成的后果影响和宕机损失很大,所以在竣工验收时,对探测器最好能够做到100%检验,确保不留任何死角,做到万无一失。

  2) 容易和略的问题 – 电气连接工艺

  气体灭火系统的电气连接,主要用于火灾报警系统和驱动灭火气体喷放的DC24V电源的顺利传输,以及与机房其它子系统的联动控制功能。

  但是,由于传输导线大多为截面积≤1mm2的多股铜线,如表1所示。

  表1 消防铜芯绝缘导线的最小截面积

  序号类 别线芯的最小截面面积(mm2)

  1穿管敷设的绝缘导线 1.00

  2线槽内敷设的绝缘导线0.75

  3多芯电缆0.5

  工人在施工连接时,经常只是把两个或者多个线头简单的拧紧在一起,就完事大吉。这样的连接工艺,几乎在90%以上的气体灭火系统中都能看到。然而,时间一长随着导线接头的氧化,接触电阻变大,关键时刻就会阻碍甚至中断报警信号、喷气启动和联动控制信息的正常传输,致使无法及时扑灭火灾,酿成更大的损失,如图3所示。

  图4 气体灭火系统导线连接工艺问题

  解决办法:规范连接操作工艺,应该是接头拧紧后再搪锡,或者采用标准的专用接插头组件进行连接。

  3. 运维管理阶段

  任何一个数据中心的气体灭火系统,就其工作机理和运行流程来讲,都会包含若干个关键节点,再加上系统中使用的若干个零部件的老化性能、可靠程度和安装工艺,都是影响其发挥正常作用的潜在因素。

  因此,对于一个安全有效的气体灭火系统,决不能认为建成后就一劳永逸,后续的运维管理,也是非常至关重要的。

  数据中心的气体灭火系统的后续日常运行维保工作,主要内容是:

  专业维保人员:

  ●对气体灭火系统进行全流程模拟火灾响应实验,联动控制和故障检测,1年一次。

  ●对探测器进行响应阈值的检测校准和清洁处理,2年一次。

  ●对储瓶间的钢瓶、管道和阀门,进行巡查和检漏,3-6月一次。

  机房运管人员:

  ●建立严格的消防岗位责任制度,制定实施科学、周密、可行的火灾演练预案,演练不少于1年一次。

  ●对机房人员进行宣传教育和消防知识培训,不少于1年一次。

  ●配备适用于机房的手持灭火器和呼吸器,操作练习不少于1年一次。

  结束语:我国消防工作的指导方针,无论是60年前提出的“以防为主、以消为辅”,还是本世纪80年代修订的“预防为主、防消结合”,都重在强调了“防”的理念。这是对我国几十年消防工作实践经验的总结提炼,是十分正确的。我们数据中心的全体领导和工作人员,都应该摒弃侥幸心理和麻痹作风,牢牢树立“防患于未燃”的消防观念。

  对于上述数据中心气体灭火系统中容易忽略的问题,可能会有人认为都是一些“细节”问题。那么,“细节决定成败”这句名言,或许就是最恰当的回答。

 
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