انواع اصلی سیستم‌های اطفای گازی

سیستم‌های اطفای گازی را می‌توان به چند گروه اصلی تقسیم کرد:

CO₂

Carbon Dioxide

Clean Agents

مانند:

FM-200

FK-5-1-12

Novec 1230

سایر عوامل Clean Agent

Inert Gas Systems

مانند:

IG-01

IG-100

IG-541

IG-55

Aerosol Systems

Condensed Aerosol

هرکدام از این سیستم‌ها مکانیزم عملکرد، محاسبات و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

سیستم CO₂

دی‌اکسید کربن یکی از قدیمی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین عوامل اطفای گازی است.

CO₂ با کاهش غلظت اکسیژن محیط باعث خاموش شدن حریق می‌شود.

مکانیزم اصلی:

CO₂ Discharge

↓

Oxygen Concentration Reduction

↓

Combustion Inhibited

↓

Fire Extinguished

یکی از ویژگی‌های مهم CO₂ این است که در غلظت‌های مؤثر برای اطفا می‌تواند برای انسان بسیار خطرناک و حتی کشنده باشد.

به همین دلیل استفاده از CO₂ در فضاهای قابل اشغال توسط انسان نیازمند تمهیدات بسیار جدی ایمنی است.

کاربردهای CO₂

CO₂ می‌تواند برای حفاظت از:

ماشین‌آلات صنعتی

تجهیزات فرایندی

توربین‌ها

Generator

بعضی تجهیزات الکتریکی

فضاهای صنعتی خاص

استفاده شود.

همچنین سیستم‌های CO₂ می‌توانند به‌صورت:

Total Flooding

Local Application

طراحی شوند.

Total Flooding CO₂

در سیستم Total Flooding، کل فضای حفاظت‌شده با غلظت مشخصی از CO₂ پر می‌شود.

سناریو:

Fire Detection

↓

Pre-Alarm

↓

Alarm

↓

Time Delay

↓

CO₂ Release

↓

Total Flooding

این سیستم برای فضاهایی مناسب است که امکان محصور شدن مناسب حجم مورد حفاظت وجود داشته باشد.

Local Application CO₂

در Local Application، CO₂ مستقیماً روی تجهیز یا منطقه خطر تخلیه می‌شود.

برای مثال:

Machine

Turbine

Compressor

Process Equipment

در این سیستم، عامل اطفا به‌صورت موضعی روی محل خطر اعمال می‌شود.

این روش در برخی کاربردهای صنعتی بسیار مفید است.

نکته مهم درباره CO₂

CO₂ برخلاف بسیاری از Clean Agentها، برای فضاهای دارای نفرات بسیار خطرناک است.

بنابراین در طراحی آن باید مواردی مانند:

Pre-Discharge Alarm

Time Delay

Abort Switch

Manual Release

Warning Sign

Evacuation

Lockout

Pressure Relief

به‌دقت بررسی شوند.

در فضاهایی که احتمال حضور افراد وجود دارد، فلسفه ایمنی باید بسیار سخت‌گیرانه باشد.

Clean Agent چیست؟

Clean Agent به عواملی گفته می‌شود که برای اطفای حریق استفاده شده و پس از تخلیه، معمولاً باقی‌مانده جامد یا مایع قابل توجهی بر جای نمی‌گذارند.

این مواد معمولاً برای تجهیزات حساس مناسب هستند.

نمونه‌ها:

FM-200

FK-5-1-12

Novec 1230

سایر عوامل تأییدشده Clean Agent

مزیت اصلی:

No Water Damage

و:

No Residue

است.

FM-200

FM-200 نام تجاری عامل اطفای:

HFC-227ea

است.

مکانیزم اصلی آن عمدتاً از طریق جذب حرارت و اختلال در فرآیند احتراق عمل می‌کند.

FM-200 در سیستم‌های:

Total Flooding

کاربرد گسترده‌ای داشته است.

برای فضاهایی مانند:

Server Room

Control Room

UPS Room

Electrical Room

مورد استفاده قرار گرفته است.

ویژگی‌های FM-200

مزایای مهم:

سرعت تخلیه بالا

فضای ذخیره‌سازی نسبتاً کم

عدم باقی گذاشتن Residue

مناسب برای تجهیزات الکترونیکی

قابلیت طراحی Total Flooding

محدودیت‌ها:

اثرات زیست‌محیطی مربوط به GWP

نیاز به طراحی دقیق غلظت

نیاز به بررسی ایمنی نفرات

نیاز به کنترل فشار تخلیه

در پروژه‌های جدید، انتخاب عامل باید بر اساس الزامات زیست‌محیطی و مقررات جاری پروژه نیز بررسی شود.

Novec 1230 / FK-5-1-12

عامل FK-5-1-12 با نام تجاری شناخته‌شده Novec 1230 در بسیاری از پروژه‌ها استفاده شده است.

این عامل در سیستم‌های Clean Agent کاربرد دارد.

ویژگی‌های مهم:

باقی‌مانده بسیار کم

مناسب تجهیزات حساس

ذخیره‌سازی به‌صورت مایع در ظروف

تبدیل به بخار هنگام تخلیه

مناسب برای Total Flooding

نکته مهم این است که نام تجاری و وضعیت تولید یا عرضه محصول ممکن است در طول زمان تغییر کند و در پروژه‌های جدید باید وضعیت تأمین و تأییدیه محصول بررسی شود.

Inert Gas Systems

گازهای بی‌اثر یا:

Inert Gases

گروه دیگری از سیستم‌های اطفای گازی هستند.

مهم‌ترین انواع:

IG-01

Argon

IG-100

Nitrogen

IG-55

Nitrogen + Argon

IG-541

Nitrogen + Argon + CO₂

این سیستم‌ها عمدتاً با کاهش غلظت اکسیژن باعث خاموش شدن حریق می‌شوند.

IG-01

IG-01 از:

Argon

تشکیل شده است.

آرگون یک گاز نجیب و غیرقابل اشتعال است.

سیستم‌های IG-01 معمولاً در فشار بالا ذخیره می‌شوند.

مزایا:

عدم ایجاد Residue

عدم خوردگی

پایداری شیمیایی

اثرات زیست‌محیطی بسیار پایین

IG-100

IG-100 عمدتاً:

Nitrogen

است.

نیتروژن یکی از رایج‌ترین گازهای موجود در اتمسفر است.

مزایا:

عدم باقی‌مانده

عدم خوردگی

GWP بسیار پایین

مناسب برای تجهیزات الکترونیکی

از معایب آن می‌توان به نیاز به حجم ذخیره‌سازی نسبتاً زیاد و تعداد بیشتر سیلندرها در برخی پروژه‌ها اشاره کرد.

IG-55

IG-55 مخلوطی از:

Nitrogen + Argon

است.

این ترکیب برای دستیابی به عملکرد مناسب اطفایی استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها:

Inert Gas

No Residue

عدم آسیب به تجهیزات

GWP بسیار پایین

IG-541

IG-541 ترکیبی از:

Nitrogen

Argon

Carbon Dioxide

است.

این سیستم به دلیل ترکیب گازها، در برخی شرایط می‌تواند امکان طراحی مناسب برای فضاهای دارای نفرات را فراهم کند.

با این حال، طراحی باید بر اساس:

Design Concentration

Oxygen Level

Exposure Time

و الزامات استاندارد انجام شود.

تفاوت Inert Gas و Chemical Clean Agent

یک تفاوت مهم:

Chemical Clean Agent

مانند:

FM-200

FK-5-1-12

با مکانیزم‌هایی مانند جذب حرارت و اختلال در واکنش احتراق عمل می‌کنند.

Inert Gas

مانند:

IG-100

IG-55

IG-541

با کاهش اکسیژن محیط باعث توقف احتراق می‌شوند.

Aerosol Fire Suppression

سیستم‌های Aerosol از ذرات بسیار ریز جامد یا محصولات آئروسل برای خاموش کردن حریق استفاده می‌کنند.

در این سیستم‌ها:

Aerosol Generator

فعال شده و ماده خاموش‌کننده را در فضا منتشر می‌کند.

مزیت‌ها:

حجم کم تجهیزات

عدم نیاز به لوله‌کشی گسترده در برخی سیستم‌ها

مناسب فضاهای خاص

امکان نصب موضعی

اما باید توجه داشت که Aerosol با Clean Agentهای گازی کاملاً یکسان نیست.

مکانیزم Aerosol

به‌صورت ساده:

Activation

↓

Aerosol Generation

↓

Fine Particle Distribution

↓

Interference with Combustion

↓

Fire Suppression

برخی سیستم‌های Aerosol می‌توانند بعد از تخلیه مقداری Residue باقی بگذارند.

بنابراین برای تجهیزات بسیار حساس باید این موضوع بررسی شود.

مقایسه انواع سیستم‌های گازی

اجزای اصلی سیستم اطفای گازی

یک سیستم گازی معمولاً شامل:

Agent Storage Cylinder

Cylinder Valve

Manifold

Discharge Piping

Nozzle

Pressure Switch

Detection System

Control Panel

Solenoid

Manual Release

Abort Switch

Alarm

Strobe

Pressure Relief Vent

است.

بسته به نوع سیستم، برخی تجهیزات ممکن است وجود نداشته باشند یا شکل متفاوتی داشته باشند.

Gas Suppression Cylinder

سیلندر محل ذخیره عامل اطفا است.

در سیستم‌های مختلف:

CO₂

FM-200

FK-5-1-12

IG

نوع و فشار ذخیره متفاوت است.

سیلندر باید دارای:

ظرفیت مناسب

فشار کاری مشخص

Certification

Valve مناسب

باشد.

Cylinder Valve

شیر سیلندر وظیفه کنترل خروج عامل را بر عهده دارد.

در سیستم‌های مختلف ممکن است با:

Pneumatic Actuation

Electric Actuation

Solenoid Actuation

فعال شود.

Manifold

در سیستم‌هایی که چند سیلندر وجود دارد، سیلندرها می‌توانند به یک Manifold متصل شوند.

ساختار:

Multiple Cylinders

↓

Manifold

↓

Main Discharge Pipe

↓

Nozzles

Manifold باعث می‌شود تخلیه عامل به‌صورت هماهنگ انجام شود.

Discharge Piping

لوله‌کشی تخلیه عامل اطفا باید به‌صورت دقیق طراحی شود.

در سیستم‌های گازی، برخلاف سیستم‌های معمول آب آتش‌نشانی، افت فشار و رفتار جریان عامل بسیار مهم است.

مواردی مانند:

Pipe Diameter

Pipe Length

Fittings

Elevation

Flow Distribution

باید در محاسبات لحاظ شوند.

Nozzle

نازل وظیفه توزیع عامل اطفا در فضای حفاظت‌شده را دارد.

نوع نازل به عامل اطفا وابسته است.

پارامترهای مهم:

Orifice Size

Flow Rate

Discharge Pattern

Coverage

Location

هستند.

در سیستم‌های گازی، اندازه Orifice معمولاً از طریق محاسبات نرم‌افزاری و Hydraulic Calculation تعیین می‌شود.

Hydraulic Calculation

یکی از مهم‌ترین بخش‌های طراحی سیستم گازی، محاسبات هیدرولیکی یا Flow Calculation است.

در این محاسبات مواردی مانند:

Pipe Network

Cylinder Pressure

Agent Quantity

Flow Rate

Nozzle Orifice

بررسی می‌شوند.

در بسیاری از سیستم‌های Clean Agent، طراحی با نرم‌افزار اختصاصی Manufacturer انجام می‌شود.

Design Concentration

یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی:

Design Concentration

است.

این مقدار مشخص می‌کند چه غلظتی از عامل برای خاموش کردن حریق لازم است.

به‌صورت ساده:

Agent Quantity

بر اساس:

Room Volume

Hazard

Fuel

Required Concentration

تعیین می‌شود.

غلظت طراحی باید طبق استاندارد و مشخصات عامل انتخاب شود.

Net Volume

در محاسبات سیستم گازی، حجم خالص فضا اهمیت دارد.

باید حجم واقعی فضای حفاظت‌شده مشخص شود.

برای مثال:

Gross Room Volume

منهای حجم اشغال‌شده توسط:

Equipment

Structural Elements

False Ceiling

Raised Floor

می‌تواند در محاسبات مورد بررسی قرار گیرد.

اما نحوه محاسبه دقیق به عامل و روش طراحی وابسته است.

Enclosure Integrity

یکی از مهم‌ترین عوامل موفقیت سیستم Total Flooding، حفظ عامل اطفا در فضا است.

اگر اتاق نشتی زیادی داشته باشد:

Agent Escapes

↓

Concentration Drops

↓

Fire Re-Ignition Risk

افزایش پیدا می‌کند.

بنابراین باید:

درها

پنجره‌ها

Cable Penetration

Pipe Penetration

HVAC Openings

به‌درستی بررسی و در صورت نیاز Sealing شوند.

Door Fan Test

برای بررسی Integrity فضای حفاظت‌شده از:

Door Fan Test

استفاده می‌شود.

این تست برای ارزیابی نشتی و تخمین زمان نگهداری عامل در فضای مورد حفاظت انجام می‌شود.

در سیستم‌های Total Flooding، این تست اهمیت زیادی دارد.

Hold Time

پس از تخلیه عامل، باید غلظت مناسب برای مدت زمان مشخصی حفظ شود.

این مدت:

Hold Time

نامیده می‌شود.

هدف این است که:

حریق خاموش بماند.

Re-Ignition رخ ندهد.

فضای حفاظت‌شده فرصت خنک شدن داشته باشد.

Pressure Relief Vent

هنگام تخلیه سریع عامل، فشار داخل اتاق ممکن است افزایش یا در برخی سیستم‌ها کاهش یابد.

بنابراین ممکن است نیاز به:

Pressure Relief Vent

باشد.

این تجهیز باید به‌صورت مهندسی انتخاب شود.

هدف:

جلوگیری از آسیب به دیوارها

جلوگیری از آسیب به درها

جلوگیری از آسیب به سقف

است.

HVAC Shutdown

در سیستم‌های Total Flooding، معمولاً HVAC باید طبق فلسفه طراحی:

Shutdown

Isolate

شود.

در غیر این صورت عامل اطفا ممکن است از فضای حفاظت‌شده خارج شود.

بنابراین:

Fire Detection

↓

HVAC Shutdown

↓

Dampers Close

↓

Agent Release

یک منطق رایج است.

Fire & Gas Detection

سیستم اطفای گازی معمولاً با سیستم Detection ترکیب می‌شود.

Detectorها می‌توانند شامل:

Smoke Detector

Heat Detector

Flame Detector

باشند.

در فضاهای حساس، معمولاً Detection باید قبل از تخلیه عامل، حریق را به‌سرعت تشخیص دهد.

Cross-Zone Detection

برای کاهش احتمال تخلیه ناخواسته، ممکن است از:

Cross-Zone

استفاده شود.

برای مثال:

Zone A Detector Activated

↓

Pre-Alarm

سپس:

Zone B Detector Activated

↓

Confirmed Fire

↓

Agent Release

این روش می‌تواند احتمال False Discharge را کاهش دهد.

Pre-Discharge Alarm

قبل از تخلیه عامل، باید هشدار مناسب صادر شود.

ممکن است شامل:

Audible Alarm

Visual Alarm

Voice Alarm

باشد.

افراد باید فرصت کافی برای خروج از فضای حفاظت‌شده داشته باشند.

Time Delay

در بسیاری از سیستم‌های Total Flooding، تخلیه عامل پس از یک Delay زمانی انجام می‌شود.

مثلاً:

Fire Confirmed

↓

Alarm

↓

Time Delay

↓

Agent Release

مدت Delay باید مطابق استاندارد، فلسفه پروژه و الزامات ایمنی تعیین شود.

Abort Switch

Abort Switch برای متوقف یا به تعویق انداختن تخلیه خودکار عامل استفاده می‌شود.

این تجهیز در شرایط خاص می‌تواند از تخلیه ناخواسته جلوگیری کند.

اما نحوه عملکرد آن باید دقیقاً طبق فلسفه سیستم تعریف شود.

Manual Release

سیستم باید امکان فعال‌سازی دستی نیز داشته باشد.

معمولاً:

Manual Release Station

در محل مناسب و قابل دسترس نصب می‌شود.

این تجهیز باید به‌گونه‌ای قرار گیرد که:

به‌راحتی قابل دسترسی باشد.

خارج از مسیر مستقیم خطر باشد.

افراد آموزش‌دیده بتوانند از آن استفاده کنند.

Lockout / Maintenance Switch

برای جلوگیری از تخلیه ناخواسته هنگام تعمیرات، ممکن است از:

Maintenance Lockout

استفاده شود.

این تجهیز باید در زمان:

Maintenance

Testing

Inspection

مورد توجه قرار گیرد.

Warning Signs

فضای حفاظت‌شده باید دارای علائم هشدار مناسب باشد.

برای مثال:

WARNING – GAS EXTINGUISHING SYSTEM

و هشدارهای مربوط به:

Pre-Discharge

Agent Release

Evacuation

باید در محل‌های مناسب نصب شوند.

سیستم دو مرحله‌ای عملکرد

یک منطق رایج:

First Detector

↓

Alarm

↓

Second Detector

↓

Confirmed Fire

↓

Pre-Discharge Alarm

↓

Time Delay

↓

HVAC Shutdown

↓

Agent Release

این فلسفه در بسیاری از سیستم‌های حساس استفاده می‌شود.

سیستم اطفای گازی و Cause & Effect

Cause & Effect باید مشخص کند:

Cause

مثلاً:

Detector 1

Detector 2

Manual Release

و:

Effect

مانند:

Alarm

HVAC Shutdown

Damper Close

Agent Release

Fire Alarm

Signal to BMS

Signal to Control Room

باشد.

طراحی سیستم CO₂

در طراحی CO₂ باید موارد زیر بررسی شود:

Hazard Type

Total Flooding / Local Application

Room Volume

Required Concentration

Agent Quantity

Cylinder Capacity

Pipe Network

Nozzle

Discharge Time

Safety Requirements

به‌صورت دقیق محاسبه شوند.

طراحی FM-200

برای FM-200 باید موارد زیر تعیین شود:

Room Volume

Hazard Class

Design Concentration

Agent Quantity

Cylinder Size

Pipe Network

Nozzle Size

Discharge Time

Hold Time

Pressure Relief

محاسبات معمولاً با نرم‌افزار تأییدشده سازنده انجام می‌شود.

طراحی Inert Gas

در سیستم‌های IG، باید مواردی مانند:

Room Volume

Design Concentration

Final Oxygen Concentration

Agent Quantity

Cylinder Pressure

Number of Cylinders

Pipe Network

Nozzle Orifice

Discharge Time

Pressure Relief

بررسی شوند.

سیستم‌های Inert Gas به دلیل فشار ذخیره بالا، نیازمند طراحی دقیق شبکه لوله‌کشی و تخلیه هستند.

طراحی Aerosol

در سیستم Aerosol، پارامترهایی مانند:

Room Volume

Hazard

Fire Class

Required Concentration

Generator Quantity

Generator Location

Activation Method

بررسی می‌شوند.

نکته مهم این است که Aerosol برای همه فضاها مناسب نیست و باید:

Residue

Corrosivity

Visibility

Personnel Safety

بررسی شود.

انتخاب سیستم مناسب

انتخاب عامل اطفا باید بر اساس:

Hazard

Room Volume

Occupancy

Equipment Sensitivity

Environmental Impact

Fire Type

Discharge Time

Maintenance

انجام شود.

مثلاً برای یک Data Center ممکن است:

FK-5-1-12

یا:

Inert Gas

مورد بررسی قرار گیرد.

برای برخی تجهیزات صنعتی ممکن است:

CO₂

یا:

Local Application

مناسب‌تر باشد.

مقایسه کلی

CO₂

مناسب برای برخی کاربردهای صنعتی و Local Application، اما از نظر ایمنی نفرات بسیار حساس.

FM-200

سرعت تخلیه بالا و فضای ذخیره نسبتاً کم، اما دارای ملاحظات زیست‌محیطی.

FK-5-1-12

Clean Agent با اثرات زیست‌محیطی متفاوت از HFCها و مناسب برای فضاهای حساس، با توجه به وضعیت تأمین و الزامات پروژه.

IG-100

ایمن از نظر محیط زیست و بدون باقی‌مانده، اما نیازمند سیلندرهای پرفشار و فضای ذخیره بیشتر.

IG-55

ترکیب نیتروژن و آرگون با عملکرد Inert Gas.

IG-541

ترکیب نیتروژن، آرگون و CO₂ و مناسب برای برخی فضاهای دارای نفرات، مشروط به رعایت محدودیت‌های ایمنی.

Aerosol

حجم کم تجهیزات و امکان کاربرد موضعی یا Total Flooding در برخی فضاهای خاص، اما با ملاحظات مربوط به Residue و سازگاری تجهیزات.

اشتباهات رایج در سیستم‌های گازی

برخی خطاهای رایج عبارت‌اند از:

انتخاب عامل بدون بررسی نوع خطر.

انتخاب سیستم فقط بر اساس قیمت.

عدم محاسبه دقیق حجم فضا.

عدم توجه به False Ceiling.

عدم توجه به Raised Floor.

عدم طراحی Pressure Relief.

عدم تست Enclosure Integrity.

عدم Shutdown مناسب HVAC.

عدم تعریف Cross-Zone Detection.

عدم وجود Time Delay.

نصب نامناسب نازل‌ها.

استفاده از نازل بدون محاسبات معتبر.

عدم رعایت ایمنی نفرات.

عدم هماهنگی با Cause & Effect.

عدم تست کامل سیستم.

مراحل طراحی یک سیستم گازی

فرآیند کلی طراحی:

Hazard Identification

↓

Fire Risk Assessment

↓

Determine Agent

↓

Determine Protected Volume

↓

Determine Design Concentration

↓

Calculate Agent Quantity

↓

Select Cylinders

↓

Hydraulic Calculation

↓

Select Pipe Sizes

↓

Select Nozzles

↓

Design Detection

↓

Design Cause & Effect

↓

Design HVAC Shutdown

↓

Design Pressure Relief

↓

Enclosure Integrity

↓

Installation

↓

Testing & Commissioning

اسناد مهم طراحی

برای طراحی حرفه‌ای معمولاً اسناد زیر مورد نیاز است:

Fire Protection Philosophy

Fire & Gas Philosophy

Cause & Effect

Room Data Sheet

Hazard Analysis

Agent Calculation

Hydraulic Calculation

P&ID

Equipment Datasheet

Nozzle Layout

Cylinder Layout

Pipe Layout

Pressure Relief Calculation

Enclosure Integrity Test

Commissioning Procedure

جمع‌بندی

سیستم‌های اطفای گازی یکی از تخصصی‌ترین بخش‌های Fire Protection هستند و انتخاب نوع عامل باید بر اساس نوع خطر و شرایط پروژه انجام شود.

مهم‌ترین گروه‌ها عبارت‌اند از:

CO₂

برای کاربردهای صنعتی و خاص، با حساسیت بسیار بالا نسبت به ایمنی نفرات.

FM-200

یک Clean Agent شیمیایی با سرعت تخلیه بالا و کاربرد گسترده در فضاهای حساس.

FK-5-1-12

یک Clean Agent برای حفاظت از تجهیزات حساس، با توجه به الزامات و وضعیت تأمین محصول.

IG-01

آرگون.

IG-100

نیتروژن.

IG-55

نیتروژن + آرگون.

IG-541

نیتروژن + آرگون + CO₂.

Aerosol

عامل اطفای آئروسل متراکم برای کاربردهای خاص.

در یک سیستم حرفه‌ای، انتخاب عامل تنها بخش اول طراحی است.

پس از انتخاب Agent باید موارد زیر نیز به‌صورت یکپارچه طراحی شوند:

Detection

↓

Cross-Zone Logic

↓

Cause & Effect

↓

Pre-Alarm

↓

Time Delay

↓

HVAC Shutdown

↓

Agent Release

↓

Pressure Relief

↓

Enclosure Integrity

↓

Hold Time

↓

Post-Discharge Strategy

بنابراین یک سیستم گازی موفق، صرفاً مجموعه‌ای از سیلندر و نازل نیست؛ بلکه یک سیستم یکپارچه تشخیص، کنترل، اطفا و ایمنی نفرات است که باید تمام اجزای آن بر اساس سناریوی حریق، نوع خطر، استانداردهای مربوط و مشخصات پروژه طراحی و تست شوند.