بررسی سیستم اطفا حریق آیروسل در دیتاسنتر

سیستمهای اطفاء حریق گازی بر مبنای گاز CO2 از اوایل دهه 1930 میلادی مورد استفاده قرار گرفت. در آن زمان به دلیل عدم وجود راه حل های جایگزین مورد استقبال قرار گرفت. لیکن پس از سپری شدن زمان ، مشکلات بوجود آمده در استفاده از آن ، این تکنولوژی را به چالش کشید و مخترعین به دنبال ارائه فن آوری نوین در جهت بهبود عملکرد سیستمهای اطفاء حریق و بر طرف نمودن مشکلات آن نمودند. برخی از معایب استفاده از گازCO2 به شرح ذیل می باشد:

1. تاثیر گذاری بر آتش به کمک کاهش غلظت اکسیژن موجود در محل: به کمک تزریق CO2 در زمان آتش سوزی حجم گاز اکسیژن موجود به شدت کاهش می یابد و در نتیجه آتش خاموش می شود. لیکن این امر باعث تاثیر گذاری آنی بر سلامت افراد می شود که در حالت اشباع منجر به مرگ فوری افراد و در حالت موضعی منجر به ایجاد ضایعه مغزی شدید بر روی افراد حاضر در محل خواهد شد. لازم به ذکر است که حداقل غلظت مورد نیاز جهت اطفاء آتش (Minimum design concentration) به کمک گاز Co2 34 درصد حجم محیط می باشد و این در حالی است که حداکثر سطح غلظت آن برای زنده ماندن افراد 5 درصد حجم محیط می باشد.

(German Safety and Health standards BGR 134)

لذا سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی است که حجم اکسیژن موجود در محیط را کاهش ندهد و در صورت فعالسازی سلامت افراد را به مخاطره نیاندازد.

2. با توجه به اینکه گاز CO2 در کپسولها تحت فشار می باشد لذا در هنگام خروج و مواجهه با فشار محیط گاز کربنیک ملزم به گرفتن دما از محیط به منظور افزایش فاصله بین مولکولی خواهد شد. لذا در زمان تخلیه با کاهش کاملا محسوس دمای محیط مواجه خواهد شد که این امر باعث صدمه زدن به تجهیزات مستقر در محیط خواهد شد. سناریوی اطفاء حریق به کمک CO2 اینگونه ترسیم می شود که حریق به وقوع پیوسته است و در فاصله زمانی تشخیص حریق توسط حسگرها و گذشت زمات تاخیر جهت خروج افراد ، تجهیزاتی که در مجاورت حریق قرار گرفته اند گرم شده و سپس فورا توسط CO2 خنک می شوند. این تغییر دمای سریع باعث تغییر شکل ظاهری اشیاء فلزی و دفرمه شدن آنها می شود. به گونه ای که در بسیاری از موارد نیاز به تعویض قطعات مذکور ضروری می باشد. لذا سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی است که عامل بوجود آورنده تغییر ناگهانی دمای محیط نباشد.

3. گاز CO2 در زمره گازهای گلخانه ای محسوب می شود و باعث تخریب لایه اوزون و افزایش دمای کره زمین می شود. (ODP=1, GWP=1) لازم به ذکر است که گاز CO2 معیاری جهت سنجش میزان تخریب لایه اوزون و گرمای کره زمین به حساب می آید از این رو ODP,GWP آن را یک در نظر می گیرند. لذا سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی است که حداقل تخریب بر لایه اوزون و کره زمین را داشته باشد و ماندگاری در محیط آن نیز حداقل باشد ، زیرا با تولید و مصرف آن در جهان بطور مداوم غلظت آن در اتمسفر افزایش پیدا خواهد نمود.

4. استفاده از سیلندرهای تحت فشار بخودی خود عامل تهدید کننده محیطی که در آن نصب می باشد ، است. بطور روزمره شاهد انفجار این گونه کپسولها در اقصی نقاط جهان می باشیم. علت انفجار آنها به دلایل متعدد از قبیل بروز زلزله ، قرار گیری در معرض مستقیم شعله آتش ، وارد آمدن ضربه به شیر آلات و بدنه آن بطور سهوی توسط نیروی انسانی و غیره می باشد. این در حالی است که قوانین بسیار سخت گیرانه ای در خصوص تولید این گونه مخازن در استانداردهای گوناگون وجود دارد. از این رو در آئین نامه مصوب کمیته پدافند غیر عامل کشور ، قوانینی در خصوص عدم نصب مخازن تحت فشار در نزدیکی امکانی که دارای رده امنیتی می باشند تصویب شده است. این تهدید نه تنها در مورد اماکن دارای رده امنیتی می باشد بلکه در مورد تمامی اماکن عمومی و تجهیزات گران قیمت نیز صادق می باشد. از این رو سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی است که حدالامکان از این گونه مخازن استفاده ننماید.

5. تعداد مخازن مورد نیاز و لوله کشی مرتبط با آن یک بخشی از محیط را اشغال می نماید و بخش دیگری از آن را غیر قابل استفاده می نماید. این امر در اماکنی که محدودیت در فضا وجود دارد بیشتر به چشم خواهد خورد که این امر عامل بوجود آورنده معضلات دیگری خواهد شد که شاید در بدو امر چندان به نظر نمی رسیدند. لذا سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی خواهد بود که کمترین فضای ممکن را اشغال نماید.

6. با توجه به اینکه گاز CO2 دارای جرم مولوکولی کمی می باشد (جرم مولکولی آن 44 می باشد) گاز بسیار فراری است و استفاده از آن بصورت Local application در اماکنی که دارای خلل و فرج می باشند با ریسک زیادی مواجه می باشد. در صورتی که بن حریق دقیقا در مجاورت نازل قرار نگیرد ، امکان کاهش دقت سیستم بسیار محتمل می باشد. این احتمال ممکن است به عدم موفقیت سیستم در خاموش نمودن آتش بیانجامد از این رو در سیستم های جایگزین مانند FM-200 (با جرم مولکولی 172)سعی بر آن شده که از موادی با وزن مولکولی بیشتر استفاده گردد تا خطرات ناشی از فرار گاز کاهش یابد. لیکن سیستم اطفاء حریق ایده آل سیستمی است که خطرات ناشی از فرار گاز و نشتی آن به محیط خارج به حداقل ممکن کاهش یابد و یا مکانیسم عمل اطفاء به گونه ای تغییر یابد که نیازی به جلوگیری از مواجهه اکسیژن با بن حریق وجود نداشته باشد.

با عنایت به موارد یاد شده در طول قرن گذشته جامعه مهندسین و مخترعین همواره به دنبال یافتن راهکارهای نوین جهت افزایش کارائی و کاهش صدمات بیان شده بوده اند. ما حصل این تلاشها بوجود آمدن راهکارهای گوناگون و ارائه تکنولوژیهای متعدد در طول زمان بوده که در ذیل به برخی از آنها اشاره می گردد.

– استفاده از ترکیب گازهای دیگر نظیر N2 با گاز CO2 در جهت کاهش اثرات مخرب گاز CO2 که نتیجه آن تولید گازهای نظیر IG-54 شده است.

– استفاده از گازهای خنثی (Inert Gas) جهت کاهش اثرات مخرب گاز CO2

– استفاده گازهای هالو کربن مانند Halon 1301 و FM-200

هر چند که در این میان هالو کربن ها بسیار خوش درخشیدند و در عمل در مقایسه با CO2 بسیار موفق تر عمل نمودند لیکن تاثیر مخرب آنها به محیط زیست باعث گردید که جامعه مهندسین دست از تلاش در جهت کاهش صدمات بر ندارند. در ذیل جدولی در خصوص مقایسه تاثیر این گونه گازها بر روی محیط زیست ارائه شده است.

Inert Gases	PFC-3-1-10	HFC-125	HFC-227ea (FM-200)	Halon 1301
0	15	0	0	12	ODP
n.a	9000	3400	3500	6900	GWP
n.a	130	29	33	65	ALT(years)

همانگونه که به نظر می رسد در این میان مقام اول در حداقل تخریب به محیط زیست متعلق به گازهای خنثی می باشد لیکن تاثیر این نوع از گازها بر روی آتش بسیار ضعیف است و از این رو در ابتدا گاز Halon 1301 و به دنبال آن در دهه 80 میلادی مناسبترین جایگزین سیستم اطفاء گازی FM-200 انتخاب گردید و بطور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت . لیکن همچنان این نوع از سیستم اطفاء کننده با سیستم اطفاء حریق ایده آل فاصله زیادی داشت. دلایل این امر به شرح ذیل می باشد

استفاده از مخازن تحت فشار همانند تکنولوژی قدیم

تاثیر مخرب بر محیط زیست هر چند که از تکنولوژیهای گذشته کمتر می باشد لیکن هم چنان به میزان ایده آل نرسیده است

عدم امکان استفاده در پروژه های Local application و اصرار در استفاده به روش total flooding

امکان استفاده فقط در کلاسهای حریق A,B,C

تولید HF (اسید هالوژن) در هنگام تجزیه مولوکولی در مواجهه با دماهای بیش از 500 درجه سانتی گراد که تاثیر بسیار خطرناک و کشنده ای خواهد داشت.

کاهش خطرات در مقابله با سایر تهدیدات نظیر زلزله، سیل و طوفان: اگرچه سیستمهای اطفاء کننده برای مقابله با آتش طراحی شده اند لیکن بسیاری از آنان خود در مقابل عوامل طبیعی تبدیل به یک تهدید گردیده است. استفاده از مخازن تحت فشار ، در مقابله با تخریب شدن اماکن و زلزله خود همانند یک بمب عمل نموده و احتمال ترکیدن مخازن بوجود می آید از این رو در توسعه و پیشرفت این صنعت سعی بر آن شد که تا حد امکان از فشار داخلی مخازن کاسته شود. در ذیل به مقایسه فشار داخلی برخی از مواد اشاره می شود:

کاهش تهدیدات و صدمات به محیط زیست: در دهه های اخیر تاثیر انتشار گازهای گلخانه ای بر روی گرمایش و تغییر آب و هوای کره زمین و همچنین تخریب لایه اوزون بسیار جدی گرفته شده است. از این رو دو شاخص بنامهای ODP (Ozone Depletion Potential) و GWP(Global Warning Potential) تعریف شده که معیار آن تاثیر و تخریب گازکربینیک می باشد. همچنین معیاری بنام ALT (atmospheric life time) نیز در نظر گرفته می شود. ALT زمانی است که مواد در محیط زیست باقی می مانند

تلاش بر این است که از موادی که کمترین تخریب را بر محیط زیست دارد استفاده گردد. در ذیل جدول مقایسه این پارامترها برای چند نوع مواد اطفاء کننده ارائه شده است.

چدول مقایسه تاثیر  چند اطفاء کننده رایج بر روی محیط زیست و طول عمر آنها
اطفاء کننده	GWP	ODP	ATL
Inergen	0	0	n/a
IG-55	0	0	n/a
FM-200	3800	1200	36.5 سال
ECARO	3800	2100	32.6 سال
Novec	1	1000	3 تا 5 سال
FE-13	11700	1100	250 سال
Aerosol	0	0	0
CO2	1	1	n/a
Halon 1301	6900	3200	65 سال

موثرتر نمودن مواد مورد استفاده در سیستم اطفاء حریق که به تبع آن به کاهش فضای ذخیره سازی مواد می انجامد. مطابق استانداردهای هر یک از مواد اطفاء کننده ، میزان مواد مورد نیاز به شرح جدول ذیل می باشد.

نوع ماده اطفاء کننده	CO2	Inert gases	HFC-125	FM-200	Halon-1301	Aerosol
غلظت مورد نیاز	35-50%	38-40%	8-11.5%	7.2-8.7%	5%	1%

همانگونه که مشاهده می شود موثرترین ماده اطفاء کننده آیروسل می باشدکه آخرین نسل از مواد اطفاء کننده می باشد. لازم به ذکر است که آیروسل تا مدت 45 دقیقه بطور موثر در محیط باقی می ماند و از بازگشت مجدد حریق ممانعت به عمل می آورد . این در حالی است که هیچ کدام از مواد قبلی قادر به ایجاد این سطح از حفاظت نمی باشند. لازم به ذکر است که استاندارد تهیه شده برای آیروسل NFPA2010 می باشد که صحت ادعای این سند را تائید می نماید.

لذا پس از آن نیز تلاش در جهت یافتن سیستم اطفاء حریق ایده آل ادامه یافت که منجر به اختراع و تولید نسل نوینی از سیستم های اطفاء حریق به نام آیروسل گردید که تحت استاندارد NFPA-2010 مدون شد.

آیروسل دارای مشخصات ذیل می باشد:

عدم نیاز به مخازن تحت فشار
عدم نیاز به لوله کشی و اشغال حداقل فضای ممکن در مقایسه با نسلهای گذشته سیستمهای اطفاء حریق
عدم تاثیر مخرب بر سلامت افراد
سازگار با محیط زیست (دارای ODP=0,GWP=0 , Alt=0) عدم انتشار مواد غیر طبیعی در محیط زیست
عدم تاثیر بر دمای محیط در هنگام تخلیه ( این سیستم اجازه می دهد که افزایش دمای ناشی از حریق بطور طبیعی کاهش یابد و تخریبی بر تجهیزات و ادوات منصوبه در محیط بوجود نخواهد آورد.
عدم نیاز به قطع ارتباط اکسیژن با بن حریق و عدم کاهش اکسیژن موجود در محیط
عدم نیاز به شارز سالیانه
عمر مفید بیش از25 سال
علاوه بر آنکه در استاندارد و در تئوری هیچ گونه تاثیر مخربی بر سلامت افراد ، محیط زیست و تجهیزات بوجود نخواهد آورد تا کنون هیچ گونه گزارشی مبنی بر بوجود آوردن خسارت در عمل نیز وجود نداشته است.

از این رو این شرکت با داشتن توان آزمایشگاهی و تولید محصول در کارخانه خود این امکان را فراهم نموده است که جامعه مشاورین کشور از نزدیک با این نوع تکنولوژی آشنا شده و محصولات این شرکت را به بوته آزمایش بسپارند. امید بر آنکه گام موثر و مفیدی در جهت نگهداری سالم ادوات و تجهیزات ملی این کشوردر بر داشته شود.

همچنین لازم به ذکر است بر اساس استاندارد NFPA حجم محیط محاسبه شده و به میزان حداقل یک دهم از حجم محاسبه شده مواد موثره آیروسل جهت اطفا در نظر گرفته می شود

کلیه منابع و مآخذ محفوظ می باشد و در صورت تمایل امکان ارائه مطالب بیشتر ، روشهای محاسبه و طراحی سیستم مبتنی بر این نوع محصولات وجود دارد.