赵世明:消防给水临时高压系统的启泵控制分析

  • 编辑:管理员
  • 发表时间:2018年2月2日
  • 浏览次数:549

 

中国建筑设计院有限公司 赵世明顾问总工程师

消防给水临时高压系统的自动启泵控制包含有消防水泵出口的压力开关启泵和高位水箱出水管流量开关启泵。工程中符合现行消防规范要求的临时高压消防给水系统存在多种,其中有的系统压力开关启泵和流量开关启泵的技术问题已经解决,但仍有些常用的系统,其自动启泵的控制尚存在技术难点,需要研究解决。



2018年1月实施的《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017,以下简称“喷规”)要求高位水箱出水管上的流量开关启泵,其启泵流量值“喷规”中没有规定,但据“喷规”修订相关专家的口头解释,启泵流量值的确定有两种说法,一种是把大于等于系统的设计泄漏量加一个喷头的流量作为启泵流量;另一种是把大于设计泄漏量作为启泵流量。然而,这两种启泵流量控制方式都是行不通的。

根据经验可知,系统的泄漏流量是由管网系统的大小、管道敷设位置(如埋地与地上)、采购的管网材料、施工安装质量等多因素决定的,因此在工程设计阶段是未知的。《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014,以下简称“消水规”)规定系统设计泄漏量可取系统消防用水流量的1%~3%,由此可见,设计泄漏流量是个假设的流量。在系统的实际运行中,这个流量可能发生,也可能不发生;或者,实际泄漏流量可能小于设计值,也可能大于设计值。笔者所在单位例行的工程回访中就碰到过两个截然相反的案例,一例是稳压泵很少运行,以致于业主认为这组泵是多余的;另一例是稳压泵几乎不停的运行,业主认为泵选小了。

对于系统大量漏水而物业管理人员难以发现或难以找出原因及时应对的现象,至少在两种情况下几乎是无法避免的:一是消防管道大量埋地,发生漏水难以发现;二是消防泵出水管上的逆止阀漏水,导致管网中的水漏回消防水池,而稳压泵又从消防水池吸水循环回管网,消防水在管网和消防水池之间循环,因而难以发现。

可以说,管网系统的实际泄漏流量偏离设计值是大概率事件。

对于前述的把大于设计泄漏流量作为启泵流量的自动喷水灭火系统,当实际泄漏流量超过设计值时,就会发生误启泵。比如某一系统的设计泄漏流量为1.0 L/s,流量开关设计为在流量大于1.0 L/s就发出启泵指令,那么,当这个系统的实际泄漏流量超过1.0 L/s但喷头没有启动时,流量开关就会发出启泵指令,水泵误启动。水泵的误动作会导致一种非常严重的后果,即,物业管理人员把系统的自动启泵功能关掉,使自动喷水灭火系统的“自动”功能废掉。因此,这种流量启泵方法是不可行的。

对于前述的把大于等于设计泄漏量加一个喷头的流量作为启泵流量的自动喷水灭火系统,当实际泄漏流量超过启泵流量设计值(即设计泄漏流量加一个喷头流量)时,就会发生误启泵;而当实际泄漏流量很小,一个喷头动作时有可能发不出启泵指令,因为此时通过流量开关的流量小于设计启泵流量。例如某一系统的设计泄漏流量为1.0 L/s,喷头的开启流量为1.2 L/s。流量开关启主泵流量设计为大于等于2.2 L/s。那么,当这个系统的实际泄漏流量较大,超过2.2 L/s但喷头没有启动时,流量开关就会发出启泵指令,水泵误启动。同理,当这个系统的实际泄漏流量较小,达不到1.0 L/s但喷头动作开启(1.2 L/s)时,则流量开关就会因流量没有达到2.2 L/s而不动作、不发出启泵指令,造成喷头启动但流量开关启泵装置没有动作的责任事故。

可见,自动喷水灭火系统设置流量开关启泵,在有些情况下会对系统造成负面效果。


自动喷水灭火系统要求加设流量开关启泵,其出发点是增加一个或门启泵的控制,启泵会更加安全或可靠。但是应该认识到,第一,这一路的控制有可能不会及时启泵,即一个喷头动作时流量开关不一定会动作、发出启泵信号,不像报警阀那样一个喷头动作后其压力开关必须动作发出启泵指令(否则产品不合格,报警阀组不能出厂)。对此,自动喷水灭火系统的水泵不可仅设流量开关自动开启,必须还要有更可靠的能及时启泵的控制器件比如压力开关进行启泵,并且这个启泵器件的重要等级要高于流量开关,作为重点依靠的启泵装置。同时,若喷头动作而流量开关没有及时动作,不能认定为设计人失责。第二,流量开关有可能会误启动水泵,即没有火灾、喷头没有动作情况下启动水泵。这是设置流量开关时要防治的重点。为此,启泵流量要设置得尽量大一些,防止其误启动水泵。

流量开关的流量参数启泵如果转化为流速探测启泵,则又会多纳入一个不确定参数——管径,这将使流量开关启泵控制变得更加复杂,本文不对此展开讨论。


“消水规”11.0.4条规定,消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关、或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防水泵。另外,“消水规”5.3.3条第2款规定,稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值,且增加值宜为 0.07~0.10 MPa。即消防泵出水管上的压力开关应在准工作状态压力下降0.07~0.10 MPa时启主泵。


工程中存在设有高位水箱但不设稳压泵的临时高压消防系统,比如:高位水箱的设置高度满足“消水规”5.2.2条1~3款规定的系统(如图1)和高、低区共用高位水箱的低区系统。这些系统中没有稳压泵,启动主泵的压力值和准工作状态的压力差值应该取多大,“消水规”中没有规定。那么,是不是可以参考5.3.3条第2款确定启泵压力呢?答案是否定的。因为对于这类系统,0.07~0.10 MPa的压力差值太大,高位水箱中的水完全排空用完也达不到这个压力差值。比如水箱中的水用掉一半,压力开关的压力值也只下降约0.01 MPa,但达到这个下降值的时间却是漫长的。例如水箱的容积18 m3,用 1支水枪耗用水箱一半储水的时间是:18 000 L÷2÷5 L/s=1 800 s=30 min;若用2支水枪,时间是15 min。这些时间太长,是无法接受的。


可见,这类系统采用水泵出水管上的压力开关启泵是很困难的。因为初期火灾时高位水箱中的水位下降缓慢,从而水泵出水管上的压力开关的压力值下降缓慢,迟迟不能发出启泵信号。

2.2.1消火栓系统
高位水箱稳压的消火栓系统在高位水箱出水管上流量开关启泵的基础上再加设水泵出口压力开关启泵,其出发点也是增加一个或门启泵的控制,会更加安全或可靠。但是,水泵出口的压力开关控制不会及时启泵,即一个消火栓出流时压力开关不会及时动作、发出启泵信号。对此,高位水箱稳压的消火栓给水系统,水泵必须还要有更可靠的能及时启泵的控制器件启泵,这就是水箱出水管上的流量开关,且其启泵流量不应设得太小,以防止误启泵(频繁误启泵会导致物业管理人员关闭系统的自动启泵功能);同时也不应太大,不超过准工作状态水压下一个消火栓的流量,以防不能及时启泵。建议启泵流量取大于等于3.5 L/s。流量开关启泵器件的重要等级应高于压力开关启泵,作为重点依靠启泵器件,并且,一两支消火栓出水而压力开关没有及时动作不能认定为设计人失责。

2.2.2自动喷水灭火系统
高位水箱稳压的自动喷水灭火系统,水泵出口的压力开关和高位水箱出水管上的流量开关都不能及时、准确启泵(原因前已论述),必须依靠报警阀组上的压力开关才能可靠、及时启泵,报警阀组的压力开关其重要性等级要比流量开关和水泵出口的压力开关更高,应作为重点依靠启泵器件。

高位水箱稳压的消防给水系统,压力开关的设置位置若从水泵出口移至高位水箱的出水管上,则会较灵敏地感知因初期火灾灭火用水引起的管网压力变化,建议开展试点应用。


根据“消水规”5.1.12条第2款,消火栓泵可以从市政管网吸水,如图2。工程中也大量存在这类系统,比如一些地铁站房的消火栓临时高压系统,有些地方的多层消火栓临时高压系统。这类系统平时准工作状态的压力由市政水压保持,没有稳压泵。



根据“消水规”,消防泵由其出口处的压力开关启动。这类系统启动主泵的压力值和准工作状态的压力差值应该取多大呢,“消水规”中没有规定。同高位水箱稳压的系统一样,此类系统也不可参考5.3.3条第2款规定的0.07~0.10 MPa的压力差值确定启泵压力。其原因至少有两个:第一,准工作状态水压即市政水压因火灾初期一两支消防水枪的使用而导致下降,其缓慢程度会比高位水箱稳压的系统更甚。第二,设计依据的市政水压或设计准工作状态水压是自来水公司提供的一个保证率极高的供水压力,其值很低,一般为0.18~0.20 MPa,出现的概率非常小,全年绝大部分时间的市政供水压力都大于该值,高出的值有时甚至达一倍。在这个出现概率很小、数值较低的水压值处再下降一定的压力值而开启消火栓泵,几乎是不现实的。比如,一个地铁站房建设项目,其临时高压消火栓系统从市政管网直接吸水,不设稳压泵,平时由市政水压稳压,自来水公司提供的市政管网供水压力为0.18 MPa。那么,这个压力就是消火栓系统的准工作状态压力,消火栓泵出口的压力开关启泵压力值显然不能设计为0.18 MPa,而应该低于此值。低多少呢?即使仅仅低0.02 MPa即0.16 MPa启泵,也极可能在一场火灾中导致水泵无法自动启动,因为失火时市政水压或水泵出口处的水压高于0.18 MPa,降低不到0.16 MPa。

上述的水泵无法自动启动现象,是因为水泵出口处的水压没有降低到设定启泵值造成的。在这种情况下,消火栓口处有可能存在较高的供水压力而顺利实现灭火,但也有可能因水泵没有启动而水压不足,即栓口压力只是高于启泵压力(0.16 MPa)而小于灭火压力(0.25 MPa),从而没有顺利灭火。但不论水压是否足够,一旦灭火失败,只要水泵没有自动启动,水泵控制的相关设计人或管理人就会被追责。


对于水泵直吸、市政水压稳压的临时高压消火栓系统,火灾时水泵出口的压力开关不一定能及时启泵,甚至不一定能启泵。该系统必须配置更可靠的能及时启泵的控制器件进行启泵,并且这个启泵器件的重要等级要高于压力开关。这个重要启泵器件应该是水泵出口的流量开关而不是高位水箱出水管上的流量开关。同2.2节的理由相类似,流量开关的动作流量宜取大于等于3.5 L/s。需要注意,水泵出口的管径比高位水箱的出水管管径大,其流量开关的性能应该更灵敏。

同理,对于水泵直吸、市政水压稳压的临时高压自动喷水灭火系统,水泵出口的压力开关和流量开关都不是启泵的可靠器件,必须配有报警阀组压力开关启泵才是可靠的,是重点依靠的启泵器件。


“消水规”4.3.11条第3、4款规定,除可一路消防供水的建筑物外,向高位消防水池供水的给水管不应少于2条;当高层民用建筑采用高位消防水池供水的高压消防给水系统时,高位消防水池储存室内消防用水量确有困难,但火灾时补水可靠时,其总有效容积不应小于室内消防用水量的 50%。以此为依据,临时高压系统的消火栓泵可向高位水池供水,然后再由该水池向消火栓配水管网重力供水,如图3。此类系统在超高层建筑中比较常见。



高位水池临时高压系统,消防配水管网准工作状态的水压和消防状态的供水压力均由高位水池维持。消防泵出水管和消防配水管网之间由高位水池隔断,配水管网的水压变化不能传递到水泵出水管,即水泵出水管上的压力开关已不能反映消火栓管网系统中的压力,或者说,无论管网中的消火栓是否使用,都不会导致水泵出口压力开关处的压力发生变化。因此,这类系统无法执行“消水规”11.0.4条规定的水泵出水管上的压力开关启泵,或者说11.0.4条中的压力开关启泵对这类系统是无法操作的。

高位水池临时高压系统的另一个问题是流量开关的设置。借鉴高位水箱出水管上流量开关的设置方法,把高位水池临时高压系统的流量开关设于水池出水管上。然而,高位水池的出水管有2条,比高位水箱多一条,这样,流量开关就需要在每个出水管上设置,共设2个。2个流量开关,如何反映火灾初期一个消火栓的出水流量?


对于高位水池临时高压系统,根据上述分析应取消水泵出口的压力开关开启消防水泵的要求。若一定维持压力开关自动启泵的要求,应把压力开关从水泵出口移至高位水池出水管上,但需要认识到火灾初期,消防用水量少,压力开关的压力变化是很缓慢的,不好实现有消火栓使用便即刻启泵。考虑到高位水池里储存了至少50%的消防水量,足够前期灭火使用,应放松及时启泵的要求。
对于高位水池临时高压消火栓系统的2个流量开关设置,可把每个流量开关的启泵流量仍设置为3.5 L/s左右。这会导致当一个消火栓使用时流量开关不发出启泵指令(2条出水管向1个消火栓供水),但一旦有2个消火栓使用,就至少有一个流量开关动作启泵。考虑到高位水池里储存了至少50%的消防水量,2个消火栓使用后再启泵仍然是可以接受的。

对于高位水池临时高压自动喷水灭火系统,只有报警阀组压力开关启泵才最为可靠,水泵出口的压力开关无法启泵,水池出水管上的流量开关无法及时启泵。


自动喷水灭火系统高位水箱出水管上的流量开关会产生误启泵或不能及时启泵,必须配置更可靠的其他自动启泵控制方式比如压力开关,并重点依靠压力开关启泵;高位水箱稳压的消防给水系统其水泵出口的压力开关不能及时启泵,消火栓系统应重点依靠流量开关自动启泵,自动喷水灭火系统应重点依靠报警阀组压力开关启泵;水泵管网直吸、市政水稳压的消防给水系统,水泵出口的压力开关很难启泵,消火栓系统应重点依靠水泵出口设流量开关启泵,自动喷水灭火系统应重点依靠报警阀组压力开关启泵;高位水池临时高压消防给水系统,水泵出口不应设启泵压力开关,消火栓系统应依靠水池出水管的流量开关启泵,自动喷水灭火系统应重点依靠报警阀组压力开关及时启泵。

更多资讯请关注国家建筑标准设计订阅号

更多