對臨時高壓消火栓系統自動啟泵設計參數取值的分析

廖啟芳

(中國建筑上海設計研究院有限公司廈門分公司 福建廈門 361000)

引 言

《消防給水和消火栓系統技術規范》GB50974－2014(以下簡稱《消水規》)規定臨時高壓消防系統的消防水泵應采用自動啟泵方式，這對原采用就地按鈕啟泵的臨時高壓消火栓系統是個較大的變化。消火栓系統采用自動啟泵，省去了各消火栓引至水泵控制箱的啟泵專線，也避免了因線路長信號損耗大導致末端信號弱泵啟動不成功的情況，既節省了造價又提高了系統的安全可靠性。同時由于系統設有流量開關及壓力開關，可及時監控滲漏情況，間接減少了管網的泄漏量。流量開關和壓力開關是臨時高壓消火栓系統自動啟泵控制的重要裝置，二者設計參數的取值會直接影響消火泵自動啟泵的成敗。但《消水規》未明確給出二者的設計參數取值，所以設計五花八門。

本文通過對規范和相關標準的分析研究，對上述臨時高壓消火栓系統中的流量開關、壓力開關設計參數的取值談談自己的看法，希望能與專業同仁一起學習和探討。

1 流量開關

流量開關設置在高位水箱消火栓系統出水管上感知水流的變化，當經過管路的水流達到可被判定是消火栓被動用的流量時，開關動作觸發消火栓泵啟動并同時發出報警信號。讓流量開關動作的流量稱之為報警流量。報警流量是流量開關靈敏度指標，它的取值對系統能否及時啟動很重要:取值偏小，系統靈敏度過高，管路誤報警增多;取值偏大，系統靈敏度過低，可能導致該報警時無法及時報警，恐延誤啟泵時間。那消火栓系統中設置的流量開關報警流量該怎么取值呢?

《消水規》12.2.8.4條:“流量開關應能在0.1m/s～10m/s時可靠啟動，其余性能宜符合國標＜自動噴淋滅火系統 第七部分:水流指示器》GB5135.7的規定”。根據規范的意思，流量開關的報警流量取值可以有以下三種方法。

法一:直接采用GB5135.7中水流指示器報警流量的取值15～37.5l/min作為流量開關的報警流量。這個方法比較簡單，但考慮到國標GB5135.7中所指的水流指示器為噴淋系統專用，其報警流量取值是按標準噴頭在特定壓力下的流量來確定的，消火栓流量與標準噴頭流量不同，未經過推算直接引用不太妥當。因此引出如下法二。

法二:參照噴淋系統水流指示器報警流量的取值法來確定消火栓系統的報警流量。國標GB5135.7中水流指示器報警流量的上限值37.5L/min相當于K=80噴頭在工作壓力0.022MPa時的出水量。這個0.022MPa可以理解為當高位水箱放置在屋頂距噴頭2.2m時產生的靜壓值，按這個思路，該高位水箱距最不利消火栓栓口產生的靜壓值約為0.04MPa，我們可算得栓口壓力0.04MPa時消火栓的出水量，計算結果如(表1)。(以下計算采用《建筑給水排水設計手冊》第二版計算公式及參數)

表1 不同消火栓栓口壓力與不同當量噴嘴直徑的對照表(單位 Hxh:0.01MPa，Qxh:L/min)

從(表1)可查出栓口壓力Hxh為0.04MPa時，當量噴嘴直徑11、13、16、19mm的出流量 Qxh分別為47.84L/min，70.07 L/min，105.08 L/min，145.83 L/min。當量噴嘴直徑11、13mm僅適用于消防設計流量2.5L/S的系統，考慮到《消水規》中消火栓系統的設計流量以5L/S為主，2.5L/S僅適用于21～27m的住宅，因此建議消火栓系統采用的流量開關報警流量按噴嘴直徑分兩檔，第一檔:當量噴嘴直徑11、13mm的消火栓報警流量取20～47.5 L/min;第二檔:當量噴嘴直徑為16、19mm的消火栓報警流量取65～105l/min。

法三:根據流量開關的流速確定。取《消水規》12.2.8.4條規定最低流速V=0.1 m/s對應的流量值作為報警流量區間的上限值，再取低于上限值25～40L/min作為報警流量區間的下限值。以下(表2)為V=0.1m/s時不同的管徑對應報警流量區間的取值。

表2 V=0.1m/s不同的管徑對應報警流量區間的取值

從上述法二、法三的推算結果可以看出，消火栓系統流量開關的報警流量取值比國標GB5135.7中水流指示器的報警流量取值高，巧合的是按法二的計算當量噴嘴直徑為11、13mm對應的報警流量值與法三DN100對應值接近，當量噴嘴直徑為16、19mm取值與DN150取值接近。總體說來二者差別不大，本文建議采用法二推算結果，同時也建議消火栓系統流量開關的報警流量取值標準化，便于設備在工廠內統一設定出廠值，方便現場的調試。

2 壓力開關

《消水規》12.2.8.2條對消火栓泵出口設置的壓力開關性能表述為:“壓力開關應符合國標＜自動噴淋滅火系統 第10部分:壓力開關》GB5135.10的性能和質量要求”。噴淋系統壓力開關設置在報警閥出水端，平時無水流通過，壓力為零，當系統噴頭動作，報警閥開啟，水流通過壓力開關，開關報警并啟泵。而消火栓泵出水管處的壓力開關平時壓力為管網準工作狀態的壓力，當系統消火栓被動用，水流向消火栓出口，管路水損導致壓力開關處水壓值下降，當壓力下降到其動作壓力時開關報警并啟泵，此動作壓力值《消水規》稱之為自動啟泵壓力值。自動啟泵壓力怎么取值?參考 GB5135.10壓力開關0.035～0.05MPa的取法直接取低于準工作狀態0.035～0.05MPa是否合理?下面根據消火栓系統穩壓設施的設置情況來進行分析。

2.1 僅設屋頂水箱穩壓的情況

(圖1)為當高位水箱設置高度滿足《消水規》5.2.2條的規定，系統未設穩壓泵的某消火栓系統示意簡圖:

圖中D1為最不利消火栓點，A為啟泵壓力開關設置點。

準工作狀態時，A點壓力值為

HZ=(H1+H2+h1)*0.01 MPa(式1)

式中:

HZ—采用屋頂水箱穩壓，準工作狀態時A點壓力(MPa)

H1—D1點與A點的幾何高差(m)

H2—高位水箱底距D1點的幾何高差(m)

h1—水箱有效水位總高(m)

圖1 消火栓系統示意圖

當D1點處消火栓動作，由于管路的水損，管路各點壓力變化，此時A點的壓力為:

HA=(H1+H2+h1)*0.01－hiMPa(式2)

hi—消火栓動作時管路水損(MPa)

HA—D1點處消火栓動作時A點的壓力值(MPa)

最理想的設計應該是:最不利D1點處消火栓動作，A點處壓力下降，壓力開關動作報警，此時A點的壓力值就作為系統啟泵壓力值。看看實際工程的情況:消火栓當量噴嘴直徑取 19mm，(圖 1)中的H1.H2.H3.h1.h2的取值及由此計算得出的Hz值見(表3)，當D1～D4處消火栓依次動作時管路水損hi和HA的計算結果見(表4):

表3 H1.H2.H3.h1.Hz值

表4 D1～D4處消火栓依次動作時管路的hi和HA值

從(表4)可以看出:最不利點1、2支消火栓動用時，管路的水損很小，如采用此刻A點的壓力值作為啟泵壓力值，系統壓力檢測儀表的靈敏度要大幅度提高，靈敏度過高可能導致系統誤報警率提高，實際工程恐無法直接采用該值做啟泵壓力值。如直接按準工作狀態0.035～0.05MPa至少要在最不利的4支水槍動作，似乎靈敏度偏低。建議這種情況適當折中選擇壓力開關的靈敏度，取系統準工作狀態壓力值低0.02～0.03MPa的值作為啟泵壓力HD，即

HD=Hz－0.02～0.03MPa(式3)

顯然這里按(式3)計算的HD作為啟泵壓力值無法滿足最不利消火栓水槍動作時，壓力開關直接啟泵并報警。也就是說僅靠屋頂水箱穩壓的系統，由于最不利點1支水槍動作時系統啟泵壓力點的壓力變化不大，壓力開關恐無法及時報警，此時只能靠屋頂水箱出水管上設置的流量開關來報警并啟泵。

2.2 設穩壓泵穩壓的情況

我們再來看看圖1中的系統高位水箱的設置高度H2無法滿足《消水規》5.2.2條規定時的情況。根據《消水規》5.3.3條第3款，取準工作狀態時最不利處消火栓水壓值等于0.16MPa，此時A處水壓

H'Z=H1*0.01+0.16MPa(式4)

H'Z—采用穩壓泵穩壓，準工作狀態時A點壓力(MPa)

根據《消水規》5.3.3條2款自動啟動壓力值與準工作狀態差0.07～0.10MPa，可得

H'D=H1*0.01+0.06～0.09 MPa(式5)。

H'D—采用穩壓泵穩壓時系統的自動啟泵壓力值(MPa)

比較(式1)和(式4)，(式2)和(式5)，可以看出系統采用穩壓泵穩壓和采用高位水箱穩壓相比，前者系統自動啟泵壓力比準工作狀態低0.07～0.10MPa，遠高于后者的0.02～0.03MPa，這是由于前者采用穩壓泵穩壓，可以適當拉高準工作狀態時的系統壓力，再通過合理選定穩壓泵的設計流量來實現最不利點消火栓水槍動作時管路系統水壓迅速下降，實現壓力開關動作并啟泵。而采用高位水箱穩壓的系統，由于高位水箱出水穩定，最不利點消火栓動作時，系統壓降不明顯，導致壓力開關動作無法及時動作。也就是說采用穩壓泵穩壓的系統比采用高位水箱穩壓的系統其壓力開關動作更及時準確，誤動作少。

再比較(式2)和(式5)，當(H2+h1)*0.01－hi＞0.06～0.09 MPa時，存在

H'D(H1+H2+h1)*0.01－hi(式6)

(式6)可理解為:設有高位水箱+穩壓泵穩壓的系統，當最不利點消火栓動作時，開始由于穩壓泵無法提供消火栓動作的流量，系統壓力快速下降，但如果高位水箱的設置位置較高，當最不利點消火栓與最高水位差產生的位能扣除管路水損后仍大于0.06～0.09MPa時，系統的供水壓力變成了高位水箱出水控制，管路的供水壓力下降變緩，A點的壓力也無法快速降至設定的比準工作狀態低0.07～0.10MPa的自動啟泵壓力，此時出現:最不利的消火栓被動用了，但壓力開關無法及時報警并啟泵。建議這種情況適當抬高自動啟泵壓力值至略高于高位水箱最高水位形成的靜壓值H″D，H″D為H'D此時的修正值

H″D＞(H1+H2+h1)*0.01，(式7)

相應地系統的保壓值按

H″Z=H″D+0.07 ～0.10MPa(式8)計算。

根據以上分析設穩壓泵穩壓的系統管路的保壓取值按(式4)取值，并按(式8)校核 。系統的啟動壓力取(式5)取值，(式7)校核。通過上述分析也得到這樣的結論:消火栓系統中合理配置穩壓泵可縮短消火栓動用到系統壓力開關動作的時間，可更快速啟動消火栓泵，提高系統的安全性。因此建議在建設標準高火災危險性大的建筑考慮增設穩壓泵穩壓系統。

3 總結

流量開關和壓力開關是臨時高壓消火栓系統自動啟泵控制的重要元器件，雖然消火栓泵啟用是在火災發生，救災人員到達現場時才被動用的，它對控制措施的安全性和有效性不及全自動滅火系統的高，但對火場而言時間就是生命和財富，系統的及時啟動對整個滅火工作仍然重要之極，系統啟動的控制參數仍不容忽視。本文對二者的主要設計參數提出了取值建議，另外也得到這樣的結論:消火栓系統中合理配置穩壓泵可提高壓力開關動作的靈敏度，更快速及時開啟消防泵，因此建議建設標準高火災危險性大的建筑增設穩壓泵穩壓系統。

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