臨時高壓消防給水系統設計及運行參數探究

□ 王 珂

臨時高壓消防給水系統（以下簡稱“臨時高壓系統”）平時并不能滿足滅火設施所需的工作壓力和流量要求，需要在滅火時自動啟動消防水泵，才能滿足系統所需的壓力和流量，因此，自動啟泵是關鍵。臨時高壓系統的自動啟泵通過合理地設置穩壓設備、壓力開關、流量開關的控制參數來實現，并在必要條件下需要手動啟停。臨時高壓系統在不發生火災時通過穩壓設備維持一定的系統壓力，火災時消火栓、噴頭等滅火設施終端出水，利用流量開關感應到系統有一定流量流出或壓力開關偵測到系統壓力持續下降，通過電信號主動啟動消防水泵，以達到滅火的設計流量和壓力要求。

1 穩壓設備

穩壓設備一般由高位消防水箱和穩壓泵組成，個別可不設高位水箱的場所可采用氣壓給水設備代替，高位消防水箱的設置規范中已有明確，這里不再贅述，僅對穩壓泵參數的調節進行探究。簡而言之，穩壓泵設計流量有兩個依據，設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量，這兩個流量是“且”的關系；穩壓泵有兩個控制壓力，即啟泵壓力和停泵壓力。

按照規范《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50978—2014）（以下簡稱《消水規》）的規定，管網泄漏量與管道材質、接口等有關，往往無法估計，一般按照消防給水設計流量的1%～3%取值，但不宜小于1L/s[1]。可見，當消防給水設計流量100L/s時，按1%取值，管網滲漏量1L/s。原《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045—95）規定，增壓設備的出水量，對消火栓系統不應大于5L/s，對自動噴水滅火系統不應大于1L/s。現行規范看似取消了對增壓設備流量的上限要求，但穩壓泵設計流量的上限值依然存在，穩壓設備的選用一般按照標準圖集的成套設備選取，這里參照國標圖集《消防給水穩壓設備選用及安裝》（17S205）中的設備型號，穩壓泵的流量有1.0L/s、1.5L/s、2.0L/s、2.5L/s、3.0L/s5種[2]。對于系統單一、管材及接口可靠的管網可采用較小的流量，對于多系統共用穩壓設施，尤其是有室外管網埋地敷設的管網，可采用較大的流量。

系統的自動啟動流量與系統附件有關，比如濕式報警閥的啟動，根據規范《自動噴水滅火系統施工及驗收規范》（GB 50261—2017）（以下簡稱《自噴驗收規范》）規定，當濕式報警閥放水流量大于1L/s時，報警閥應及時啟動[3]。另外，《自動噴水滅火系統》（GB 5135.2—2003）中，關于濕式報警閥的實驗要求，在進口壓力分別為0.14MPa、0.7MPa、1.2MPa、1.6MPa，系統側放水量60L/min、80L/min、170L/min、170L/min（適用于額定工作壓力大于等于1.6MPa的濕式報警閥），壓力開關和水力警鈴均應發出報警信號[4]。這也符合《自噴驗收規范》濕式報警閥最小啟動流量大于1L/s的要求。流量開關的作為自動啟泵的觸發信號，其自身能被觸發的流量范圍按照《消水規》的規定：流量開關應能在0.1m/s～10m/s的流速時可靠啟動[1]。流量開關一般設置在高位消防水箱出水管，消火栓系統出水管管徑不小于DN100，流量開關的最小動作流量值為0.785L/s；自噴系統出水管管徑不小于DN80，對應最小動作流量值為0.502L/s。當然該最小值只反映流量開關自身的靈敏度，僅作為選用流量開關的依據，穩壓泵設計流量需大于該最小流量值。

穩壓泵的啟泵壓力P1（這里僅討論屋頂水箱間設置增壓穩壓設備的情況，如圖1所示）與高位消防水箱最高水位、最低有效水位及最不利消火栓或噴頭的高度有關，P1＞15-H1，且≥H2+7，這一點《消水規》中已明確，穩壓泵的設計壓力應保存系統最不利點處水滅火設施在準工作狀態時的靜水壓力應大于0.15MPa[1]。穩壓泵的停泵壓力P2=P1/0.8，穩壓泵的停泵壓力P2決定了系統最低消火栓處的靜壓，消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa時，系統應分區供水。同樣參照國標圖集《消防給水穩壓設備選用及安裝》（17S205）中，穩壓設備運行的最小停泵壓力0.22MPa，根據最低處消火栓栓口最大靜壓P2+H1+H3≤1.0MPa，可以看出，穩壓泵出水管（停泵壓力測壓點）至最低消火栓栓口高差（H1+H3=1.0-0.22=0.78MPa）78m，所以對該高差小于等于78m的消火栓系統，可以不分區。穩壓泵停泵壓力決定系統靜壓，合理選用設備才能合理分區。

2 流量開關

消防給水系統所采用的流量開關多種多樣，主要有超聲波流量開關、熱導流量開關、擋板式流量開關。流量開關實質上偵測的是介質的流速，通過流速和流量開關自身的管徑可以確定流量大小，當檢測到流量達到設定值時輸出電信號。

圖1 臨時高壓制消火栓系統

流量開關的設計動作流量值屬于系統控制的參數，與前文所述反應流量開關自身性能的最小動作流量值無關，流量開關的設計動作流量值依照實際應用的系統而定。當消防系統采用流量開關作為消防泵自動啟動的信號時，流量開關的動作流量值設定直接影響消防主泵的啟動，設計動作流量值設置過低，系統管網發生微小滲漏有可能發生誤啟動；該值設置過高，將導致系統啟動延遲或不能啟動，延誤火災撲救。

關于流量開關的流量參數的設定：流量開關應在火災初期最不利點處消火栓出水時輸出電信號直接啟動消防泵，這里以圖1中的消火栓系統為例，臨時高壓系統的穩壓設備需維持最不利消火栓栓口處壓力大于0.15MPa，當室內消火栓配置φ19噴嘴口徑水槍、25m長65mm內襯水龍帶時，根據

式中q為水槍的射流量，L/s；B為水槍水流特性系數，φ19水槍，B=1.577；H為水槍噴嘴處的壓力，kPa，見式（2）。

式中Hxh為消火栓栓口處的靜壓，kPa；hd為水龍帶的水頭損失，kPa，見式（3）；Hk為消火栓栓口的水頭損失，一般按20kPa。

式中AZ為水龍帶阻力系數，公稱直徑65mm的內襯水帶，AZ=0.00712；Ld為水龍帶長度，按25m計算。[5]

（1）（2）（3）式聯立可得q=4.0L/s。這里的4L/s是初期火災最不利消火栓栓口完全打開時系統的泄流量，是流量開關設定值的上限，為防止系統滲漏引起的誤啟動，流量開關的設定值還應大于系統的滲漏量，參照《消水規》的規定，再無參考數據時，系統滲漏量不宜小于1L/s，所以該系統流量開關設定值在1L/s～4L/s，不能理解為初期火災時最不利消火栓的流量與系統滲漏量的疊加值，因兩者疊加值過大，火災發生在最不利消火栓處時，流量開關將無法啟動消防泵。在設計中，流量開關的設計設定值僅作為參考。在實際應用中，流量開關的設定值需根據現場情況調整，一般將該值先設定在穩壓泵設計流量（對于僅設置高位消防水箱的系統，按系統滲漏量）以上，開啟最不利點消火栓，從栓口閥門開啟至完全打開的時間間隔內，消防主泵能自動啟動的流量為準。

3 壓力開關

壓力開關是將系統壓力變化轉換成電信號的一種裝置[6]，《消水規》中給出壓力開關可采用電接點壓力表、壓力傳感器。電接點壓力表屬于機械式壓力開關，應用比較廣泛，不限于消防給水系統，大多數產品未通過相應的消防檢測，可靠性不強。壓力傳感器屬于電子式壓力開關，相較于電接點壓力表，操作簡單、調解精度高、可靠穩定。建議采用壓力傳感器作為啟動消防泵的壓力開關。

當臨時高壓系統僅設高位消防水箱時，壓力開關設置在消防的出水干管處，火災初期水箱水位波動不大，壓力開關很難啟動消防泵，這時流量開關優先于壓力開關啟泵，一般選用對壓力變化較為敏感的“低壓壓力開關”，將動作壓力值設置在高位消防水箱最高水位所對應的壓力。對于采用“穩壓泵+高位消防水箱”的系統，一般也是流量開關優先于壓力開關啟泵，但是系統的壓力變化相對較大，應選用敏感度相對較低的“低壓壓力開關”。根據《自動噴水滅火系統》（GB 5135.10）對于壓力開關的性能和要求，按不同的動作壓力分為普通型壓力開關（動作壓力為0.035MPa～0.05MPa）、預作用裝置壓力開關（動作壓力為0.03MPa～0.05MPa）、特殊型系統壓力開關（動作壓力值范圍由產品廠商確定）、可調式壓力開關（可調動作壓力值范圍由產品廠商確定）[7]。

圖2 濕式報警閥組

根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB 50084—2017）（以下簡稱《噴規》）的11.0.1～11.0.3，無論是濕式、干濕、預作用，還是雨淋系統，報警閥組壓力開關和消防水泵出水干管上的壓力開關均要設置[8]。普通型壓力開關和預作用裝置壓力開關屬于報警閥組壓力開關，而消防水泵出水干管壓力開關（系統壓力開關）使用的是特殊型系統壓力開關和可調式壓力開關。

對于報警閥組壓力開關，根據前文所述《自動噴水滅火系統》（GB 5135.2—2003）中，報警閥進口壓力0.14MPa時，系統側放水量應達到1L/s，當臨時高壓系統僅設高位消防水箱，最不利點噴頭靜壓0.1MPa，最不利點處噴頭爆破，系統側壓力Pa下降，報警閥閥瓣打開，供水側的水進入系統側，同時進入報警管路，報警閥壓力開關動作，如圖2所示。該處使用的是普通型壓力開關，只要滿足報警管路泄水壓力就可以動作，直接啟動消防水泵。預作用系統的壓力開關動作與濕式系統類似，只是系統側準工作狀態時是由氣體維持系統壓力，預作用報警閥壓力開關的動作更靈敏。

對于自噴系統水泵出水干管上的壓力開關，與報警閥組壓力開關不同，系統壓力開關一直處于持壓狀態，當報警閥打開，供水側壓力Pb下降，當達到系統壓力開關設定的動作壓力值時，啟動消防泵。

僅設有高位消防水箱的臨時高壓系統，火災初期高位水箱水位變幅?。ǜ呶凰溆行钜话?.5m～2.5m），消防水泵出水干管上的壓力開關處的壓力變化不明顯。如果壓力開關設定值接近水箱滿水時壓力開關處靜壓，管網的壓力波動會導致系統誤啟動，如果設定值過低，從火災發生到高位消防水箱儲存的水量全部流出時間間隔太長，壓力波動也只有2m左右，壓力開關很難啟動消防水泵，一般流量開關會先于壓力開關啟泵，系統壓力開關只能作為一種備用啟動方式。當高位消防水箱配置穩壓泵，準工作狀態時，系統壓力開關處的靜壓為H+H1+P2（如圖1），發生火災時，消火栓的泄流量大于穩壓泵向管網的補水量，消防水泵出水干管處壓力下降至P1+H1+H-7時，壓力開關應該動作，但實際運行中，高位水箱出水管上的流量開關仍然會先發生動作，壓力開關作為備用啟動方式。

可見，兩種臨時高壓系統都是以流量開關啟泵為主，壓力開關啟泵為輔，在系統測試階段，應先切斷流量開關的信號，再按照壓力開關的設計動作壓力值進行調試。

4 結語

臨時高壓系統的本質是判定是否真實發生火災，第一時間通過流量開關或壓力開關的信號啟動消防主泵，開關動作值的設定要以設計為依據，并在實際測試時適當調整。穩壓泵的設計流量、流量開關、壓力開關之間也有相互影響，根據《噴規》10.3.1，消火栓與自噴系統可合用高位消防水箱，雖然系統各自設置流量開關，但穩壓泵設計流量和啟停泵壓力對不同系統有一定差別，穩壓泵是否可以合用值得進一步探究。此外，系統的安全運行除了合理的配置設備和參數控制之外，還需要設置適當的系統附件，比如泄壓閥、減壓閥、水錘消除裝置等。