干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案分析

丁寶華，楊愛(ài)新

(1.中海油石化工程有限公司,山東 濟(jì)南 250013; 2.濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250200)

0 引言

GB 50794—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[1]實(shí)施以來(lái),越來(lái)越多建設(shè)地位于北方的工程中采用了干式消火栓系統(tǒng),并由此產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題。

干式消火栓系統(tǒng)在消防規(guī)范中早有介紹并在項(xiàng)目中應(yīng)用,但在電氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖集中一直未曾提及,各類文獻(xiàn)中也很難找到有關(guān)干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案的介紹。進(jìn)行干式消火栓系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)時(shí),能夠參考的資料也只有文獻(xiàn)[2]第67頁(yè)中的“干式消火栓系統(tǒng)示意圖”,但該圖深度無(wú)法滿足電氣專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)的要求。另外,不同設(shè)計(jì)院、圖審機(jī)構(gòu)、驗(yàn)收部門(mén)、設(shè)備廠家對(duì)干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案也有著不同的理解,導(dǎo)致工程中干式消火栓系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)方案五花八門(mén),有的甚至存在明顯的安全隱患。因此,找到一種合理、可靠且滿足規(guī)范要求的干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案勢(shì)在必行。

本文結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)干式消火栓系統(tǒng)常見(jiàn)的電氣控制方案進(jìn)行了分析,并提出了一種新的解決方案。

1 干式消火栓系統(tǒng)介紹

顧名思義,濕式消火栓系統(tǒng)是指平時(shí)消防水管中充滿水的消火栓系統(tǒng),干式消火栓系統(tǒng)則指的是消防水管平時(shí)處于無(wú)水狀態(tài),發(fā)生火災(zāi)時(shí)打開(kāi)設(shè)在進(jìn)水管上的閥門(mén)向消防水管內(nèi)充水,充水后干式消火栓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成濕式系統(tǒng)[3]。文獻(xiàn)[1]規(guī)定:“室內(nèi)環(huán)境溫度不低于4 ℃,且不高于70 ℃的場(chǎng)所,應(yīng)采用濕式消火栓系統(tǒng)”“室內(nèi)環(huán)境溫度低于4 ℃或高于70 ℃的場(chǎng)所,宜采用干式消火栓系統(tǒng)”。室內(nèi)環(huán)境溫度經(jīng)常低于4 ℃時(shí),需要考慮管內(nèi)一直充水會(huì)出現(xiàn)冰凍的危險(xiǎn),因此北方冬季無(wú)采暖的建筑物或敞開(kāi)式廠房中常采用干式消火栓系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[1]規(guī)定:干式消火栓系統(tǒng)的充水時(shí)間不應(yīng)大于5 min。設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)在進(jìn)入建筑物前的供水干管上設(shè)置2個(gè)電磁閥或電動(dòng)閥,電磁閥或電動(dòng)閥設(shè)置在閥門(mén)井內(nèi),發(fā)生火災(zāi)時(shí)通過(guò)室內(nèi)消火栓按鈕開(kāi)啟電磁閥或電動(dòng)閥供水。因?yàn)殡姶砰y啟動(dòng)時(shí)間短且價(jià)格便宜,而電動(dòng)閥啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)且價(jià)格較高,多數(shù)工程采用失電開(kāi)啟型電磁閥(DC 24V/AC 24V),部分工程也會(huì)采用電動(dòng)閥(AC 380V)。

2 電氣設(shè)計(jì)方案分析

在項(xiàng)目提資階段,消防專業(yè)給電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)條件通常較為簡(jiǎn)單。一般要求如下:“消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管上設(shè)置快開(kāi)式電磁閥(DC 24V),電磁閥采用失電開(kāi)啟型;在室內(nèi)消火栓箱處設(shè)置手動(dòng)按鈕,平時(shí)室內(nèi)管網(wǎng)保持無(wú)水,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)通過(guò)室內(nèi)任一消火栓箱處的手動(dòng)按鈕打開(kāi)電磁閥供水。”因提資階段無(wú)訂貨資料,消防專業(yè)無(wú)法給出電磁閥功率,也很難給出更詳細(xì)的控制要求。

本文將結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案按照有、無(wú)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)分別來(lái)進(jìn)行分析。

2.1 無(wú)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)的干式消火栓系統(tǒng)

某工業(yè)廠房?jī)?nèi)未設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),項(xiàng)目建設(shè)地位于北方且無(wú)采暖,消防專業(yè)設(shè)置了干式消火栓系統(tǒng)并在進(jìn)水管上設(shè)置失電開(kāi)啟型電磁閥。這種情況下,因?yàn)閺S房?jī)?nèi)無(wú)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),無(wú)法獲得DC 24V電源。電氣專業(yè)一般會(huì)建議電磁閥電壓選擇AC 24V,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易接線方式如圖1所示。

圖1中,電磁閥采用AC 24V電源供電,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1個(gè)電磁閥控制箱,將AC 220V電源送至控制箱,箱內(nèi)設(shè)置AC 220V/AC 24V變壓器為電磁閥供電。如圖1所示,將廠房?jī)?nèi)所有消火栓箱處手動(dòng)按鈕的常開(kāi)接點(diǎn)(自保持)并聯(lián)后通過(guò)中間繼電器ZJ轉(zhuǎn)換為常閉接點(diǎn),然后與電磁閥供電回路串聯(lián)。正常狀態(tài)下,所有消火栓箱處手動(dòng)按鈕接點(diǎn)均處于斷開(kāi)狀態(tài),電磁閥處于得電關(guān)閉狀態(tài)。火災(zāi)狀態(tài),按下廠房?jī)?nèi)任一消火栓箱處手動(dòng)按鈕,ZJ線圈得電,與電磁閥串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ斷開(kāi),電磁閥失電開(kāi)啟,從而給室內(nèi)消火栓管網(wǎng)充水。

該方案中,需要按鈕提供一對(duì)無(wú)源常開(kāi)接點(diǎn)(AC 24V),但大多數(shù)品牌消火栓按鈕只有一對(duì)DC 24V常開(kāi)接點(diǎn)或者沒(méi)有常開(kāi)接點(diǎn)。如采用圖1所示方案,將不能直接利用消火栓按鈕作為啟動(dòng)電磁閥的按鈕,需要在每個(gè)消火栓箱處額外設(shè)置手動(dòng)按鈕。

另有一種觀點(diǎn):將所有消火栓箱處手動(dòng)按鈕的常閉接點(diǎn)(帶自鎖)首尾串聯(lián),然后接入電磁閥供電回路也可實(shí)現(xiàn)上述功能,無(wú)需增加中間繼電器,簡(jiǎn)易接線方式見(jiàn)圖2。

圖2中手動(dòng)按鈕采用常閉接點(diǎn)與電磁閥供電回路串聯(lián),當(dāng)按鈕接觸不良或所在線路斷線時(shí),電磁閥會(huì)誤動(dòng)作,導(dǎo)致水管內(nèi)充滿水。如廠房?jī)?nèi)消火栓箱數(shù)量較多,對(duì)應(yīng)設(shè)置手動(dòng)按鈕數(shù)量較多,電磁閥誤動(dòng)作的幾率將會(huì)顯著增加。

當(dāng)電磁閥電壓選用AC 220V,其他條件不變時(shí),上述圖1、圖2方案仍可采用,需注意按鈕、中間繼電器電壓也應(yīng)選擇AC 220V。此時(shí),直接采用AC 220V為電磁閥供電,其他接線方式同圖1、圖2。考慮到電磁閥一般安裝于地下閥門(mén)井內(nèi),采用AC 24V更為安全,工程中一般推薦選擇AC 24V電磁閥。

2.2 有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)的干式消火栓系統(tǒng)

某工業(yè)廠房?jī)?nèi)設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),其他條件同2.1,這種情況下,一般電磁閥電壓選擇DC 24V。

2.2.1 常見(jiàn)做法及問(wèn)題分析

常見(jiàn)做法為:在電磁閥附近設(shè)置一個(gè)模塊箱,模塊箱內(nèi)設(shè)有輸入輸出模塊,電磁供電和控制通過(guò)輸出模塊,信號(hào)反饋通過(guò)輸入模塊,所有消火栓按鈕均通過(guò)信號(hào)總線接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。簡(jiǎn)易接線如圖3所示。

本文分兩種情況對(duì)圖3方案進(jìn)行分析。

1)建筑物內(nèi)單獨(dú)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱時(shí),DC 24V電源通過(guò)電源箱直接引接。發(fā)生火災(zāi)時(shí),按下任一消火栓按鈕,消火栓按鈕信號(hào)通過(guò)總線反饋至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī),火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以此為判據(jù)發(fā)出指令來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁閥斷電開(kāi)啟,理論上可實(shí)現(xiàn)按下消火栓按鈕直接開(kāi)啟電磁閥的要求。另有觀點(diǎn)認(rèn)為:該接線方案屬于聯(lián)動(dòng)控制,還應(yīng)增加通過(guò)硬接線將消火栓按鈕與電磁閥相連來(lái)直接控制電磁閥的開(kāi)啟。

2)建筑物未單獨(dú)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱時(shí),DC 24V電源直接通過(guò)聯(lián)動(dòng)電源總線接入。這種情況下未考慮電磁閥容量和電流的大小,電磁閥可能會(huì)無(wú)法供電而一直處于打開(kāi)狀態(tài)。分析如下:

干式消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管以DN100以上居多,對(duì)應(yīng)設(shè)置的電磁閥功率一般在30 W以上,以電磁閥功率30 W為例,電流約為1.25 A。一般火災(zāi)報(bào)警控制器總線回路電流為200 mA,遠(yuǎn)小于電磁閥額定電流。因此,根本無(wú)法通過(guò)火災(zāi)報(bào)警電源總線為電磁閥供電。

上述方案(1)理論上可行,屬于有爭(zhēng)議的方案;方案(2)則屬于明顯的錯(cuò)誤方案。

2.2.2 建議解決方案及分析

1)項(xiàng)目情況介紹。本項(xiàng)目建設(shè)地位于山東省濰坊市,為一大型精細(xì)化工項(xiàng)目,其中10多個(gè)廠房/倉(cāng)庫(kù)采用了干式消火栓系統(tǒng)。各廠房/倉(cāng)庫(kù)內(nèi)均設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),有部分廠房/倉(cāng)庫(kù)未單獨(dú)設(shè)置聯(lián)動(dòng)電源。

2)消防專業(yè)設(shè)計(jì)要求。每個(gè)廠房/倉(cāng)庫(kù)的干式消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管入戶處設(shè)置了2個(gè)失電開(kāi)啟型電磁閥(DC 24V,32W),2個(gè)電磁閥分別位于建筑物兩側(cè)的閥門(mén)井內(nèi),要求消火栓箱內(nèi)設(shè)置消火栓按鈕,火災(zāi)時(shí)可通過(guò)任意一個(gè)消火栓按鈕均可同時(shí)啟動(dòng)2個(gè)電磁閥供水。

3)電氣控制方案分析。

a.建筑物內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱。以成品車(chē)間為例,該建筑物共5層,正常環(huán)境,室內(nèi)共設(shè)置了25個(gè)消火栓按鈕,建筑物內(nèi)設(shè)置了單獨(dú)的火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱,可提供DC 24V電源。簡(jiǎn)易接線如圖4所示。

該方案需專門(mén)設(shè)置1個(gè)電磁閥接線箱,消火栓按鈕與電磁閥之間的接線均通過(guò)接線箱,DC 24V中間繼電器ZJ1,ZJ2安裝在接線箱內(nèi)。

圖4(a)中,所有消火栓按鈕均通過(guò)信號(hào)總線接至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。圖4(b)中,將建筑物內(nèi)所有消火栓按鈕的常開(kāi)接點(diǎn)并聯(lián)后通過(guò)中間繼電器ZJ1轉(zhuǎn)換為常閉接點(diǎn)與電磁閥供電回路串聯(lián);中間繼電器ZJ2線圈通過(guò)圖4(a)中I/O模塊供電,ZJ2的常閉接點(diǎn)也與電磁閥供電回路串聯(lián)。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),按下建筑物內(nèi)任一處的消火栓按鈕,該消火栓按鈕常閉接點(diǎn)閉合并自保持,中間繼電器ZJ1得電,與電磁閥供電回路串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ1斷開(kāi),電磁閥失電開(kāi)啟,從而給室內(nèi)管網(wǎng)充水。同時(shí),該消火栓按鈕動(dòng)作信號(hào)通過(guò)火災(zāi)報(bào)警總線反饋至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)斷開(kāi)中間繼電器ZJ2電源,與電磁閥供電回路串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ2斷開(kāi),電磁閥失電開(kāi)啟。

b.建筑物內(nèi)未設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱。以中間體車(chē)間為例,該建筑物共4層,為爆炸危險(xiǎn)2區(qū)環(huán)境,室內(nèi)共設(shè)置了72個(gè)消火栓按鈕,因火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較少,故建筑物內(nèi)未設(shè)置單獨(dú)的火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)電源箱。此種情況下,電磁閥的供電可采取以下兩種方案:

方案1:在建筑物內(nèi)增加1個(gè)防爆型DC 24V電源箱為電磁閥供電,電源箱采用AC 220V輸入,DC 24V輸出,其他同圖4方案。

方案2:在附近正常環(huán)境的建筑物內(nèi)設(shè)置集中式DC 24V電源箱,同時(shí)為附近多個(gè)建筑物內(nèi)的干式消火栓系統(tǒng)提供DC 24V電源,其他同圖4方案。

4)線路電壓降計(jì)算。采用上述3)b.中的方案2時(shí),需要根據(jù)電磁閥功率、電纜截面、距離等計(jì)算線路電壓降,并以此來(lái)判斷電磁閥是否能夠正常工作。

以本項(xiàng)目中間體車(chē)間為例,DC 24V電磁閥為2個(gè),通過(guò)設(shè)在附近變配電室內(nèi)的集中式DC24V電源箱供電,電磁閥供電電源線選擇NH-KVV-2×4電纜,距離約為200 m。根據(jù)電磁閥廠家資料,電磁閥功率為32 W,正常工作電壓為DC 19.2 V～28.8 V,即電壓允許波動(dòng)范圍為±20%。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要保證電磁閥端電壓不低于19.2 V,否則電磁閥將因?yàn)殡妷哼^(guò)低無(wú)法關(guān)閉一直處于打開(kāi)狀態(tài)。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)》第861頁(yè)式9.4-1和式9.4-2:

絞入系數(shù)Cj=1,電阻溫度系數(shù)α=0.004,ρ20=0.017 2 (Ω·mm2)/m,實(shí)際工作溫度按θ=70 ℃。

導(dǎo)線溫度為70 ℃時(shí)的銅線芯電阻率ρ70=0.020 64 (Ω·mm2)/m[4]。

電壓損失百分?jǐn)?shù)計(jì)算公式(見(jiàn)式(1)):

(1)

其中,P為線路功率;L為線路長(zhǎng)度;U為標(biāo)稱電壓;S為線路截面。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得式(2):

(2)

由式(2)計(jì)算結(jié)果22.93%>20%,可知無(wú)法滿足電磁閥正常工作電壓。可采取加大電纜截面、適當(dāng)提高DC 24V電源箱出口電壓等方法解決。本項(xiàng)目中將DC 24V電源箱出口電壓調(diào)整為DC 25V,由式(1)計(jì)算電壓損失百分?jǐn)?shù)約為21.14%,電磁閥端電壓約為19.72 V>19.2 V,滿足電磁閥正常工作電壓的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

以上為作者結(jié)合電氣設(shè)計(jì)、消防驗(yàn)收過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題,對(duì)干式消火栓系統(tǒng)采用失電開(kāi)啟型電磁閥時(shí)的電氣控制方案進(jìn)行了分析,并提出了自己的解決方案,供各位電氣設(shè)計(jì)同行參考。實(shí)際工程中當(dāng)遇到干式消火栓系統(tǒng)中采用雨淋閥或電動(dòng)閥時(shí),電氣專業(yè)可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)。