臨時高壓消防給水系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)行參數(shù)探究

□ 王 珂

臨時高壓消防給水系統(tǒng)（以下簡稱“臨時高壓系統(tǒng)”）平時并不能滿足滅火設(shè)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(tǒng)所需的壓力和流量，因此，自動啟泵是關(guān)鍵。臨時高壓系統(tǒng)的自動啟泵通過合理地設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)備、壓力開關(guān)、流量開關(guān)的控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，并在必要條件下需要手動啟停。臨時高壓系統(tǒng)在不發(fā)生火災(zāi)時通過穩(wěn)壓設(shè)備維持一定的系統(tǒng)壓力，火災(zāi)時消火栓、噴頭等滅火設(shè)施終端出水，利用流量開關(guān)感應(yīng)到系統(tǒng)有一定流量流出或壓力開關(guān)偵測到系統(tǒng)壓力持續(xù)下降，通過電信號主動啟動消防水泵，以達(dá)到滅火的設(shè)計流量和壓力要求。

1 穩(wěn)壓設(shè)備

穩(wěn)壓設(shè)備一般由高位消防水箱和穩(wěn)壓泵組成，個別可不設(shè)高位水箱的場所可采用氣壓給水設(shè)備代替，高位消防水箱的設(shè)置規(guī)范中已有明確，這里不再贅述，僅對穩(wěn)壓泵參數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)行探究。簡而言之，穩(wěn)壓泵設(shè)計流量有兩個依據(jù)，設(shè)計流量不應(yīng)小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)自動啟動流量，這兩個流量是“且”的關(guān)系；穩(wěn)壓泵有兩個控制壓力，即啟泵壓力和停泵壓力。

按照規(guī)范《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50978—2014）（以下簡稱《消水規(guī)》）的規(guī)定，管網(wǎng)泄漏量與管道材質(zhì)、接口等有關(guān)，往往無法估計，一般按照消防給水設(shè)計流量的1%～3%取值，但不宜小于1L/s[1]?？梢?，當(dāng)消防給水設(shè)計流量100L/s時，按1%取值，管網(wǎng)滲漏量1L/s。原《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50045—95）規(guī)定，增壓設(shè)備的出水量，對消火栓系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/s，對自動噴水滅火系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/s。現(xiàn)行規(guī)范看似取消了對增壓設(shè)備流量的上限要求，但穩(wěn)壓泵設(shè)計流量的上限值依然存在，穩(wěn)壓設(shè)備的選用一般按照標(biāo)準(zhǔn)圖集的成套設(shè)備選取，這里參照國標(biāo)圖集《消防給水穩(wěn)壓設(shè)備選用及安裝》（17S205）中的設(shè)備型號，穩(wěn)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(tǒng)單一、管材及接口可靠的管網(wǎng)可采用較小的流量，對于多系統(tǒng)共用穩(wěn)壓設(shè)施，尤其是有室外管網(wǎng)埋地敷設(shè)的管網(wǎng)，可采用較大的流量。

系統(tǒng)的自動啟動流量與系統(tǒng)附件有關(guān)，比如濕式報警閥的啟動，根據(jù)規(guī)范《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50261—2017）（以下簡稱《自噴驗(yàn)收規(guī)范》）規(guī)定，當(dāng)濕式報警閥放水流量大于1L/s時，報警閥應(yīng)及時啟動[3]。另外，《自動噴水滅火系統(tǒng)》（GB 5135.2—2003）中，關(guān)于濕式報警閥的實(shí)驗(yàn)要求，在進(jìn)口壓力分別為0.14MPa、0.7MPa、1.2MPa、1.6MPa，系統(tǒng)側(cè)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(guān)和水力警鈴均應(yīng)發(fā)出報警信號[4]。這也符合《自噴驗(yàn)收規(guī)范》濕式報警閥最小啟動流量大于1L/s的要求。流量開關(guān)的作為自動啟泵的觸發(fā)信號，其自身能被觸發(fā)的流量范圍按照《消水規(guī)》的規(guī)定：流量開關(guān)應(yīng)能在0.1m/s～10m/s的流速時可靠啟動[1]。流量開關(guān)一般設(shè)置在高位消防水箱出水管，消火栓系統(tǒng)出水管管徑不小于DN100，流量開關(guān)的最小動作流量值為0.785L/s；自噴系統(tǒng)出水管管徑不小于DN80，對應(yīng)最小動作流量值為0.502L/s。當(dāng)然該最小值只反映流量開關(guān)自身的靈敏度，僅作為選用流量開關(guān)的依據(jù)，穩(wěn)壓泵設(shè)計流量需大于該最小流量值。

穩(wěn)壓泵的啟泵壓力P1（這里僅討論屋頂水箱間設(shè)置增壓穩(wěn)壓設(shè)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(guān)，P1＞15-H1，且≥H2+7，這一點(diǎn)《消水規(guī)》中已明確，穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)保存系統(tǒng)最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力應(yīng)大于0.15MPa[1]。穩(wěn)壓泵的停泵壓力P2=P1/0.8，穩(wěn)壓泵的停泵壓力P2決定了系統(tǒng)最低消火栓處的靜壓，消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa時，系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水。同樣參照國標(biāo)圖集《消防給水穩(wěn)壓設(shè)備選用及安裝》（17S205）中，穩(wěn)壓設(shè)備運(yùn)行的最小停泵壓力0.22MPa，根據(jù)最低處消火栓栓口最大靜壓P2+H1+H3≤1.0MPa，可以看出，穩(wěn)壓泵出水管（停泵壓力測壓點(diǎn)）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(tǒng)，可以不分區(qū)。穩(wěn)壓泵停泵壓力決定系統(tǒng)靜壓，合理選用設(shè)備才能合理分區(qū)。

2 流量開關(guān)

消防給水系統(tǒng)所采用的流量開關(guān)多種多樣，主要有超聲波流量開關(guān)、熱導(dǎo)流量開關(guān)、擋板式流量開關(guān)。流量開關(guān)實(shí)質(zhì)上偵測的是介質(zhì)的流速，通過流速和流量開關(guān)自身的管徑可以確定流量大小，當(dāng)檢測到流量達(dá)到設(shè)定值時輸出電信號。

圖1 臨時高壓制消火栓系統(tǒng)

流量開關(guān)的設(shè)計動作流量值屬于系統(tǒng)控制的參數(shù)，與前文所述反應(yīng)流量開關(guān)自身性能的最小動作流量值無關(guān)，流量開關(guān)的設(shè)計動作流量值依照實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)而定。當(dāng)消防系統(tǒng)采用流量開關(guān)作為消防泵自動啟動的信號時，流量開關(guān)的動作流量值設(shè)定直接影響消防主泵的啟動，設(shè)計動作流量值設(shè)置過低，系統(tǒng)管網(wǎng)發(fā)生微小滲漏有可能發(fā)生誤啟動；該值設(shè)置過高，將導(dǎo)致系統(tǒng)啟動延遲或不能啟動，延誤火災(zāi)撲救。

關(guān)于流量開關(guān)的流量參數(shù)的設(shè)定：流量開關(guān)應(yīng)在火災(zāi)初期最不利點(diǎn)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(tǒng)為例，臨時高壓系統(tǒng)的穩(wěn)壓設(shè)備需維持最不利消火栓栓口處壓力大于0.15MPa，當(dāng)室內(nèi)消火栓配置φ19噴嘴口徑水槍、25m長65mm內(nèi)襯水龍帶時，根據(jù)

式中q為水槍的射流量，L/s；B為水槍水流特性系數(shù)，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(shù)，公稱直徑65mm的內(nèi)襯水帶，AZ=0.00712；Ld為水龍帶長度，按25m計算。[5]

（1）（2）（3）式聯(lián)立可得q=4.0L/s。這里的4L/s是初期火災(zāi)最不利消火栓栓口完全打開時系統(tǒng)的泄流量，是流量開關(guān)設(shè)定值的上限，為防止系統(tǒng)滲漏引起的誤啟動，流量開關(guān)的設(shè)定值還應(yīng)大于系統(tǒng)的滲漏量，參照《消水規(guī)》的規(guī)定，再無參考數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)滲漏量不宜小于1L/s，所以該系統(tǒng)流量開關(guān)設(shè)定值在1L/s～4L/s，不能理解為初期火災(zāi)時最不利消火栓的流量與系統(tǒng)滲漏量的疊加值，因兩者疊加值過大，火災(zāi)發(fā)生在最不利消火栓處時，流量開關(guān)將無法啟動消防泵。在設(shè)計中，流量開關(guān)的設(shè)計設(shè)定值僅作為參考。在實(shí)際應(yīng)用中，流量開關(guān)的設(shè)定值需根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整，一般將該值先設(shè)定在穩(wěn)壓泵設(shè)計流量（對于僅設(shè)置高位消防水箱的系統(tǒng)，按系統(tǒng)滲漏量）以上，開啟最不利點(diǎn)消火栓，從栓口閥門開啟至完全打開的時間間隔內(nèi)，消防主泵能自動啟動的流量為準(zhǔn)。

3 壓力開關(guān)

壓力開關(guān)是將系統(tǒng)壓力變化轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置[6]，《消水規(guī)》中給出壓力開關(guān)可采用電接點(diǎn)壓力表、壓力傳感器。電接點(diǎn)壓力表屬于機(jī)械式壓力開關(guān)，應(yīng)用比較廣泛，不限于消防給水系統(tǒng)，大多數(shù)產(chǎn)品未通過相應(yīng)的消防檢測，可靠性不強(qiáng)。壓力傳感器屬于電子式壓力開關(guān)，相較于電接點(diǎn)壓力表，操作簡單、調(diào)解精度高、可靠穩(wěn)定。建議采用壓力傳感器作為啟動消防泵的壓力開關(guān)。

當(dāng)臨時高壓系統(tǒng)僅設(shè)高位消防水箱時，壓力開關(guān)設(shè)置在消防的出水干管處，火災(zāi)初期水箱水位波動不大，壓力開關(guān)很難啟動消防泵，這時流量開關(guān)優(yōu)先于壓力開關(guān)啟泵，一般選用對壓力變化較為敏感的“低壓壓力開關(guān)”，將動作壓力值設(shè)置在高位消防水箱最高水位所對應(yīng)的壓力。對于采用“穩(wěn)壓泵+高位消防水箱”的系統(tǒng)，一般也是流量開關(guān)優(yōu)先于壓力開關(guān)啟泵，但是系統(tǒng)的壓力變化相對較大，應(yīng)選用敏感度相對較低的“低壓壓力開關(guān)”。根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)》（GB 5135.10）對于壓力開關(guān)的性能和要求，按不同的動作壓力分為普通型壓力開關(guān)（動作壓力為0.035MPa～0.05MPa）、預(yù)作用裝置壓力開關(guān)（動作壓力為0.03MPa～0.05MPa）、特殊型系統(tǒng)壓力開關(guān)（動作壓力值范圍由產(chǎn)品廠商確定）、可調(diào)式壓力開關(guān)（可調(diào)動作壓力值范圍由產(chǎn)品廠商確定）[7]。

圖2 濕式報警閥組

根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50084—2017）（以下簡稱《噴規(guī)》）的11.0.1～11.0.3，無論是濕式、干濕、預(yù)作用，還是雨淋系統(tǒng)，報警閥組壓力開關(guān)和消防水泵出水干管上的壓力開關(guān)均要設(shè)置[8]。普通型壓力開關(guān)和預(yù)作用裝置壓力開關(guān)屬于報警閥組壓力開關(guān)，而消防水泵出水干管壓力開關(guān)（系統(tǒng)壓力開關(guān)）使用的是特殊型系統(tǒng)壓力開關(guān)和可調(diào)式壓力開關(guān)。

對于報警閥組壓力開關(guān)，根據(jù)前文所述《自動噴水滅火系統(tǒng)》（GB 5135.2—2003）中，報警閥進(jìn)口壓力0.14MPa時，系統(tǒng)側(cè)放水量應(yīng)達(dá)到1L/s，當(dāng)臨時高壓系統(tǒng)僅設(shè)高位消防水箱，最不利點(diǎn)噴頭靜壓0.1MPa，最不利點(diǎn)處噴頭爆破，系統(tǒng)側(cè)壓力Pa下降，報警閥閥瓣打開，供水側(cè)的水進(jìn)入系統(tǒng)側(cè)，同時進(jìn)入報警管路，報警閥壓力開關(guān)動作，如圖2所示。該處使用的是普通型壓力開關(guān)，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(yù)作用系統(tǒng)的壓力開關(guān)動作與濕式系統(tǒng)類似，只是系統(tǒng)側(cè)準(zhǔn)工作狀態(tài)時是由氣體維持系統(tǒng)壓力，預(yù)作用報警閥壓力開關(guān)的動作更靈敏。

對于自噴系統(tǒng)水泵出水干管上的壓力開關(guān)，與報警閥組壓力開關(guān)不同，系統(tǒng)壓力開關(guān)一直處于持壓狀態(tài)，當(dāng)報警閥打開，供水側(cè)壓力Pb下降，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)壓力開關(guān)設(shè)定的動作壓力值時，啟動消防泵。

僅設(shè)有高位消防水箱的臨時高壓系統(tǒng)，火災(zāi)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(guān)處的壓力變化不明顯。如果壓力開關(guān)設(shè)定值接近水箱滿水時壓力開關(guān)處靜壓，管網(wǎng)的壓力波動會導(dǎo)致系統(tǒng)誤啟動，如果設(shè)定值過低，從火災(zāi)發(fā)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(guān)很難啟動消防水泵，一般流量開關(guān)會先于壓力開關(guān)啟泵，系統(tǒng)壓力開關(guān)只能作為一種備用啟動方式。當(dāng)高位消防水箱配置穩(wěn)壓泵，準(zhǔn)工作狀態(tài)時，系統(tǒng)壓力開關(guān)處的靜壓為H+H1+P2（如圖1），發(fā)生火災(zāi)時，消火栓的泄流量大于穩(wěn)壓泵向管網(wǎng)的補(bǔ)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(guān)應(yīng)該動作，但實(shí)際運(yùn)行中，高位水箱出水管上的流量開關(guān)仍然會先發(fā)生動作，壓力開關(guān)作為備用啟動方式。

可見，兩種臨時高壓系統(tǒng)都是以流量開關(guān)啟泵為主，壓力開關(guān)啟泵為輔，在系統(tǒng)測試階段，應(yīng)先切斷流量開關(guān)的信號，再按照壓力開關(guān)的設(shè)計動作壓力值進(jìn)行調(diào)試。

4 結(jié)語

臨時高壓系統(tǒng)的本質(zhì)是判定是否真實(shí)發(fā)生火災(zāi)，第一時間通過流量開關(guān)或壓力開關(guān)的信號啟動消防主泵，開關(guān)動作值的設(shè)定要以設(shè)計為依據(jù)，并在實(shí)際測試時適當(dāng)調(diào)整。穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量、流量開關(guān)、壓力開關(guān)之間也有相互影響，根據(jù)《噴規(guī)》10.3.1，消火栓與自噴系統(tǒng)可合用高位消防水箱，雖然系統(tǒng)各自設(shè)置流量開關(guān)，但穩(wěn)壓泵設(shè)計流量和啟停泵壓力對不同系統(tǒng)有一定差別，穩(wěn)壓泵是否可以合用值得進(jìn)一步探究。此外，系統(tǒng)的安全運(yùn)行除了合理的配置設(shè)備和參數(shù)控制之外，還需要設(shè)置適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)附件，比如泄壓閥、減壓閥、水錘消除裝置等。