消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備的設(shè)計(jì)與探討

1、消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備的設(shè)計(jì)與探討 摘要 消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括消防穩(wěn)壓泵的各設(shè)計(jì)參數(shù)值及消防氣壓水罐各水容積的計(jì)算，根據(jù)消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范GB50974-2014的相關(guān)規(guī)定對(duì)穩(wěn)壓設(shè)備的選型計(jì)算進(jìn)行探討。 關(guān)鍵詞 消防穩(wěn)壓泵；消防氣壓水罐；工作壓力；工作壓力比Design and discussion for fire protection water supply of pressurizing equipments CAO Yang(Xiamen Hordor construction plan review Co. Ltd., Xiamen 361004)Abstrac

2、t: The design of fire protection water supply of constant pressure equipment , Including the design parameters of fire make up pump and calculation of the volume of air pressure tank water fire, Discussion in accordance with the relevant provisions ofTechnical code for fire protection water supply a

3、nd hydrant systemson stabilizing equipment selection calculation。Keywords: Fire make up pump；Fire auto-pneumatic cylinder ；Working pressure；Working pressure ratio引言 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范GB50974-2014(以下簡(jiǎn)稱消水規(guī))于2014-10-01開始實(shí)施，其中消水規(guī)第及5.3.3條對(duì)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)壓力僅提出原則性要求，對(duì)其具體的設(shè)計(jì)參數(shù)未明確說明及規(guī)定，相應(yīng)的國(guó)標(biāo)圖集未能及時(shí)更新。實(shí)施近半年中在施工圖審查

4、過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員往往各持己見，根據(jù)各自的理解和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)參數(shù)與氣壓水罐規(guī)格不匹配、系統(tǒng)差異很大，與系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)置的高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)，消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)，及消防系統(tǒng)防超壓措施的泄壓閥等設(shè)計(jì)參數(shù)不匹配，或相互矛盾，使消防穩(wěn)壓設(shè)備未能充分發(fā)揮其有效作用。因此筆者根據(jù)消水規(guī)的規(guī)定，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，并征求各方意見，提出自己的觀點(diǎn)和具體實(shí)施意見，供參考與指正。1 消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備的工作原理：1.1穩(wěn)壓設(shè)備的形式：根據(jù)消水規(guī)第條和第5.3.4條規(guī)定：當(dāng)高位消防水箱不能滿足本條第1款第4款的靜壓要求時(shí)，應(yīng)設(shè)穩(wěn)壓泵；設(shè)置穩(wěn)壓泵的臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置

5、氣壓水罐。故消防穩(wěn)壓設(shè)備應(yīng)由氣壓水罐、穩(wěn)壓水泵、電控柜、管道等組成。根據(jù)穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)置位置分上置式和下置式；根據(jù)系統(tǒng)分：消火栓給水系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消火栓及自動(dòng)噴水滅火合用系統(tǒng)。消火栓給水系統(tǒng)又分：室外消火栓給水系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)。1.2穩(wěn)壓設(shè)備的工作原理：如圖1所示圖1 穩(wěn)壓設(shè)備工作原理圖1：P0氣壓水罐無水時(shí)的起始?jí)毫?P1氣壓水罐設(shè)計(jì)最低工作壓力 P2消防主泵啟泵壓力 Ps1穩(wěn)壓泵啟泵壓力 Ps2穩(wěn)壓泵停泵壓力（圖中壓力均為絕對(duì)壓力MPa）Vx消防儲(chǔ)水容積 Vh緩沖水容積 Vw穩(wěn)壓水容積 Vq氣壓水罐總?cè)莘e（m3） Vq1罐內(nèi)壓力為P2的氣體體積（m3） Vq2罐內(nèi)壓力為Ps1

6、的氣體體積（m3）Vq3罐內(nèi)壓力為Ps2的氣體體積（m3）穩(wěn)壓設(shè)備工作原理：平時(shí)穩(wěn)壓泵在Ps1和Ps2之間運(yùn)行，消防儲(chǔ)水容積Vx平時(shí)不被動(dòng)用。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，隨著水滅火設(shè)施的投入使用，系統(tǒng)壓力開始下降，當(dāng)穩(wěn)壓泵無法滿足消防補(bǔ)水量要求，水位降至P2時(shí)，報(bào)警并開始啟動(dòng)消防主泵滅火。消火栓及自動(dòng)噴水滅火合用系統(tǒng)，根據(jù)消水規(guī)第11.0.4條還需同時(shí)設(shè)置其他啟泵信號(hào)確定啟動(dòng)主泵。2 消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2.1穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定根據(jù)消水規(guī)第條規(guī)定：1 穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)和管網(wǎng)充滿水的要求；2 穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動(dòng)啟泵壓力點(diǎn)處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)大于系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟泵

7、壓力值，且增加值宜為0.07MPa0.10MPa；3穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的靜水壓力應(yīng)大于0.15MPa。2.1.1氣壓水罐最低工作壓力P1的確定P1 P-0.01h1P最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施的最低設(shè)計(jì)壓力值(MPa)，根據(jù)消水規(guī)第條規(guī)定P為系統(tǒng)最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的靜水壓力，故取0.15MPa。 h1氣壓水罐最低水位與最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施的幾何高差（m）；當(dāng)氣壓水罐高于最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施時(shí)，h1為正值；當(dāng)氣壓水罐低于最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施時(shí)，h1為負(fù)值。 筆者為簡(jiǎn)化計(jì)算按穩(wěn)壓設(shè)備上置式設(shè)計(jì)h1取0 故P1 0.15MPa在消水規(guī)未執(zhí)行前，因規(guī)

8、范未明確穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力，P值是按最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施的最低工作壓力計(jì)算，設(shè)計(jì)還要考慮氣壓水罐至最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施的管道損失。執(zhí)行消水規(guī)后設(shè)計(jì)應(yīng)注意0.15MPa為最不利點(diǎn)處水滅火設(shè)施的靜水壓力。2.1.2消防主泵啟泵壓力P2 （MPa）根據(jù)氣壓給水設(shè)計(jì)規(guī)范CECS76：95第條公式（3.2.4）P2（P1+0.098）/b 0.098式中：P2消防主泵啟泵壓力(表壓,MPa）；b氣壓罐內(nèi)的工作壓力比（以絕對(duì)壓力計(jì)），宜采用0.650.852.1.3穩(wěn)壓泵啟泵壓力PS1（MPa）根據(jù)氣壓給水設(shè)計(jì)規(guī)范CECS76：95第條規(guī)定：氣壓水罐的緩沖水容積的壓差為0.02MPa，即P2- Ps1=0.

9、02MPa Ps1P2+0.022.1.4穩(wěn)壓泵停泵壓力PS2（MPa）根據(jù)氣壓給水設(shè)計(jì)規(guī)范CECS76：95第條規(guī)定：氣壓水罐的穩(wěn)壓水容積的壓力差為0.05MPa, 即PS1- PS2=0.05MPa Ps2Ps1+0.052.1.5消防穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程Hb(MPa) 穩(wěn)壓水泵設(shè)計(jì)兩臺(tái)（一用一備）穩(wěn)壓水泵揚(yáng)程Hb(Ps1+ Ps2)/2-0.01h3(Ps1+ Ps2)/2式中：h3穩(wěn)壓泵與吸水的消防水池或水箱的高差，當(dāng)穩(wěn)壓泵與消防水池或水箱設(shè)于同層時(shí)，h3可取值為0。穩(wěn)壓泵揚(yáng)程應(yīng)在水泵曲線高效區(qū)取值。2.16根據(jù)以上公式計(jì)算如表2.1表2.1 穩(wěn)壓設(shè)備各工作壓力表（MPa）工作壓力比bP1（M

10、Pa）P2（MPa）Ps1（MPa）Ps2（MPa）Hb(MPa)0.650.1500.284 0.304 0.354 0.3290.750.1500.233 0.253 0.303 0.2780.850.1500.194 0.214 0.264 0.239復(fù)核表2.1穩(wěn)壓泵最高工作壓力與最低工作壓力差P=PS2- P2=0.07MPa 滿足消水規(guī)第條第2款規(guī)定：穩(wěn)壓泵的增加值宜為0.07MPa0.10MPa的要求。 2.2氣壓水罐容積的確定2.2.1氣壓水罐的規(guī)格：氣壓水罐的工作壓力（MPa）：0.6、1.0、1.6氣壓水罐的總?cè)莘eVq(m3)：參考國(guó)標(biāo)圖集98S205消防系統(tǒng)常用隔膜式氣壓

11、水罐的尺寸為：8002400 Vq=0.84 m3、10002480 Vq=1.41 m3、12002670 Vq=2.5 m3 、12002670 Vq=2.50 m3 2.2.2氣壓水罐的消防儲(chǔ)水容積Vx(m3) 根據(jù)氣壓給水設(shè)計(jì)規(guī)范CECS76：95Vx= (1- b)/ Vq式中：氣壓水罐的容積系數(shù)，= P1/ P0，隔膜式氣壓水罐取1.05；2.2.3氣壓水罐的緩沖水容積Vh (m3)及穩(wěn)壓水容積Vw (m3)根據(jù)波義耳-馬略特定律：Ps1Vq2= P2V q1= Ps2Vq3= P0Vq=P1/ P0 P0= P1/Vh= Vq1- Vq2= (P0Vq)/ P2-(P0Vq)/

12、PS1=( PS1- P2 ) ( P0Vq)/ (Ps1 P2)= (0.02P1Vq)/ (Ps1P2)Vw = V q2- V q3= (P0Vq)/ Ps2-(P0Vq)/ Ps1=( Ps2- Ps1) (P0Vq)/ (Ps1 Ps2)=(0.05P1Vq)/(Ps1Ps2)2.2.4根據(jù)以上公式計(jì)算出氣壓水罐8002400不同工作壓力比b時(shí)氣壓水罐各容積如下：表2.2 氣壓水罐各水容積表(m3)工作壓力比b總?cè)莘eVq(m3)儲(chǔ)水容積Vx (m3)緩沖水容積Vh (m3)穩(wěn)壓水容積Vw (m3)有效水容積Vq4 (m3)0.650.840 0.28 0.026 0.055 0.36

13、10.750.840 0.200.0340.0710.3050.850.840 0.12 0.0440.0880.252注：表2.1所有壓力值均為表壓，在計(jì)算容積時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)壓力值，即絕對(duì)壓力=表壓+0.0982.2.5氣壓水罐容積設(shè)計(jì)小結(jié)：表2.2氣壓水罐消防儲(chǔ)水容積Vx是根據(jù)氣壓水罐的總?cè)莘eVq和b值確定的，再根據(jù)表2.1各工況壓力值分別計(jì)算出其他水容積，最后復(fù)核消防儲(chǔ)水容積Vx應(yīng)大于150L方滿足規(guī)范要求。而高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50045-95(2005年版)第7.4.8.2條規(guī)定：氣壓罐的調(diào)節(jié)水容量宜為450L；即消火栓給水系統(tǒng)消防儲(chǔ)水容積不小于300L, 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)消

14、防儲(chǔ)水容積不小于150L，合用系統(tǒng)消防儲(chǔ)水容積不小于450L。原規(guī)范是考慮消防主泵在火警30s內(nèi)啟泵，故消防儲(chǔ)水容積應(yīng)儲(chǔ)存火災(zāi)初期2個(gè)消火栓10L/s和4個(gè)噴頭5L/s使用30s的消防水量。而消水規(guī)第5.3.4條：規(guī)定氣壓水罐其調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次/h計(jì)算確定，但有效儲(chǔ)水容積不宜小150L。這里消水規(guī)未明確有效儲(chǔ)水容積是指氣壓水罐總有效水容積Vq4還是消防儲(chǔ)水容積Vx，通過上述推理計(jì)算，800及以上規(guī)格氣壓水罐的有效水容積均會(huì)大于150L，故筆者認(rèn)為規(guī)范中所指的有效儲(chǔ)水容積應(yīng)是氣壓水罐的消防儲(chǔ)水容積Vx，即對(duì)應(yīng)原規(guī)范自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)消防儲(chǔ)水容積不小于150L的要求。這里新消

15、規(guī)大大減少了消火栓及合用系統(tǒng)的氣壓水罐消防儲(chǔ)水容積，是否是消水規(guī)新增加消防水泵壓力開關(guān)啟泵和高位消防水箱出水管流量開關(guān)啟泵的控制要求，而消防穩(wěn)壓設(shè)備只需滿足管網(wǎng)充水和系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)的要求。2.3消防穩(wěn)壓設(shè)備流量的選擇消防穩(wěn)壓泵流量qb （L/s）根據(jù)消水規(guī)第條規(guī)定：穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)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(dòng)啟動(dòng)流量。消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量的計(jì)算，可參照給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB 50268-2008）表 規(guī)定：表2.3 壓力管道水壓試驗(yàn)的允許滲水量管道內(nèi)徑（mm）允許滲水量（L/minkm）焊接接口鋼管球墨鑄鐵管/玻璃鋼管1000.280.701500.421

16、.05該規(guī)范允許滲水量為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，不是運(yùn)行時(shí)的管道滲水量，運(yùn)行時(shí)的管道滲水量會(huì)大一些，允許滲水量與管材、管徑、接口方式有關(guān)，球墨鑄鐵管是鋼管的2.5倍，該標(biāo)準(zhǔn)為室外給排水管道，室內(nèi)管道滲漏量應(yīng)小于室外管道滲漏量。一般在工程中很難精確計(jì)算管網(wǎng)的正常泄漏量，宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的13計(jì)，即使設(shè)計(jì)流量100L/s時(shí)，其1才為1L/s。1L/s反算DN150的鋼管允許滲水長(zhǎng)度約143 km，DN150的球墨鑄鐵管允許滲水長(zhǎng)度約57 km，故消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量是不會(huì)超過1L/s。 消防系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)流量即考慮自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥等壓力開關(guān)需要一定的流量才能啟動(dòng)，根據(jù)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 第 2部分

17、：濕式報(bào)警閥、延時(shí)器、水力警鈴GB5135.2-2003第條及第4.10.2條規(guī)定：報(bào)警閥進(jìn)口壓力0.14MPa時(shí)，系統(tǒng)側(cè)相應(yīng)放水流量60L/min，壓力開關(guān)和水力警鈴均應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，故系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)流量應(yīng)不小于1L/s。2.4復(fù)核穩(wěn)壓泵的啟停次數(shù)：2.4.1為解決穩(wěn)壓泵頻繁啟停相關(guān)規(guī)范規(guī)定：消水規(guī)第條規(guī)定：設(shè)置穩(wěn)壓泵的臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置防止穩(wěn)壓泵頻繁啟停的技術(shù)措施，當(dāng)采用氣壓罐時(shí)，其調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)不大于15次/h計(jì)算確定，但有效儲(chǔ)水容積不宜小于150L。2.4.2穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)nq(次/h)氣壓罐的調(diào)節(jié)水容積 (m3) Vw = aqb/4nq式中： Vw氣壓水罐的調(diào)節(jié)

18、水容積: 即為氣壓水罐的穩(wěn)壓容積a安全系數(shù)，取1.1； qb穩(wěn)壓泵的出水流量（m3/h），為3.6（m3/h）； nq穩(wěn)壓泵在1h內(nèi)的啟動(dòng)次數(shù)，不大于15次； 故 Vw = (aqb)/(4nq) =0.066(m3)只有穩(wěn)壓水容積大于66L時(shí)，穩(wěn)壓泵啟泵次數(shù)才不大于15次/h。穩(wěn)壓泵流量與穩(wěn)壓水容積有關(guān)，若氣壓水罐容積不變，穩(wěn)壓泵流量不宜過大，否則會(huì)造成穩(wěn)壓泵頻繁啟停，同時(shí)穩(wěn)壓泵流量增加也會(huì)延遲向消防主泵發(fā)出啟泵信號(hào)。所以消防穩(wěn)壓泵流量當(dāng)消防給水設(shè)計(jì)流量小于100L/s時(shí)取1L/s即可滿足規(guī)范要求。3消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)備設(shè)計(jì)舉例 一棟建筑高度小于50m的二類高層公共建筑，屋頂消防水箱設(shè)置高度

19、不滿足消水規(guī)第條第2款規(guī)定，故設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)備。3.1方案一：穩(wěn)壓設(shè)備為上置式設(shè)于屋頂消防水箱間，氣壓罐最低水位與最不利點(diǎn)處消火栓的幾何高差h1約4（m）。為計(jì)算方便h1忽略不計(jì)，故P10.15 MPa。計(jì)算結(jié)果如下：表4.1 穩(wěn)壓設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算表序號(hào)工作壓力比b運(yùn)行壓力氣壓罐穩(wěn)壓泵消防最低壓力P1（MPa）消防泵啟動(dòng)壓力P2（MPa）穩(wěn)壓泵啟泵壓力Ps1（MPa）穩(wěn)壓泵停泵壓力Ps2（MPa）總?cè)莘eVq（L）消防儲(chǔ)水容積Vx（L）緩沖水容積 Vh（L）穩(wěn)壓水容積 Vw（L）穩(wěn)壓泵揚(yáng)程Hb（Mpa）10.750.150 0.233 0.2530.303 840 2003471 0.28 20.850.1500.1940.2140.264840120150L和Vw66L的要求，經(jīng)比選選擇b大值可降低穩(wěn)壓泵揚(yáng)程，故設(shè)計(jì)選用25LGW3-109穩(wěn)壓泵兩臺(tái)（一用一備 q b=1L/s Hb=89m N=2.2Kw）；穩(wěn)壓泵運(yùn)行壓力值見上表序號(hào)5 ；SQL12001.0的立式隔膜