临时高压消防给水系统稳压设备设计浅析

临时高压消防给水系统稳压设备设计浅析

□ 厦门中建东北设计院有限公司 张传波

摘要：本文结合《消防给水及消火栓系统设计规范》GB50974-2014（以下简称《消水规》）相关条文规定，对临时高压消防给水系统中消防给水稳压设备的设计选型从稳压泵的扬程确定、稳压泵流量选择及气压水罐容积的选定三个方面进行探讨。

关键词：稳压设备；扬程；流量；气压水罐容积

0、前言

关于稳压泵的设置，《消防给水及消火栓系统设计规范》GB50974-2014(以下简称《消水规》)5.2.2条第5款规定：当高位消防水箱不能满足1～4款的静压要求时，应设稳压泵，第5.3.2及5.3.3条对稳压泵的设计流量和压力提出了设计原则和技术规定，但对稳压设备的具体参数选定还需要根据工程情况仔细推敲和精确计算才能最终选定。对比旧版消防规范对增压稳压泵的要求—火灾初起时主泵启动前满足消火栓及喷淋系统的水量及水压要求。可以看出《消水规》对稳压泵功能已和旧版消防规范不一致，但与旧版规范配套编制的图集98S205，规范CECS76：95中的消防增压设施还未及时更新，导致目前有关消防稳压设施的设计百家争鸣。本人在实际施工图设计过程中结合对《消水规》相关条文规定的理解，经查阅相关资料，对稳压设备的设计提出自己的观点，供参考与指正。

1、消防给水稳压设备的工作原理 如图1所示

稳压设备的工作原理：平时稳压泵在P1和P2之间运行，对系统进行补水和稳压。一旦有火情管道系统大量缺水，造成压力突降，降至P时发出报警信号立即启动消防主泵，同时稳压泵自动停止。

2、稳压泵的参数取定

2.1 稳压泵扬程的设计

稳压泵扬程的设计按照《消水规》第5.3.3条的规定，就是要满足系统自动启动和管网充满水，要保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15MPa，还应保持系统自动启泵压力设置点（即自动启泵压力开关）处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07 MPa～0.10 MPa。在实际设计中稳压泵扬程的计算历来有两种观点：一种认为按灭火设施的静压要求计算；一种认为应满足灭火设施工作压力要求。以上两种观点各有各的道理。按笔者的理解比较赞同第一种观点，理由如下：

（1）《消水规》第5.2.2条第5款规定，“当高位消防水箱不能满足本条第1款～第4款的静压要求时，应设稳压泵。”针对这一点很容易理解设稳压泵的前提是高位消防水箱不能满足静压要求，既然是满足静压要求那么稳压泵扬程的计算也应按灭火设施的静压要求计算。（2）从《消水规》第5.3.2条和5.3.3条对稳压泵的流量、压力的强制性规定可以看出，稳压泵的主要功能是补充管网的正常泄漏量、保证管网充满水。条文中“准工作状态”不同于“工作状态”，应理解为主泵投入工作之前的状态，也就是静压状态。而稳压泵的扬程只需满足系统最不利点灭火设施在准工作状态时的静水压力大于0.15 MPa。（3）按静压计算平时管网稳压值较低，按动压计算系统平时维持较高压力，相同管道安装水平条件下漏水量增多，稳压泵补水启停相应增加，平时的检修维护成本也会提高。

稳压泵扬程的计算如下图：

稳压设备上置时：

稳压泵启泵压力P1＞0.15-H1,且≥H2+0.07。后者P1≥H2+0.07是为了保证稳压泵最基本的一个压力值，以免稳压泵启泵压力过低。这种情况会在屋顶水箱高度接近满足静压要求时出现。

稳压泵停泵压力P2=(P1+0.1)/αb-0.1（αb取0.65～0.85，上置时取低值，有利于较少稳压罐体积）

消防泵启泵压力P=P1+H1+H-0.07。

稳压设备下置时：

稳压泵启泵压力P1≥H+0.15,且≥H1+0.10。

稳压泵停泵压力P2=(P1+0.10)/ αb-0.10（αb取0.65～0.85，下置时取高值，有利于P2值不至于过大）

消防泵启泵压力P=P1-(0.07～0.10)。

当稳压泵从高位消防水箱吸水时，稳压泵壳的承压能力应不小于停泵压力P2的1.5倍。

消防稳压泵扬程Hb（m）：

Hb=（P1+ P2）/2 (水泵曲线高效区取值)

另外《自动喷水灭火系统 第2部分：湿式报警阀、延时器、水力警铃》GB5135.2-2003第4.10.1条及第4.10.2条规定了压力开关动作压力不小于0.14 MPa，因此系统的准工作状态的压力就要保证报警阀处的动压不小于0.14 MPa，而在实际设计中有将报警阀设于屋面的情况，这时的要求是比规范上“保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15MPa”高的，要引起设计的注意。

2.2 消防稳压泵流量的设计

消防稳压泵流量不应过小，也不应过大。流量过小，系统补水量不足，无法保证系统正常泄漏量或无法满足系统的自动启动，导致自动系统运行失败。流量过大，会导致稳压泵启动频繁，且增大稳压罐的容积，所以稳压泵的流量应是个折中值。虽《消水规》第5.3.2条有所规定，但稳压泵流量还需根据具体工程进行计算和推导。

（1）消防给水系统管网的正常泄漏量在工程中是很难精确计算的。笔者参考《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）第9.2.11条，结合表格9.2.11规定：

压力管道水压试验的允许渗水量

允许渗水量（L/min．km）焊接接口钢管球墨铸铁管/玻璃钢管100 0．28 0．70 150 0．42 1．05管道内径（mm）

规范允许渗水量为验收标准，并不是运行时的渗水量，运行时的渗水量会大一些，允许渗水量与管材、管径、接口方式有关系。由该规范1.0.2条可知该标准为室外给排水管道，室内管道渗漏量应小于室外管道的渗漏量。《消水规》是指出当没有管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%～3%计，且不宜小于1L/s。即使设计流量为100 L/s，其1%也才为1L/ s。1L/s反算DN150的钢管允许的渗水长度约142.86km, DN150的球墨铸铁管允许的渗水长度约57.14km。故以此理解常规的民用建筑项目的消防给水管网的正常泄漏量是不会超过1L/s。

（2）消防系统自动启动流量。系统的自动启动流量跟系统采取的自动启动设备有关。采用湿式报警阀自动控制的系统，系统的自动启动信号就是报警阀组的压力开关，采用流量开关或低压压力开关控制的系统取决于相应的产品技术参数。设有稳压设施的系统流量开关不作启泵信号。低压压力开关目前无产品标准，参照压力开关的标准。

①自动喷水灭火系统报警阀等压力开关需要一定的流量才能启动，根据《自动喷水灭火系统 第2部分：湿式报警阀、延时器、水力警铃》GB5135.2-2003第4.10.1条及4.10.2条规定：当报警阀进口压力 ≥0.14 MPa，系统侧相应放水流量≥60L/min。

压力开关和水力警铃均应发出报警信号，故系统自动启动流量应不小于1L/s。

②消火栓系统自动启动流量，《消水规》没有明确的规定，但第12.2.8条第4款有指出流量开关应能在管道流速0.1m/s～10m/ s时可靠启动，其他性能宜符合现行国家标准《自动喷水灭火系统第7部分：水流指示器》GB5135.7-2003的有关规定。笔者按照消防水箱出水管径DN100，流速0.1m/s～10m/s，反推得流量为0.87L/S～86.59 L/s。这一区间值过于广泛也只能用来复核使用。

火灾初期的最小消防流量应为最不利点处消火栓栓口所配置的水枪的流量，不同水枪的流量均可采用式（1）进行计算（6）：

水枪喷嘴处的压力需考虑栓口及水带的水头损失，其计算采用式（2）进行计算（6）：

水带的水头损失，其计算采用式（3）进行计算（6）：

水枪射流量与接入系统的稳压水管（DN100）中的流速对照表（Hxh=150 KPa时）

从上表的内容逆向思考下，如果稳压水泵的流量大于火灾初期的最不利栓的出流量，那么势必会导致稳压泵一直从消防水箱吸水用于灭火，而系统的压力并不会下降，这样就会致使消防主泵出水干管上的压力开关不报警，消防主泵不能及时启动灭火。虽上表仅是水枪射流量与接入系统的稳压水管（DN100）中的流速对照，并未体现和稳压泵流量有何关系，但从《“消水规”GB50974-2014实施指南》一书中85页稳压系统示意图（一）中流量开关的设置位置我们可以看出稳压泵流量应小于流量开关的报警启动流量（即稳压水管接入系统处的流量）。综上所述笔者认为稳压泵的设计流量在满足系统泄漏量的前提下，设计取值越小越能缩短系统压力开关动作的时间，可更快的启动消防主泵，提高系统安全性。建议统一按1L/S取值。

3、气压罐容积的设计

《消水规》第5.3.4条：规定气压水罐其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h计算确定，但有效储水容积不宜小于150L。根据国标图集15S909“《消防给水及消火栓系统设计规范》图示”第47页公式计算：

气压罐的调节容积有效水容积Vq1=αaqb/4n。

(αa安全系数取1.0～1.3；qb稳压泵出水流量取1L/S=3.6m3/ h;n稳压泵在1h内的启动次数，不大于15次）故Vq1=0.06；0.066；0.072；0.078(m3，分别对应αa=1.0,1.1,1.2,1.3的值),均小于150L,故Vq1=150L。

气压罐的总容积Vq=β＊Vq1/（1-αb）（隔膜式气压水罐β取1.05，αb采用0.65～0.85）Vq=0.45～0.63～1.05（m3）在我们选罐的时候要既满足Vq1也要满足Vq，同时气压水罐的工作压力要满足系统的工作压力。

4、结论

（1）稳压泵的设计流量在满足系统泄漏量的前提下，设计取值越小越能缩短系统压力开关动作的时间，可更快的启动消防主泵，提高系统安全性。（2）消防给水系统稳压设备应根据具体工程，依据相关规范，合理的选择设计参数，不能机械的套用图集，这样才能保证消防系统的可靠运行、经济合理。同时，笔者也迫切的期待着《消防增压稳压设备选用与安装》98S205，尽快更新面市。

参考文献：

[1]GB50974-2014《消防给水及消火栓系统设计规范》．

[2]CECS76： 95《气压给水设计规范》．

[3]《消防给水及消火栓系统设计规范》GB50974-2014实施指南．

[4]国标图集15S909《消防给水及消火栓系统设计规范》图示．

[5]“浅议室内消火栓系统中的压力开关与流量开关”《给水排水杂志》2015第9期，109～112．

[6]王增长，《建筑给水排水工程》第五版．中国建筑工业出版社，2005．69～73．

[7]GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》．

作者简介：张传波，男，1983．05，福建厦门，本科，中级工程师给排水。

DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.08.037