消防气压给水稳压系统气体管路泄漏的分析及处理

段昌威

摘 要：文章针对消防气压给水稳压系统调试阶段气体管路出现的泄漏问题，深入分析了可能导致气体管路泄漏的各种原因，并提出了解决办法，为后续调试、设计改造提供参考。

关键词：气压给水稳压系统；泄漏；止回阀；空气压缩机

引言

消防气压给水稳压系统，以维持消防管网（+0.00m标高处）压力为13bar（abs），并提供火灾初期70S消防用水。在某项目建设中，由于气压给水稳压系统气体管路多次出现泄漏，系统压力难保证，影响项目安全。

1 气体管路流程图

气压给水稳压系统由2台气压罐、2台稳压水泵、2台空气压缩机、控制设备和阀门管路等组成。稳压泵通过液位开关和压力开关联动控制启停，空气压缩机通过压力开关控制启停，系统流程图见图1：

空气压缩机为系统提供压缩空气，空气压缩机的出力为15Nm3/h，压力开关监测系统压力，为空气压缩机提供启停信号。

挠性软管连接空气压缩机和管道。电磁阀排出空压机运行中的水及停机状态下的残气，电磁阀为常开型，在空气压缩机运行时关闭。止回阀确保空气压缩机停机状态下，下游气体不逆流，并通过电磁阀排出。

2 气体管路泄漏分析

结合气压给水稳压系统调试实践，气体管路泄漏主要表现在挠性软管、止回阀处泄漏，故障分析如下：

2.1 空气压缩机长时间运行，下游管路超温，影响设备密封性

2.1.1 空气压缩机运行时间长

空气压缩机设计仅作为系统补气，不宜长时间运行，不作为系统建立初压的气源，但气压给水稳压系统没有外界气源，系统启动时，必须通过空气压缩机建立初压。根据理想气体的状态方程PV=nRT（克拉伯龙方程），气压给水稳压系统设置2台容积75m3的稳压罐，其中水容积25m3，气体50m3，系统初压13bar（abs）。在系统建立初压时，两台空压机同时运行，计算时间t为：t=PV/QP1，其中Q为空气压缩机出力。经计算，两台空气压缩机需同时连续运行40h，才能为两台稳压罐建立13bar（abs）初压。在调试过程中，考虑空气压缩机效率、气体泄漏等原因，空气压缩机需同时连续运行2天多才能为系统建立初压。

2.1.2 空气压缩机运行，温度很高

本系统采用2级活塞式空气压缩机，设计运行压力17.6bar（表压），在空气压缩机运行过程中，空气被压缩，根据热力学第一定律，对于绝热过程，热力学系统始终不与外界交换热量，即Q=0的过程，外界对热力学系统做的功等于内能的增加，空气压缩机出口温度高。在调试过程中，空气压缩机出口温度高达100℃。

2.1.3 高温影响下游设备密封性

由于系统设计未考虑空气压缩机出口温度的影响，挠性接管、止回阀等设备选型均按照常温进行选型。挠性软管采用橡胶软管，空气压缩机长期运行，导致橡胶老化，出现软管泄漏。止回阀采用升降式止回阀，通过弹簧提供密封预紧力，密封材料为EPDM（三元乙丙橡胶），空气压缩机长期运行产生的高温，导致橡胶老化，使止回阀泄漏。止回阀结构图见图2。

图2 止回阀结构图

在调试过程中，由于空气压缩机长时间运行（连续运行超过48h），下游管道温度高，影响挠性软管、止回阀密封性，导致设备泄漏。

2.2 空气压缩机润滑油进入空气管路，影响止回阀密封性

空气压缩机为2级活塞式压缩机，在运行过程中，部分润滑油随空气进入下游管道，影响止回阀密封性。在调试过程中，检查泄漏止回阀发现，止回阀沾污严重，阀瓣、弹簧处均有黑色润滑油，阀瓣吸收润滑油变形，弹簧卡涩不能关闭阀门，最终导致止回阀泄漏。

2.3 系统设置不合理，增加泄漏点

根据运行规定，空气压缩机停机状态下，需要排除残气及运行积水，本系统设置了电磁阀，电磁阀为常开型，空压机运行电磁阀关闭，空压机停止电磁阀打开。

电磁阀为常开型，运行中止回阀防止气体逆流，在设计中，止回阀不作关断阀，该电磁阀的设置增加了系统泄漏点。

在调试过程中，由于止回阀失效，导致JPD气压给水稳压系统内空气通过电磁阀排出。

3 解决办法

3.1 优化系统设计，减小空气压缩机对下游影响

项目中有稳定气源，压力为0.7～0.8MPa，通过该气源为气压给水稳压系统建立初压，使系统压力达到8bar（abs）。再通过稳压泵为系统补水，稳压罐容积75m3，水容积25m3，当到达额定水位后，JPD气压给水稳压系统的压力达到12bar（abs）。最后投入空气压缩机，通过空气压缩机使系统压力达到13bar（abs）。根据理想气体状态方程PV/nT=R，经计算两台空压机同时投运下，系统只需3.3h即可为系统建立初压。经改造后再进行调试，空气压缩机只需运行4h即可建立初压，极大地缩短了空气压缩机的运行时间，缩短了气压给水稳压系统的调试时间，也确保了后续管路的密封性。

3.2 优化设备选型，降低空气压缩机出口温度

采用自带空气缓冲罐的压缩机，空气缓冲罐容积为150L，空气压缩机自带止回阀和自动排气阀，空压机图纸见图3。

空气压缩机只有在气压给水稳压系统建立初始压力时才是长期运行，其余阶段均为断续运行，运行时间不超过2h。通过设置空气缓冲罐，一方面通过混合冷热空气方式，降低了空气压缩机出气温度，另一方面相当于增设了一台换热器，也降低了空气压缩机出气温度。正常运行中，通过空气压缩机自带排气阀排出活塞腔内残气，通过缓冲罐自带排水阀定期排出积水。取消电磁阀，避免将缓冲罐的空气排空。对于150L的空气缓冲罐，压力达到13bar（abs），空气压缩机需运行0.12h，将导致系统启动滞后。

3.3 优化系统设计，提高下游设备耐高温耐腐蚀性

空气压缩机出口温度较高，且运行中产生油污，挠性软管、止回阀、截止阀等设备应选用耐高温、抗油污的设备。挠性软管选用金属软管，以避免高温下出现泄漏。止回阀、截止阀的阀瓣选用耐高温、耐油污材料，以防止高温、油污引起的阀瓣变形，建议选用密特隆材料。

4 结束语

文章介绍了气压给水稳压系统气体管路泄漏问题的分析及解决办法，在后续项目调试中若出现以上问题，可以参考文章进行系统优化及设计改进，可有效解决调试中的各类问题，确保系统可用；如参考文章进行设计，可以减少系统设计的多样化的风险，确保系统稳定可靠，减少后续运行维护成本。

参考文献

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[2]林玲.民用建筑高位消防水箱增压设施的设计探讨.

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[4]曾丹苓，等.工程热力学.