对临时高压消火栓系统自动启泵设计参数取值的分析

廖启芳

(中国建筑上海设计研究院有限公司厦门分公司 福建厦门 361000)

引 言

《消防给水和消火栓系统技术规范》GB50974－2014(以下简称《消水规》)规定临时高压消防系统的消防水泵应采用自动启泵方式，这对原采用就地按钮启泵的临时高压消火栓系统是个较大的变化。消火栓系统采用自动启泵，省去了各消火栓引至水泵控制箱的启泵专线，也避免了因线路长信号损耗大导致末端信号弱泵启动不成功的情况，既节省了造价又提高了系统的安全可靠性。同时由于系统设有流量开关及压力开关，可及时监控渗漏情况，间接减少了管网的泄漏量。流量开关和压力开关是临时高压消火栓系统自动启泵控制的重要装置，二者设计参数的取值会直接影响消火泵自动启泵的成败。但《消水规》未明确给出二者的设计参数取值，所以设计五花八门。

本文通过对规范和相关标准的分析研究，对上述临时高压消火栓系统中的流量开关、压力开关设计参数的取值谈谈自己的看法，希望能与专业同仁一起学习和探讨。

1 流量开关

流量开关设置在高位水箱消火栓系统出水管上感知水流的变化，当经过管路的水流达到可被判定是消火栓被动用的流量时，开关动作触发消火栓泵启动并同时发出报警信号。让流量开关动作的流量称之为报警流量。报警流量是流量开关灵敏度指标，它的取值对系统能否及时启动很重要:取值偏小，系统灵敏度过高，管路误报警增多;取值偏大，系统灵敏度过低，可能导致该报警时无法及时报警，恐延误启泵时间。那消火栓系统中设置的流量开关报警流量该怎么取值呢?

《消水规》12.2.8.4条:“流量开关应能在0.1m/s～10m/s时可靠启动，其余性能宜符合国标＜自动喷淋灭火系统 第七部分:水流指示器》GB5135.7的规定”。根据规范的意思，流量开关的报警流量取值可以有以下三种方法。

法一:直接采用GB5135.7中水流指示器报警流量的取值15～37.5l/min作为流量开关的报警流量。这个方法比较简单，但考虑到国标GB5135.7中所指的水流指示器为喷淋系统专用，其报警流量取值是按标准喷头在特定压力下的流量来确定的，消火栓流量与标准喷头流量不同，未经过推算直接引用不太妥当。因此引出如下法二。

法二:参照喷淋系统水流指示器报警流量的取值法来确定消火栓系统的报警流量。国标GB5135.7中水流指示器报警流量的上限值37.5L/min相当于K=80喷头在工作压力0.022MPa时的出水量。这个0.022MPa可以理解为当高位水箱放置在屋顶距喷头2.2m时产生的静压值，按这个思路，该高位水箱距最不利消火栓栓口产生的静压值约为0.04MPa，我们可算得栓口压力0.04MPa时消火栓的出水量，计算结果如(表1)。(以下计算采用《建筑给水排水设计手册》第二版计算公式及参数)

表1 不同消火栓栓口压力与不同当量喷嘴直径的对照表(单位 Hxh:0.01MPa，Qxh:L/min)

从(表1)可查出栓口压力Hxh为0.04MPa时，当量喷嘴直径11、13、16、19mm的出流量 Qxh分别为47.84L/min，70.07 L/min，105.08 L/min，145.83 L/min。当量喷嘴直径11、13mm仅适用于消防设计流量2.5L/S的系统，考虑到《消水规》中消火栓系统的设计流量以5L/S为主，2.5L/S仅适用于21～27m的住宅，因此建议消火栓系统采用的流量开关报警流量按喷嘴直径分两档，第一档:当量喷嘴直径11、13mm的消火栓报警流量取20～47.5 L/min;第二档:当量喷嘴直径为16、19mm的消火栓报警流量取65～105l/min。

法三:根据流量开关的流速确定。取《消水规》12.2.8.4条规定最低流速V=0.1 m/s对应的流量值作为报警流量区间的上限值，再取低于上限值25～40L/min作为报警流量区间的下限值。以下(表2)为V=0.1m/s时不同的管径对应报警流量区间的取值。

表2 V=0.1m/s不同的管径对应报警流量区间的取值

从上述法二、法三的推算结果可以看出，消火栓系统流量开关的报警流量取值比国标GB5135.7中水流指示器的报警流量取值高，巧合的是按法二的计算当量喷嘴直径为11、13mm对应的报警流量值与法三DN100对应值接近，当量喷嘴直径为16、19mm取值与DN150取值接近。总体说来二者差别不大，本文建议采用法二推算结果，同时也建议消火栓系统流量开关的报警流量取值标准化，便于设备在工厂内统一设定出厂值，方便现场的调试。

2 压力开关

《消水规》12.2.8.2条对消火栓泵出口设置的压力开关性能表述为:“压力开关应符合国标＜自动喷淋灭火系统 第10部分:压力开关》GB5135.10的性能和质量要求”。喷淋系统压力开关设置在报警阀出水端，平时无水流通过，压力为零，当系统喷头动作，报警阀开启，水流通过压力开关，开关报警并启泵。而消火栓泵出水管处的压力开关平时压力为管网准工作状态的压力，当系统消火栓被动用，水流向消火栓出口，管路水损导致压力开关处水压值下降，当压力下降到其动作压力时开关报警并启泵，此动作压力值《消水规》称之为自动启泵压力值。自动启泵压力怎么取值?参考 GB5135.10压力开关0.035～0.05MPa的取法直接取低于准工作状态0.035～0.05MPa是否合理?下面根据消火栓系统稳压设施的设置情况来进行分析。

2.1 仅设屋顶水箱稳压的情况

(图1)为当高位水箱设置高度满足《消水规》5.2.2条的规定，系统未设稳压泵的某消火栓系统示意简图:

图中D1为最不利消火栓点，A为启泵压力开关设置点。

准工作状态时，A点压力值为

HZ=(H1+H2+h1)*0.01 MPa(式1)

式中:

HZ—采用屋顶水箱稳压，准工作状态时A点压力(MPa)

H1—D1点与A点的几何高差(m)

H2—高位水箱底距D1点的几何高差(m)

h1—水箱有效水位总高(m)

图1 消火栓系统示意图

当D1点处消火栓动作，由于管路的水损，管路各点压力变化，此时A点的压力为:

HA=(H1+H2+h1)*0.01－hiMPa(式2)

hi—消火栓动作时管路水损(MPa)

HA—D1点处消火栓动作时A点的压力值(MPa)

最理想的设计应该是:最不利D1点处消火栓动作，A点处压力下降，压力开关动作报警，此时A点的压力值就作为系统启泵压力值。看看实际工程的情况:消火栓当量喷嘴直径取 19mm，(图 1)中的H1.H2.H3.h1.h2的取值及由此计算得出的Hz值见(表3)，当D1～D4处消火栓依次动作时管路水损hi和HA的计算结果见(表4):

表3 H1.H2.H3.h1.Hz值

表4 D1～D4处消火栓依次动作时管路的hi和HA值

从(表4)可以看出:最不利点1、2支消火栓动用时，管路的水损很小，如采用此刻A点的压力值作为启泵压力值，系统压力检测仪表的灵敏度要大幅度提高，灵敏度过高可能导致系统误报警率提高，实际工程恐无法直接采用该值做启泵压力值。如直接按准工作状态0.035～0.05MPa至少要在最不利的4支水枪动作，似乎灵敏度偏低。建议这种情况适当折中选择压力开关的灵敏度，取系统准工作状态压力值低0.02～0.03MPa的值作为启泵压力HD，即

HD=Hz－0.02～0.03MPa(式3)

显然这里按(式3)计算的HD作为启泵压力值无法满足最不利消火栓水枪动作时，压力开关直接启泵并报警。也就是说仅靠屋顶水箱稳压的系统，由于最不利点1支水枪动作时系统启泵压力点的压力变化不大，压力开关恐无法及时报警，此时只能靠屋顶水箱出水管上设置的流量开关来报警并启泵。

2.2 设稳压泵稳压的情况

我们再来看看图1中的系统高位水箱的设置高度H2无法满足《消水规》5.2.2条规定时的情况。根据《消水规》5.3.3条第3款，取准工作状态时最不利处消火栓水压值等于0.16MPa，此时A处水压

H'Z=H1*0.01+0.16MPa(式4)

H'Z—采用稳压泵稳压，准工作状态时A点压力(MPa)

根据《消水规》5.3.3条2款自动启动压力值与准工作状态差0.07～0.10MPa，可得

H'D=H1*0.01+0.06～0.09 MPa(式5)。

H'D—采用稳压泵稳压时系统的自动启泵压力值(MPa)

比较(式1)和(式4)，(式2)和(式5)，可以看出系统采用稳压泵稳压和采用高位水箱稳压相比，前者系统自动启泵压力比准工作状态低0.07～0.10MPa，远高于后者的0.02～0.03MPa，这是由于前者采用稳压泵稳压，可以适当拉高准工作状态时的系统压力，再通过合理选定稳压泵的设计流量来实现最不利点消火栓水枪动作时管路系统水压迅速下降，实现压力开关动作并启泵。而采用高位水箱稳压的系统，由于高位水箱出水稳定，最不利点消火栓动作时，系统压降不明显，导致压力开关动作无法及时动作。也就是说采用稳压泵稳压的系统比采用高位水箱稳压的系统其压力开关动作更及时准确，误动作少。

再比较(式2)和(式5)，当(H2+h1)*0.01－hi＞0.06～0.09 MPa时，存在

H'D(H1+H2+h1)*0.01－hi(式6)

(式6)可理解为:设有高位水箱+稳压泵稳压的系统，当最不利点消火栓动作时，开始由于稳压泵无法提供消火栓动作的流量，系统压力快速下降，但如果高位水箱的设置位置较高，当最不利点消火栓与最高水位差产生的位能扣除管路水损后仍大于0.06～0.09MPa时，系统的供水压力变成了高位水箱出水控制，管路的供水压力下降变缓，A点的压力也无法快速降至设定的比准工作状态低0.07～0.10MPa的自动启泵压力，此时出现:最不利的消火栓被动用了，但压力开关无法及时报警并启泵。建议这种情况适当抬高自动启泵压力值至略高于高位水箱最高水位形成的静压值H″D，H″D为H'D此时的修正值

H″D＞(H1+H2+h1)*0.01，(式7)

相应地系统的保压值按

H″Z=H″D+0.07 ～0.10MPa(式8)计算。

根据以上分析设稳压泵稳压的系统管路的保压取值按(式4)取值，并按(式8)校核 。系统的启动压力取(式5)取值，(式7)校核。通过上述分析也得到这样的结论:消火栓系统中合理配置稳压泵可缩短消火栓动用到系统压力开关动作的时间，可更快速启动消火栓泵，提高系统的安全性。因此建议在建设标准高火灾危险性大的建筑考虑增设稳压泵稳压系统。

3 总结

流量开关和压力开关是临时高压消火栓系统自动启泵控制的重要元器件，虽然消火栓泵启用是在火灾发生，救灾人员到达现场时才被动用的，它对控制措施的安全性和有效性不及全自动灭火系统的高，但对火场而言时间就是生命和财富，系统的及时启动对整个灭火工作仍然重要之极，系统启动的控制参数仍不容忽视。本文对二者的主要设计参数提出了取值建议，另外也得到这样的结论:消火栓系统中合理配置稳压泵可提高压力开关动作的灵敏度，更快速及时开启消防泵，因此建议建设标准高火灾危险性大的建筑增设稳压泵稳压系统。

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