自动喷水灭火系统供水管网若干问题探讨

2015-12-11刘江凌

福建建筑 2015年6期

刘江凌

(厦门合道工程设计集团有限公司福建厦门 361004)

引言

消防给水是由消防水源和供水管网组成的向水灭火设施供水的给水系统[1]。如果将消防给水工程比喻为人体，供水管网则如同血管一般，担负着输送消防用水的重任，是消防给水系统的主要组成部分。

给水管网的形式分为枝状和环状。《消防给水及消火栓系统技术规范》(以下简称“消规”)[2]第8.1.2条对环状管网的应用场合作了规定，多数情况下应选用环状管网。另外，“消规”第8.1.6条、《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“原高规”)[3]第7.4.4条、《建筑设计防火规范》(以下简称“原建规”)[4]第8.4.2.6条款，对室内消火栓系统环网的技术要求作了规定。但对自动喷水灭火系统(以下简称喷淋系统)环网的技术要求，除《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称“喷规”)[5]第10.1.4条外，现行规范未进一步做出更具体的规定(如环网阀门设置等)。

本文结合相关规范要求，针对自动喷淋供水管网的若干问题进行探讨，就喷淋环网的组成形式以及阀门设置提出几点个人建议。

1 环状管网的优点

在上述有关环网的规范条文解释中，无一例外地均阐述了采用环状管网的主要考虑因素——可靠性高。枝状管网正常工况下为单向供水，故障检修时，关闭的阀门下游将全面停水;环状管网正常工况下为双向供水，并通过合理的环网阀门设置，可将故障时关停的管段限制在局部，剩余的管网仍保持有单向供水能力。枝状管网的特点是串联，环状管网的特点是并联，下面通过简单的概率学公式分析和试算，进一步比较二者的供水保证率。

串联。假设系统有N个环节，其中某个环节正常工作的概率是Pi，则系统正常工作的概率为:

由于Pi＜1.0，故N越大P越小，即串联的环节越多，系统正常工作的概率越低;当Pi=0，则P=0，即当串联环节中某个环节失效，则系统失效(故障关闭的检修阀下游失效)。

并联。以消防泵为例，假设单台泵的正常工作保证率是0.8，故障率0.2。采用不同的台数并联工作时，系统保证率对比如下(表1)。

表1 并联工况系统保证率对比

从表1可以看出，并联设备数量的增加，有利于提高系统保证率，缺点是工程投入增加。

喷淋环网上各系统组件(消防泵出水管、水泵接合器接管、高位水箱出水管、报警阀组等)，应以并联的方式接入环网，尽量避免采用串联的方式。

2 喷淋系统管网的形式特点

喷淋系统设有报警阀，室内消火栓系统一般情况下不设报警阀，这是二者的主要不同之处。喷淋系统管网以报警阀为界，一般称其上游管网为供水管网，下游管网为配水管网。

供水管网可分为枝状和环状，“消规”和“喷规”对环网的要求，系指供水管网。配水管网虽然也可分为枝状和环状，但一般仅为水流指示器下游才设成环状，报警阀组至水流指示器的管段仍为枝状。其主要原因之一，是受报警阀和水流指示器的灵敏度限制，二者的报警性能参数详见下表。

表2 湿式报警阀组和水流指示器的报警性能参数

即当报警阀通过的流量达到60L/min及以上，阀组便连续报警;当该流量在0～15L/min范围，阀组便不报警。如果报警阀通过的流量在15～60L/min之间，阀组可能报警，也可能不报警[6]。水流指示器类同，但灵敏度较高。若采用两组报警阀向同一配水管网供水，在一个标准喷头动作出流量下(工作压力0.10MPa时流量80L/min)，有可能每组报警阀通过的流量均小于60L/min，无法正常报警。因此，受限于目前的设备技术精度，配水管网只能从一组报警阀出口获得水源，并不是严格意义上的环网。环状配水管网主要利用的是环网的水力条件优势，使系统布水更均匀，同时经济性也较好。

喷淋环网的技术要求，仅针对供水管网，配水管网本质上为枝状。

3 其他规范条文的借鉴

如前所述，采用并联方式有利于提高系统保证率。纵观“消规”条文，其中对两路市政水源的要求(第4.2.2条)、对消防水泵吸水管和出水管的要求(第5.1.13条)等，均隐含着一用一备的理念，甚至第6.2.4.3条款中对供水分区减压阀组数量的要求，已经达到了一用三备的程度。并联的理念，也理应作为喷淋环网技术措施的指导思想之一。

“原高规”第7.4.1条条文解释，提出了对室内消火栓系统环网的技术要求:必须保证供水干管和每条消防竖管都能做到双向供水。喷淋系统供水环网也应满足双向供水的基本要求。

“喷规”第6.2.3条规定了一个报警阀组控制的喷头数量:湿式、预作用系统不宜超过800只;干式系统不宜超过500只。一是为了保证维修时，系统的关停部分不致过大;二是为了提高系统的可靠性。除了控制接入同一组报警阀的喷头数外，供水环网上阀门的设置也是影响检修时关停范围大小的因素。环网阀门的设置，应做到能将各组报警阀分隔开来，在某段环网关停时，仅关闭一组报警阀，如此方能真正将“喷规”第6.2.3条落到实处。另外，多组报警阀成列布置时，间距较近(一般为1.5m)，设在两报警阀之间的环网阀，基本等效于N－1设阀原则，已可替代报警阀入口的控制阀。

4 图示对比分析

(图 1)取自“喷规”第10.1.4条条文解释里的图示。供水管网闭合成环，水泵一用一备并联接入环网，并于节点处按N－1原则设阀。其中，笔者认为原图环网分段阀的设置略有不妥之处，当两个阀B之间的环网故障检修时，所有报警阀将全部关停。宜在A点增设阀门，并可同时取消阀B与阀C，当某组报警阀需要关闭检修时，可关闭环网段上与故障点相邻的阀门(替代原阀C)，虽有一段环网检修关停，但剩余给水系统仍处于准工作状态，关停的报警阀数量仅为一组。而且，阀门改置后，数量反而减少了三个，不存在阀门数量过多之虞(一种观点认为阀门本身的故障率比管道高，设置过多反而不利于系统的供水可靠性)。

图1 环状供水示意图

(图1)中未表达屋顶水箱、水泵接合器、泄压阀等系统组件，比较完整的喷淋系统图示详见(图2，图3)，可以适用于工程设计中较常见的住宅小区地下车库喷淋系统。相比之下，笔者认为(图3)更优于(图2)，分以下三点讨论:

(1)图2的供水管网不是严格意义上的环网，充其量仅为一条横干管。两路水泵出水管向横干管供水，正常工况时，各报警阀似乎均能从干管两个方向获得水源。但其实不然，水泵为一用一备，工作泵运行时，每个报警阀仅能从干管一个方向获得水源，备用泵运行时，方能从另一个方向获得水源，两个方向的水源来自不同的供水工况。(图3)供水管网闭合成环(水平环网)，任一路水源均能对各报警阀组双向供水，符合“原高规”第7.4.1条条文解释。

图2 典型住宅车库自动喷淋系统示意图A

(2)图2各系统组件之间为串联关系，保证率低。如a点检修时需关闭环网阀F1，F2，并关停相邻报警阀B1，B2，且此时报警阀 B3，B4 将无法得到来自水泵P1、屋顶水箱和水泵接合器的供水。图3各系统组件均以并联方式接入环网，并通过设置分段阀，能够做到检修时互不影响。

(3)“消规”第5.4.4条规定:临时高压消防给水系统向多栋建筑供水时，消防水泵接合器应在每座建筑附近就近设置。在“消规”之前，各规范均无类似规定，暗示了水泵接合器集中一处设置是比较不可取的做法。当报警阀、水泵接合器等环网主要组件位置都较集中时，喷淋系统供水管网大多局促在消防泵房附近区域，如图2。比较来看，图3的好处有两点:①水泵接合器分散布置，满足“消规”要求，且接合器支管管路短，分别接入不同的环网管段，相互之间为并联关系，保证率更高;②报警阀组相对集中设置(分设三处)，用长距离的供水环网替代了同样长距离的报警阀后枝状配水管网，发挥了环网的水力条件优势，正常工况下配水更均匀。换个角度思考，水泵接合器需按现行规范要求分散布置，要么仍将环网局促在泵房附近并拉长水泵接合器接管，要么扩大环网范围，当选择后者时报警阀分散设置也即成了举手之劳。满足规范的同时又能获得更好的水力条件，笔者认为理应选择后者。

图3 典型住宅车库自动喷淋系统示意图A

上述分析中多处提及环网阀门的设置问题。“喷规”第6.2.7条规定:“连接报警阀进出口的控制阀应采用信号阀。当不采用信号阀时，控制阀应设锁定阀位的锁具。”本条为强制性条文，对取代报警阀进口控制阀(图1阀C)的2个环网阀(图1阀A)，是否应采用信号阀的问题，业内存在不同看法。下面将就此问题展开讨论，谈一谈个人的理解和观点。

5 关于信号阀的选用部位

首先单从字面上理解，笔者认为规范条文中所指的“连接报警阀进出口的控制阀”，系针对(图1)中阀C而言，而非阀A所在的环网阀。

其次，结合信号阀的动作原理。信号阀是在阀门的动作机构上加装阀位监视装置和信号远传装置。能在阀门从全开到关闭过程中，从输出“通”信号转换为输出“断”信号，要求转换点的流量不应低于全开流量的80%，通常在阀门全开时，电接点断开，无信号输出时，表示阀位全开。当阀门向关闭方向转动达到全行程的1/4～1/5时，信号开关触点闭合，发出“断”信号报警。所以信号阀是监视非全开的阀位。蝶阀、明杆阐阀常作为信号阀[7]。

如上所述，信号阀在阀门开启度为80%时须输出报警信号，也就是在有关闭倾向，但开启度仍较大时就输出报警信号，偏于保守，同时也意味着误报的可能性大。(图1)中阀C所在位置已处于枝状管段，单向供水，一个阀误关就将危及下游系统安全，十分有必要提高保证率，采取保守措施并不为过。而阀A位于双向供水的环网段，一个阀误关，管网由环状变为枝状，仍保持有单向供水能力，需两个阀同时误关才致危及系统安全性。相比之下，环网分段阀采用信号阀的必要性更弱一些。

另外，“喷规”第6.3.3条也规定了水流指示器入口前的控制阀应采用信号阀。两条条文规定的三处阀门的共同点，是均位于配水管网上，配水管网均为枝状，每一个阀门均控制着的下游全部配水管网，为提高系统可靠性而要求采用信号阀。从这个角度分析，以管网的单、双向供水条件为判定原则，在枝状的配水管网上采用信号阀、在环状的供水管网上不采用信号阀，也与规范的精神相契合。

综合考量，笔者认为环网分段阀可不采用信号阀，但应根据规范设置锁定阀位的锁具;鉴于配水管网的枝状属性，除前、末端泄水阀外，水流指示器后的配水管网不应再设置阀门，当必须设置时(如穿越人防围护结构处的抗爆波阐阀)，均需采用信号阀。