消防泵启动若干问题探讨研究

郭 涛， 任建平， 李志鹏， 钱红艳

(北京特种工程设计研究院，北京100028)

0 引言

消防水泵是消防系统的重要组成部分，在火灾状态下，能否顺利启动，完成消防供水任务，很大程度上影响到灭火作业进程。 现行相关国家规范对于消防水泵的控制启动都给予明确要求；笔者依据近几年完成的消防文件审查及消防验收过程，就消防水泵控制中存在的几个问题，做分析探讨，力争使相关设计、安装调试、维护管理既满足规范要求又贴合实际应用，使工程能够顺利通过消防验收投入使用。

1 湿式自动喷淋泵启动信号及改进

1.1 启动信号的要求

国家规范中关于湿式自动喷淋系统的直接自动启泵的要求，GB 50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称“《喷规》”)相比GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》 (以下简称“《火规》”)增加了高位消防水箱出水管流量开关、消防水泵出水干管上设置的压力开关直接启泵的条件，同时参考GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》(以下简称“《栓规》”)相关规定，要求消防泵具备机械应急操作功能。 上述3 类直接启泵信号在国标图集16D303《常用水泵控制电路图》中已全部兼顾，完全满足新版《喷规》要求。

结合《火规》、《喷规》相关规定，湿式自动系统消防泵启动原理框图如图1 所示，包含了规范要求的湿式自动喷淋泵启动全要素条件:(1)消防泵房内手动启动及特殊情况下的机械应急启动；(2)消防控制室手动控制盘“硬拉线”直接启动；(3)两个独立的报警信号“与”逻辑后，由消防联动控制器联动启动；(4)湿式报警阀压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关、消防水泵出水干管上设置的压力开关直接启动等。

图1 湿式自动喷淋系统消防泵启动原理框图

1.2 启动信号的合理化应用

在具体工程设计中，电气设计人员应充分了解消防给水专业的系统构成，特别是对直接启动消防泵的控制要求，不能全盘照抄规范中3 个直接自动启泵的输入条件，而应具体问题具体分析，根据消防给水专业设计人员提出的控制要求，有所优化，有所取舍。

1.2.1 流量开关直接启泵的缺陷

《消防给水及消火栓系统技术规范图示》(修正版)对消防泵的启动要求进行了解读与示例，表明消防给水系统无论是否设有稳压泵，直接自动启泵条件均为高位消防水箱流量开关、消防泵出水干管上压力开关或报警阀压力开关。 然而，在实际工程中单独采用高位水箱流量开关作为直接启泵信号是有缺陷的，主要原因:消防给水系统泄漏在工程实践中是经常存在的，其泄漏量的大小是由管网系统大小、管道敷设的位置(埋地或地上敷设)、管网采用的材料、施工安装质量及后期维护管理等多种因素决定的，《栓规》明确规定系统的泄漏量可按消防用水量的1%～3%确定，这个泄漏量是根据工程实践经验给出的设计泄漏量，也是系统补水量的依据，但在工程实际运行中，系统的泄漏量可能大于该设计值，也可能小于该设计值。

因此，采用高位水箱出水管流量开关启动喷淋泵，其流量开关动作设定值是较为复杂的问题，假如流量开关动作设定值为管网设计泄漏量，当实际管网中泄漏量较大时，在喷头没有出水时就可能导致流量开关动作直接启动消防泵，造成误启泵；若流量开关设定值太大(假设为设计泄漏量加一个喷头流量)，而管网系统实际泄漏量又较少，一个喷头出水后还达不到流量开关动作设定值，喷淋泵就不会启泵，造成责任事故。 为避免流量开关连锁消防泵误动作，管理人员往往将消防泵控制柜上手/自动转换开关置于手动状态，使系统的自动启动功能完全失效。

1.2.2 压力开关易存在单点失效问题

图1 中，由消防控制室联动控制器联动启动喷淋泵的方式，在《火规》、《喷规》中并没有明确要求，因为湿式喷水灭火系统其火灾探测部件为闭式喷头，采用湿式报警阀压力开关直接启泵时，并不依赖火灾报警系统；即使在设计、安装调试时将联动启动作为启动条件之一，也是作为喷淋泵直接自动启动的后备控制。 其具体实现方式为:要求压力开关具有物理隔离的两副触点，一副触点用于直接启动喷淋泵，另一副触点作为联动触发信号，与保护区内火灾探测器报警信号组成“与”逻辑联动启动喷淋泵。

由于喷淋泵直接自动启动与消防联动控制器联动启动用到同一个压力开关动作信号，导致实际工程应用存在以下隐患:假如湿式报警阀报警水道发生堵塞或其他原因使压力开关不能动作，将会造成压力开关不能直接启泵、联动控制也不能启泵。笔者在进行消防验收时就曾遇到以下情况:为检验压力开关自动启泵功能及喷头出水后多长时间开始启泵，打开末端试水阀2 min 后，水力警铃没有报警声响，喷淋泵没有启动，在消防控制室查阅、打印报警数据，也没查到压力开关动作返回信号记录，经与消防给水专业验收人员分析，最终确定是湿式报警阀存在问题。

1.3 启动信号的改进

高位消防水箱出水管流量开关不宜单独作为直接启泵信号，但其动作报警信号与湿式报警阀保护区内火灾报警信号(火灾探测器报警/手动报警按钮)组成“与”逻辑，由消防联动控制器联动启动喷淋泵，是否可行? 虽然规范中没有规定，但笔者在已完成的消防文件审查及消防验收中，还没有相关工程实例，但个人认为这个“与”逻辑联动启动喷淋泵在理论上是可行的。

首先，火灾发生基本要经过阴燃、起火、高温燃烧等阶段，在火灾的每个阶段，表现的物理特性是不一样的，如在阴燃阶段产生烟雾、在起火阶段会产生火光、在燃烧阶段产生高温等，火灾自动报警系统都会有相应的探测设备，如阴燃阶段感烟探测器会发出报警，起火阶段感光探测器会发出报警，高温燃烧阶段感温探测器会发出报警，喷淋头闭锁装置融化脱落、喷水等；对湿式自动喷淋灭火系统来讲，当火灾达到喷头闭锁装置融化、喷头出水情况，高位水箱出水管流量开关也会动作(需消防给水专业在调试时配合)，火灾自动报警系统必定会收到不同探测设备发出的报警信号，将这两个信号组成“与”逻辑联动启动消防泵，应该比传统的压力开关与火灾探测器/手动报警按钮报警信号组成“与”逻辑联动启动消防泵理论上更可靠，与湿式报警阀压力开关直接启泵相比(后者经过延时继电器延时)启动更快，这种联动启动方式可对自动喷淋系统启泵逻辑进行有益补充。 综上所述，湿式自动喷淋系统消防泵启动原理框图可如图2 所示进行改进。

2 消防泵启动时间及优化

图2 改进后湿式自动喷淋系统消防泵启动原理框图

消防水泵应确保从接到启泵信号到水泵正常运转启动时间≤2min。 当工频直接启动消防水泵时，从接通电路到水泵达到额定转速时间不宜＞30 s(功率≤132 kW)、55 s(功率＞132 kW)。 消防水泵控制柜机械应急启动时，应确保消防水泵在报警后5 min 正常工作。 机械应急启动是在消防电源正常供电，而自动控制及“硬拉线”手动控制因信号或继电器故障不能自动或手动启泵时，由被授权的人员在消防水泵房内进行的紧急操作，5 min 包含了操作人员从消防控制室至消防泵房时间、应急操作以及消防泵从启动到正常工作的时间，在一些发达国家中规定接到火警后5 min 内启动消防泵，也是指手动启动。 由此可见，国内外关于泵房内手动应急启动消防泵的时间在规定上基本是相同的，这是极端情况下发生的状况，本文暂不讨论。

消防泵启动属一般轻载启动，根据消防泵功率不同，启动时间存在一定差异；要精确计算水泵启动时间相当复杂，工频情况下水泵最大启动时间(s)一般可按下式估算:

式中，Pe 为消防水泵额定功率，kW。

据此，可估算不同功率消防水泵最大启动时间如表1 所示。

消防泵启动最大启动时间 表1

以《常用水泵控制电路图》控制原理图XFK-1-2(消防水泵用1 备1)为例，在消防水泵控制柜接到直接启泵信号后，经时间继电器延时KF3(T1 ＝60s)，接通中间继电器KA4 后才能真正使控制电器通电吸合启动消防泵(启动时间T2，极端情况T2 ＝Tmax)，若主用泵在启动过程中遇有故障发生，不能顺利完成启泵，经延时继电器(KF1 或KF2，T3 ＝60 s)，备用泵自动启动投入运行(T4≤Tmax)，至此，消防泵在主泵故障、备用泵延时自动投入情况下完成启动；在极端情况下，消防泵控制柜自接到直接启泵信号，到启动完成总用时T＝T1＋T2＋T3＋T4。

对于具体工程项目，消防泵的功率在设计阶段已经确定，所以在水泵总的启动时间中T2/ T4 是相对固定的，如果在消防泵控制柜安装调试工程中，不对时间继电器KF3＼KF1＼KF2(延时60s)进行调整，极端情况下，整个消防水泵的启动时间一定会超过2 min(T1＋T3)，当然就不能满足规范要求；如果在安装调试过程中，将KF3＼KF1＼KF2 延时时间由60 s 调整为30 s 或更小，对于常见建筑工程中消防泵，即使在上述极端情况下，也能满足规范《栓规》11.0.3 要求。

以132 kW 消防泵为例，依据XFK-1-2 主要材料表数据，KF3＼KF1＼KF2 时间继电器延时为60s，极端情况下启泵总用时为:T ＝60＋27＋60＋27 ＝174 s＞120s，不满足要求。 若将延时继电器时间调整为30s，则极端情况下启泵总用时为:T ＝30＋27＋30＋27＝114 s＜120s，即可满足要求。 Tmax是估算的消防泵最大启动时间，在实际工程中应用中消防泵启动时间一般小于Tmax。

火灾发生时，建议在保证消防泵能够安全可靠启动、正常运行的情况下，在工程设计时，消防泵主要采用全压直接启动方式，在安装调试时尽量缩短消防泵启动时间。

3 消防泵控制柜“硬拉线”控制的改进

《栓规》强制性条文要求“消防水泵控制柜在平时应使消防水泵处于自动启泵状态”。 本强制规定是基于对我国大型社会活动的工程调研，在检查中往往发现消防水泵处于手动启动状态，消防水泵无法自动启动，这会造成火灾扑救的延误和失败，在规范制订时规定临时高压消防给水系统必须能自动启动消防水泵；控制柜在准工作状态时消防水泵应处于自动启泵状态，目的是提高消防给水的可靠性和灭火的成功率。 同时，为了防止采用弱电联动信号总线控制方式时，控制软件可能受到病毒侵害、弱电信号受到干扰无法联动自动启动消防泵，《火规》、《栓规》、《喷规》均有明文规定，在紧急情况下，能够在消防控制室手动控制盘上采用专用线路(“硬拉线”)直接启动消防泵。 为确保自动状态下“硬拉线”有效，《常用水泵控制电路图》给出的示范做法是当消防泵控制柜手/自动转换开关置于自动位时，“硬拉线”才起作用。

《栓规》已实施多年，但在笔者近年参加的消防验收及消防检查中，还时常发现消防水泵处于手动启泵状态，即将消防泵控制柜手/自动转换开关置于手动启动位置。 对于这个问题，大多数管理方给出的理由是防止误启泵，对此还会列举很多误启泵造成的损失、产生的不良影响等加以解释说明，甚至还会不恰当地引用《栓规》11.0.1 条2 款内容:“当自动水灭火系统为开式系统，且设置自动启动确有困难时，经论证后消防水泵可设置在手动启动状态，并应确保24h 有人值班”。 并强调本单位管理制度非常完善，消防值班室有人24 h 值班，具有各种状况的应急预案等。 对这一问题，笔者认为，首先管理方/施工方从主观上并没有引起足够重视；其次不知该做法在废掉消防泵自动启泵功能的同时，“硬拉线”直接启动消防泵功能也不能实现。

若将消防泵“人为”处于手动状态，一旦火灾发生不能及时启动提供消防水源、延误灭火时机，在火灾事故调查及责任认定时，设计方/施工方基本上可以免责，管理方应负主要责任。 为解决将消防泵“人为”置于手动工作状态造成火灾发生时消防泵无法连锁/联动启动，甚至“硬拉线”也不能进行应急启泵的弊端，最好的办法就是将“硬拉线”绕过消防泵控制柜上的手/自动转换开关，确保“硬拉线”紧急启泵始终有效。

让“硬拉线”绕过转换开关的实现方式，一是可参考原国标图集10D303-3《常用水泵控制电路图》相关控制原理图，每台消防泵在消防控制室手动控制盘上设置钥匙式控制按钮应急控制消防泵启动。二是参照文献[6]做法:消防控制室手动控制盘上为每台消防泵设置一对启/停按钮，再通过中间继电器启动消防泵。 这两种“硬拉线”接线均绕过了转换开关，使“硬拉线”启泵不受消防泵控制柜上转换开关处于自动或手动状态的影响，始终有效。

4 结束语

消防泵能否顺利安全、可靠、快速启动，及时提供消防水源对灭火作业至关重要，首先设计人员应结合工程实际情况对输入条件有所取舍，优化设计方案。 其次，设备安装调试、运行管理人员要强化法制观念，不断提高运行、维修、管理水平并及时查找排除故障，本着“预防为主、防消结合”总原则，最大限度地减少降低火灾事故造成的损失。