新國標適用研究：室內消防水泵的啟動(dòng)控制

　　新國標適用研究：室內消防水泵的啟動(dòng)控制

　　摘要：本文結合現行規范介紹了消防水泵啟動(dòng)控制的相關(guān)規定，針對《消防給水及消火栓系統技術(shù)規范》中的壓力開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)在實(shí)際工程中的應用進(jìn)行試驗、研究并討論，提出了一些可行的做法，以期為更好的執行新規范提供理論指導和技術(shù)支持。

　　《消防給水及消火栓系統技術(shù)規范》(GB50974-2014)已于2014年10月1日實(shí)施，該規范*提出了消防水泵自動(dòng)啟動(dòng)的控制要求，現行的控制做法要做出相應改變，為了幫助工程技術(shù)人員更好的執行該規范，作者從工程實(shí)際出發(fā)，對相關(guān)技術(shù)問(wèn)題做了理論分析并給出一些可行做法。

　　引言

　　消防水泵的啟動(dòng)涉及系統設計、設備設施及維護管理等多方面內容，國家標準《消防給水及消火栓系統技術(shù)規范》(GB50974-2014)（簡(jiǎn)稱(chēng)“新規范”）已于2014年10月1日實(shí)施，對消防水泵的控制和操作有了更為嚴格的規定，其中條文：

　　11.0.4消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開(kāi)關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)，或報警閥壓力開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)信號應能直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。消防水泵房?jì)鹊膲毫﹂_(kāi)關(guān)宜引入消防水泵控制柜內。

　　11.0.19消火栓按鈕不宜作為直接啟動(dòng)消防水泵的開(kāi)關(guān)，但可作為發(fā)出報警信號的開(kāi)關(guān)或啟動(dòng)干式消火栓系統的快速啟閉裝置等。

　　為了幫助工程技術(shù)人員從本源去理解、運用規范條文，本文結合工程常規作法，從系統設計原理方面進(jìn)行探討并給出相應建議，以期為“新規范”的順利實(shí)施，提供理論指導和技術(shù)支持。

　　1 消防水泵啟動(dòng)控制的常規方式及新規范要求

　　消防水泵的啟動(dòng)方式主要有遠程啟泵、泵房?jì)葐?dòng)和自動(dòng)啟泵等。

　　消防水泵遠程啟動(dòng)方式主要是在消防中心設置按鍵，對于消火栓系統，原有的《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-05有明確規定，此按鍵要求專(zhuān)線(xiàn)控制；另外，對于臨時(shí)高壓給水系統的每個(gè)消火栓處應設直接啟動(dòng)消防水泵的按鈕，通常由火災報警系統聯(lián)動(dòng)控制總線(xiàn)，控制消防水泵啟動(dòng)；對于自動(dòng)噴水滅火系統，當消防控制室人員在接到起火樓層水流指示器的信號后，可以加強對消防水泵啟動(dòng)控制，同時(shí)在消防中心也可根據火場(chǎng)的具體情況監控消防水泵的運行情況。遠程啟泵是對自動(dòng)噴水滅火系統自動(dòng)啟泵方式的一種補充。

　　消防水泵控制柜上設置手動(dòng)直接啟泵按鈕和機械應急啟泵裝置?！靶乱幏丁睏l文11.0.7中將“消防控制柜或控制盤(pán)應設置專(zhuān)用線(xiàn)路連接的手動(dòng)直接啟泵按鈕”作為強制性規定。當火災發(fā)生時(shí)，若消防泵控制柜的電路發(fā)生了故障而使消防泵不能啟動(dòng)時(shí)，機械力使接觸器閉合，這種方式使主電路的主接觸器被強制壓下，即接通了消防水泵的電機饋電電源，水泵被強行啟動(dòng)，而不是按原來(lái)電路安排的啟動(dòng)程序。國家標準《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備固定式消防泵驅動(dòng)器的控制器》（21208-2007）[3]（本標準在采用IEC/TS62091:2003時(shí)，已根據我國國情作了修改）對這種啟動(dòng)方式做了規定。該標準還規定：“在試圖啟動(dòng)一個(gè)有故障的電動(dòng)機/消防泵并使其持續運行時(shí)，可以“犧牲”主電路導體及元件（即允許暫時(shí)性或*性的損壞）”，應該指出這是一種應急啟動(dòng)，無(wú)降壓過(guò)程，過(guò)大的電流也可能使接觸器觸頭出現熔焊、粘連等情況。故只能在撲救火災需要的情況下授權進(jìn)行，消防驗收及日常檢查不能對其試驗。

　　自動(dòng)啟泵通常是利用壓力或者流量傳感器，監測系統壓力或者流量變化，實(shí)現維持系統日常工作壓力的穩壓泵啟停、消防主泵啟動(dòng)的自動(dòng)控制?！靶乱幏丁睏l文11.0.4規定：消防水泵應由水泵出水干管上設置的壓力開(kāi)關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)，或報警閥壓力開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)信號應能直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。消防水泵房?jì)鹊膲毫﹂_(kāi)關(guān)宜引入控制柜內。

　　對于自動(dòng)噴水滅火系統，消防主泵的啟動(dòng)控制，由設置在濕式報警閥信管上的壓力開(kāi)關(guān)控制完成（圖1）。此管平時(shí)無(wú)水，壓力開(kāi)關(guān)處于無(wú)壓狀態(tài)，開(kāi)關(guān)前面有延遲器，不會(huì )受到管網(wǎng)壓力波動(dòng)的影響。一旦噴頭動(dòng)作濕式報警閥在壓力水作用下開(kāi)啟，信號管充水，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)消防水泵。此壓力開(kāi)關(guān)從無(wú)壓到一個(gè)固定壓力值的變化，幾乎沒(méi)有誤動(dòng)作的可能，非常準確。

　　對于“新規范”條文11.0.4規定報警閥壓力開(kāi)關(guān)直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵正是這種情況，而通過(guò)流量開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵，存在著(zhù)一定的問(wèn)題將在下面章節論述。

　　2 執行新規范條文11.0.19

　　消火栓箱設置啟泵按鈕是一種常規做法，通過(guò)火災報警及其聯(lián)動(dòng)控制系統的總線(xiàn)控制模塊啟動(dòng)消防水泵，同時(shí)顯示啟泵按鈕的具體位置。然而“新規范”條文11.0.19中規定“消火栓按鈕不宜作為直接啟動(dòng)消防水泵的開(kāi)關(guān)”，并做出如下解釋?zhuān)骸氨疽幏秾εR時(shí)高壓消防給水系統的定義是能自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵，因此消火栓箱報警按鈕啟泵投資大；目前我國居住小區、工廠(chǎng)企業(yè)等消防水泵是向多棟建筑給水，消火栓箱報警按鈕的報警系統經(jīng)常因弱點(diǎn)信號的損耗而影響系統的可靠性?！?/p>

　　消火栓按鈕啟泵是多重啟泵方式之一，是系統可靠運行的重要一環(huán)。如果完全否定該常規作法，按照規范要求利用管網(wǎng)壓力或者流量開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟泵，其可靠性還有待實(shí)踐驗證，因此建議消火栓按鈕啟泵可作為備選啟泵方式之一，允許其與自動(dòng)啟泵方式并存。在數棟大樓共用一個(gè)消火栓給水系統時(shí)，可以通過(guò)技術(shù)手段解決弱電信號損耗的問(wèn)題。此外，需要特別注意將消防水泵控制柜調到自動(dòng)檔位，否則水泵無(wú)法啟動(dòng)。

　　3 執行新規范條文11.0.4

　　“新規范”對消防水泵的自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行了技術(shù)規定，并要求設置壓力開(kāi)關(guān)或者流量開(kāi)關(guān)，壓力開(kāi)關(guān)或者流量開(kāi)關(guān)的設置位置會(huì )影響水泵自動(dòng)啟動(dòng)的有效性，以下主要針對壓力開(kāi)關(guān)和流量開(kāi)關(guān)的設置位置及工作原理進(jìn)行分析探討。

　　3.1壓力開(kāi)關(guān)的設置位置

　　3.1.1壓力開(kāi)關(guān)啟動(dòng)消防水泵的問(wèn)題分析

　　當消防系統的穩壓裝置設置在消防水泵房?jì)葧r(shí)，消火栓系統局部示意圖如圖2所示，壓力開(kāi)關(guān)通常設置在消防水泵出水主干管上（如A點(diǎn)所示）。穩壓泵壓力流量特性圖和系統壓力變化點(diǎn)如圖3所示。消防主泵及穩壓泵的三個(gè)壓力控制點(diǎn)分別是，穩壓泵啟動(dòng)壓力（P2），穩壓泵停泵壓力（P0），消防水泵啟動(dòng)壓力（P4）。當壓力開(kāi)關(guān)設置在A(yíng)點(diǎn)時(shí)，穩壓泵控制過(guò)程為：平時(shí)由于室內消火栓系統常采用單向閥回水以及管道滲漏等原因，系統內壓力會(huì )有所減小(P2)，此時(shí)設在氣壓水罐上的觸點(diǎn)壓力表或壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)穩壓泵補水(P1)，當壓力恢復到設定值(P0)后，穩壓泵停止工作；當火災發(fā)生室內消火栓被使用，系統一支消火栓出水量為5L/s，壓力降低穩壓泵再次啟動(dòng)，此時(shí)穩壓泵的供水量大于日常的補水量，壓力降到P3。盡管穩壓泵供水能力有限，不能滿(mǎn)足樓內消火栓所需水量，但是管道壓力仍未降低到消防主泵啟動(dòng)壓力(P4)，主泵并不會(huì )開(kāi)啟。

　　3.1.2解決辦法

　　為解決當壓力開(kāi)關(guān)設置在A(yíng)點(diǎn)（圖2）時(shí)，火災時(shí)消防水泵無(wú)法自動(dòng)啟動(dòng)的問(wèn)題，建議將壓力開(kāi)關(guān)設置在消防主泵的出水干管和穩壓泵出水干管連接點(diǎn)之后（A1處）或穩壓泵出水干管（B處）上（圖2）。該做法的原理如下：穩壓泵動(dòng)作時(shí)，A點(diǎn)管段內無(wú)水流動(dòng)作，故所測壓力為靜水壓，B點(diǎn)管段有水流動(dòng)作，既可以測定靜水壓，也可以測定側向動(dòng)水壓（是否有水流動(dòng)主要取決于是動(dòng)用消火栓造成的水壓下降，還是由于管道滲漏及單向閥回水造成的系統壓力下降。前者有水流經(jīng)B點(diǎn)，后者穩壓泵出水主要注入氣壓水罐，而不流經(jīng)B點(diǎn)）。根據文丘里效應，穩壓泵動(dòng)作時(shí)，水流經(jīng)過(guò)A1點(diǎn)管段或B點(diǎn)管段時(shí)，其側向水壓小于靜水壓，流速越大差值越明顯。這使其在實(shí)際工程中，當消火栓使用初期，穩壓泵工作時(shí)，A1點(diǎn)或B點(diǎn)的壓力達到P4點(diǎn)以下，啟動(dòng)主消防泵。

　　為準確反映火災初期，A點(diǎn)靜水壓和A1或者B點(diǎn)動(dòng)水壓的壓力差異，以及對比B點(diǎn)水流的側向和迎水流方向或背水流方向動(dòng)水壓的不同，我們利用消火栓供水系統進(jìn)行試驗。由于裝備有限，僅采用消防水帶、分水器、消防水槍和消防車(chē)組成簡(jiǎn)單的試驗裝置，并對其中的部分工況進(jìn)行了重復試驗，以保證該試驗結果的可靠性，系統壓力試驗示意圖及結果

　　注明：

　　1．消火栓出口水壓均為0.2Mpa，壓力表1靠近消防車(chē)位置，然后依次為壓力表2和壓力表3，壓力表4連接水槍

　　2．壓力表1、表4為經(jīng)過(guò)校驗的消防勘察專(zhuān)用設備，也是作為本文的主要參考數據，射水前后其壓力變化相差近一倍。

　　3．壓力表2和表3接口處接一段90度細銅管，使其可測量迎水流方向及背對水流方向水壓，便于比較。

　　3.2流量開(kāi)關(guān)設置位置

　　3.2.1流量開(kāi)關(guān)啟動(dòng)消防水泵的問(wèn)題分析

　　流量開(kāi)關(guān)常用于工業(yè)自動(dòng)化控制與暖通空調等工程，可監控不同溫度油、水等各種液體及氣體的流量增加與流量減少，其品種繁多，型號復雜且價(jià)格差異很大。用在消防給水系統中的流量開(kāi)關(guān)一般為葉片式（擋片式、擋板式等，如圖5所示），僅用來(lái)監控水流量的增加。作為消防給水系統的控制設備，急需結合本系統的特定使用條件與需求，制定消防專(zhuān)項標準并進(jìn)行質(zhì)量評估，以保證其使用安全與可靠，其*終要納入消防產(chǎn)品質(zhì)量認證體系中去。

　　是兩個(gè)常見(jiàn)的市售流量開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，對安裝于管徑為100毫米及150毫米的消防水箱出水管處，流量范圍可以進(jìn)行調節，其調節范圍是：

　　國家規范要求室內消火栓系統所配置的消防水槍?zhuān)òㄏ儡浌芫肀P(pán)之小水槍?zhuān)﹪娮熘睆綖?6mm或19mm，其額定流量分別為2.5和5.0L/s，然而市售的兩種常見(jiàn)流量開(kāi)關(guān)均無(wú)法保證全部動(dòng)作，其中150毫米出水管上所設水流開(kāi)關(guān)全部不能動(dòng)作，100毫米出水管上的水流開(kāi)關(guān)不能保證全部動(dòng)作。

　　水流指示器是將水流信號轉換成電信號的一種報警裝置,常用于自動(dòng)噴水滅火系統。水流指示器作為消防專(zhuān)用產(chǎn)品有國家行業(yè)標準對其嚴格的限制，其靈敏度要求流量小于或等于15.0L/min時(shí)，水流指示器不應報警；報警流量應該是在15.0L/min到37.5L/min之間，到37.5L/min（0.62L/s）時(shí)，必須報警。將水流指示器的報警信號，轉化為消防水泵的控制信號是可行的，需要注意的是防止其過(guò)于靈敏而產(chǎn)生誤動(dòng)作，本節將主要對其可靠性進(jìn)行論述。

　　3.2.2解決方法

　　消火栓系統屋頂水箱及上部管網(wǎng)布置如圖6所示，其中：

　?。?）當穩壓裝置設在消防水泵房時(shí)，實(shí)線(xiàn)部分屋頂水箱通過(guò)檢查閥及單向閥與室內消火栓系統連接，利用系統下部的氣壓水罐及穩壓泵維持系統的平時(shí)壓力。按照“新規范”要求：高位消防水箱出水管（A）處應設置流量開(kāi)關(guān)；

　?。?）當穩壓裝置設在屋頂高位消防水箱間時(shí)，實(shí)線(xiàn)加虛線(xiàn)部分，將系統下部的氣壓水罐及穩壓泵移到系統上部，這種情況的優(yōu)點(diǎn)在于其不承受系統豎向重力所帶來(lái)的壓力，提高了氣壓水罐的有效容積，降低了穩壓泵的能耗。

　　對于*種類(lèi)型，流量開(kāi)關(guān)的安裝只是系統下部壓力開(kāi)關(guān)開(kāi)啟消防水泵形式的補充。因為正常情況下無(wú)論是維持系統的壓力啟動(dòng)穩壓泵，還是火災初期使用消火栓，使其系統壓力降低時(shí)啟動(dòng)穩壓泵都沒(méi)有水體流經(jīng)此流量開(kāi)關(guān)，只有下部穩壓泵出現問(wèn)題不能正常工作時(shí)，才由屋頂水箱供水，水體才流經(jīng)此流量開(kāi)關(guān)。

　　對于第二種類(lèi)型，其運行與流量開(kāi)關(guān)的關(guān)系較為復雜。首先，由于管路滲漏單向閥回水等原因造成壓力下降，氣壓水罐上的壓力開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動(dòng)穩壓泵，水體主要注入氣壓水罐，只有極少量流經(jīng)流量開(kāi)關(guān)；其次，消火栓出水時(shí)，氣壓水罐首先提供消防水量，此時(shí)水流不經(jīng)過(guò)流量開(kāi)關(guān)；當氣壓罐內的水量逐漸減少，系統壓力降低啟動(dòng)穩壓泵后，水流經(jīng)過(guò)流量開(kāi)關(guān)。（需要說(shuō)明的是，第二種情況中系統下部消防主泵前的壓力開(kāi)關(guān)，只能作為上面流量開(kāi)關(guān)的一種補充，因為大部分情況此壓力開(kāi)關(guān)處壓力不會(huì )降低。）

　　為解決流量開(kāi)關(guān)無(wú)法及時(shí)動(dòng)作的情況，建議如下：⑴將其移至流量開(kāi)關(guān)B處；⑵消防水箱的出水管直徑不宜過(guò)大，一般為100毫米或150毫米（初期火災的撲救水量規范沒(méi)有規定，通常只是使用一只消火栓，對于自動(dòng)噴水滅火系統四支噴頭動(dòng)作滅火/控火成功率已達85%），過(guò)大的管徑流量開(kāi)關(guān)的“流量增加值”增大，無(wú)法控制消防水泵；⑶在沒(méi)有研發(fā)適合消防系統的“大管徑，小流量值”流量開(kāi)關(guān)的情況下，暫以水流指示器代替之；⑷無(wú)論是流量開(kāi)關(guān)還是借用品水流指示器，都要經(jīng)遲滯后才能啟動(dòng)消防水泵。采用電氣延遲辦法解決該問(wèn)題，延遲時(shí)間為2~90秒可調。

　　對于設有高位消防水箱和穩壓裝置的消防系統，消防水泵的啟動(dòng)控制過(guò)程如下：⑴日常由于系統滲漏、單向閥回流造成的系統水量損失，由氣壓罐內補充，水流指示器或壓力開(kāi)關(guān)不動(dòng)作；

　?、飘敋鈮汗迌人幌陆档揭欢ǔ潭?，系統內壓力下降，氣壓罐上的壓力開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動(dòng)穩壓泵，向氣壓罐內補水，此時(shí)無(wú)水流經(jīng)過(guò)水流指示器；

　?、钱斒覂认鹚ǔ鏊M(jìn)行滅火時(shí)，首先由氣壓罐向系統供水，水量為一支水槍的水量（2.5或5.0l/s），遠遠大于水流指示器的*大不動(dòng)作流量，經(jīng)延遲0~90秒后，啟動(dòng)消防水泵；

　?、却送?，當氣壓水罐內的水量無(wú)法滿(mǎn)足水槍連續出水時(shí)，由氣壓水罐上的壓力開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動(dòng)穩壓泵供水，水流經(jīng)過(guò)水流指示器，啟動(dòng)消防水泵；

　　綜上所述，我們建議室內消火栓系統依照“新規范”條文11.0.4中規定消防水泵應由水泵出水干管上設置的壓力開(kāi)關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)的自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵的方式

　　參考文獻:

　　[1]桂毅.消防水泵控制系統研究[J].安裝,2010,(6):47-48.

　　[2]消防給水及消火栓系統技術(shù)規范[S].北京：中國計劃出版社,2014.

　　[3]低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備固定式消防泵驅動(dòng)器的控制器.北京：中國標準出版社,2007.