新國標(biāo)適用研究：室內(nèi)消防水泵的啟動控制

　　摘要：本文結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范介紹了消防水泵啟動控制的相關(guān)規(guī)定，針對《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中的壓力開關(guān)、流量開關(guān)在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)、研究并討論，提出了一些可行的做法，以期為更好的執(zhí)行新規(guī)范提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

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

　　引言

　　消防水泵的啟動涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)施及維護(hù)管理等多方面內(nèi)容，國家標(biāo)準(zhǔn)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB50974-2014)（簡稱“新規(guī)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(yán)格的規(guī)定，其中條文：

　　11.0.4消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)，或報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號應(yīng)能直接自動啟動消防水泵。消防水泵房內(nèi)的壓力開關(guān)宜引入消防水泵控制柜內(nèi)。

　　11.0.19消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關(guān)，但可作為發(fā)出報警信號的開關(guān)或啟動干式消火栓系統(tǒng)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(yùn)用規(guī)范條文，本文結(jié)合工程常規(guī)作法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理方面進(jìn)行探討并給出相應(yīng)建議，以期為“新規(guī)范”的順利實(shí)施，提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

　　1 消防水泵啟動控制的常規(guī)方式及新規(guī)范要求

　　消防水泵的啟動方式主要有遠(yuǎn)程啟泵、泵房內(nèi)啟動和自動啟泵等。

　　消防水泵遠(yuǎn)程啟動方式主要是在消防中心設(shè)置按鍵，對于消火栓系統(tǒng)，原有的《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-05有明確規(guī)定，此按鍵要求專線控制；另外，對于臨時高壓給水系統(tǒng)的每個消火栓處應(yīng)設(shè)直接啟動消防水泵的按鈕，通常由火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動控制總線，控制消防水泵啟動；對于自動噴水滅火系統(tǒng)，當(dāng)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(qiáng)對消防水泵啟動控制，同時在消防中心也可根據(jù)火場的具體情況監(jiān)控消防水泵的運(yùn)行情況。遠(yuǎn)程啟泵是對自動噴水滅火系統(tǒng)自動啟泵方式的一種補(bǔ)充。

　　消防水泵控制柜上設(shè)置手動直接啟泵按鈕和機(jī)械應(yīng)急啟泵裝置。“新規(guī)范”條文11.0.7中將“消防控制柜或控制盤應(yīng)設(shè)置專用線路連接的手動直接啟泵按鈕”作為強(qiáng)制性規(guī)定。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，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時，機(jī)械力使接觸器閉合，這種方式使主電路的主接觸器被強(qiáng)制壓下，即接通了消防水泵的電機(jī)饋電電源，水泵被強(qiáng)行啟動，而不是按原來電路安排的啟動程序。國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備固定式消防泵驅(qū)動器的控制器》（21208-2007）[3]（本標(biāo)準(zhǔn)在采用IEC/TS62091:2003時，已根據(jù)我國國情作了修改）對這種啟動方式做了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定：“在試圖啟動一個有故障的電動機(jī)/消防泵并使其持續(xù)運(yùn)行時，可以“犧牲”主電路導(dǎo)體及元件（即允許暫時性或*性的損壞）”，應(yīng)該指出這是一種應(yīng)急啟動，無降壓過程，過大的電流也可能使接觸器觸頭出現(xiàn)熔焊、粘連等情況。故只能在撲救火災(zāi)需要的情況下授權(quán)進(jìn)行，消防驗(yàn)收及日常檢查不能對其試驗(yàn)。

　　自動啟泵通常是利用壓力或者流量傳感器，監(jiān)測系統(tǒng)壓力或者流量變化，實(shí)現(xiàn)維持系統(tǒng)日常工作壓力的穩(wěn)壓泵啟停、消防主泵啟動的自動控制?！靶乱?guī)范”條文11.0.4規(guī)定：消防水泵應(yīng)由水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)，或報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號應(yīng)能直接自動啟動消防水泵。消防水泵房內(nèi)的壓力開關(guān)宜引入控制柜內(nèi)。

　　對于自動噴水滅火系統(tǒng)，消防主泵的啟動控制，由設(shè)置在濕式報警閥信管上的壓力開關(guān)控制完成（圖1）。此管平時無水，壓力開關(guān)處于無壓狀態(tài)，開關(guān)前面有延遲器，不會受到管網(wǎng)壓力波動的影響。一旦噴頭動作濕式報警閥在壓力水作用下開啟，信號管充水，壓力開關(guān)動作，啟動消防水泵。此壓力開關(guān)從無壓到一個固定壓力值的變化，幾乎沒有誤動作的可能，非常準(zhǔn)確。

　　對于“新規(guī)范”條文11.0.4規(guī)定報警閥壓力開關(guān)直接自動啟動消防水泵正是這種情況，而通過流量開關(guān)、壓力開關(guān)自動啟動消防水泵，存在著一定的問題將在下面章節(jié)論述。

　　2 執(zhí)行新規(guī)范條文11.0.19

　　消火栓箱設(shè)置啟泵按鈕是一種常規(guī)做法，通過火災(zāi)報警及其聯(lián)動控制系統(tǒng)的總線控制模塊啟動消防水泵，同時顯示啟泵按鈕的具體位置。然而“新規(guī)范”條文11.0.19中規(guī)定“消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關(guān)”，并做出如下解釋：“本規(guī)范對臨時高壓消防給水系統(tǒng)的定義是能自動啟動消防水泵，因此消火栓箱報警按鈕啟泵投資大；目前我國居住小區(qū)、工廠企業(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(tǒng)經(jīng)常因弱點(diǎn)信號的損耗而影響系統(tǒng)的可靠性。”

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

　　3 執(zhí)行新規(guī)范條文11.0.4

　　“新規(guī)范”對消防水泵的自動啟動進(jìn)行了技術(shù)規(guī)定，并要求設(shè)置壓力開關(guān)或者流量開關(guān)，壓力開關(guān)或者流量開關(guān)的設(shè)置位置會影響水泵自動啟動的有效性，以下主要針對壓力開關(guān)和流量開關(guān)的設(shè)置位置及工作原理進(jìn)行分析探討。

　　3.1壓力開關(guān)的設(shè)置位置

　　3.1.1壓力開關(guān)啟動消防水泵的問題分析

　　當(dāng)消防系統(tǒng)的穩(wěn)壓裝置設(shè)置在消防水泵房內(nèi)時，消火栓系統(tǒng)局部示意圖如圖2所示，壓力開關(guān)通常設(shè)置在消防水泵出水主干管上（如A點(diǎn)所示）。穩(wěn)壓泵壓力流量特性圖和系統(tǒng)壓力變化點(diǎn)如圖3所示。消防主泵及穩(wěn)壓泵的三個壓力控制點(diǎn)分別是，穩(wěn)壓泵啟動壓力（P2），穩(wěn)壓泵停泵壓力（P0），消防水泵啟動壓力（P4）。當(dāng)壓力開關(guān)設(shè)置在A點(diǎn)時，穩(wěn)壓泵控制過程為：平時由于室內(nèi)消火栓系統(tǒng)常采用單向閥回水以及管道滲漏等原因，系統(tǒng)內(nèi)壓力會有所減小(P2)，此時設(shè)在氣壓水罐上的觸點(diǎn)壓力表或壓力開關(guān)自動啟動穩(wěn)壓泵補(bǔ)水(P1)，當(dāng)壓力恢復(fù)到設(shè)定值(P0)后，穩(wěn)壓泵停止工作；當(dāng)火災(zāi)發(fā)生室內(nèi)消火栓被使用，系統(tǒng)一支消火栓出水量為5L/s，壓力降低穩(wěn)壓泵再次啟動，此時穩(wěn)壓泵的供水量大于日常的補(bǔ)水量，壓力降到P3。盡管穩(wěn)壓泵供水能力有限，不能滿足樓內(nèi)消火栓所需水量，但是管道壓力仍未降低到消防主泵啟動壓力(P4)，主泵并不會開啟。

　　3.1.2解決辦法

　　為解決當(dāng)壓力開關(guān)設(shè)置在A點(diǎn)（圖2）時，火災(zāi)時消防水泵無法自動啟動的問題，建議將壓力開關(guān)設(shè)置在消防主泵的出水干管和穩(wěn)壓泵出水干管連接點(diǎn)之后（A1處）或穩(wěn)壓泵出水干管（B處）上（圖2）。該做法的原理如下：穩(wěn)壓泵動作時，A點(diǎn)管段內(nèi)無水流動作，故所測壓力為靜水壓，B點(diǎn)管段有水流動作，既可以測定靜水壓，也可以測定側(cè)向動水壓（是否有水流動主要取決于是動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(tǒng)壓力下降。前者有水流經(jīng)B點(diǎn)，后者穩(wěn)壓泵出水主要注入氣壓水罐，而不流經(jīng)B點(diǎn)）。根據(jù)文丘里效應(yīng)，穩(wěn)壓泵動作時，水流經(jīng)過A1點(diǎn)管段或B點(diǎn)管段時，其側(cè)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(dāng)消火栓使用初期，穩(wěn)壓泵工作時，A1點(diǎn)或B點(diǎn)的壓力達(dá)到P4點(diǎn)以下，啟動主消防泵。

　　為準(zhǔn)確反映火災(zāi)初期，A點(diǎn)靜水壓和A1或者B點(diǎn)動水壓的壓力差異，以及對比B點(diǎn)水流的側(cè)向和迎水流方向或背水流方向動水壓的不同，我們利用消火栓供水系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。由于裝備有限，僅采用消防水帶、分水器、消防水槍和消防車組成簡單的試驗(yàn)裝置，并對其中的部分工況進(jìn)行了重復(fù)試驗(yàn)，以保證該試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，系統(tǒng)壓力試驗(yàn)示意圖及結(jié)果

　　注明：

　　1．消火栓出口水壓均為0.2Mpa，壓力表1靠近消防車位置，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)過校驗(yàn)的消防勘察專用設(shè)備，也是作為本文的主要參考數(shù)據(jù)，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(xì)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流量開關(guān)設(shè)置位置

　　3.2.1流量開關(guān)啟動消防水泵的問題分析

　　流量開關(guān)常用于工業(yè)自動化控制與暖通空調(diào)等工程，可監(jiān)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(fù)雜且價格差異很大。用在消防給水系統(tǒng)中的流量開關(guān)一般為葉片式（擋片式、擋板式等，如圖5所示），僅用來監(jiān)控水流量的增加。作為消防給水系統(tǒng)的控制設(shè)備，急需結(jié)合本系統(tǒng)的特定使用條件與需求，制定消防專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)證體系中去。

　　是兩個常見的市售流量開關(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(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍是：

　　國家規(guī)范要求室內(nèi)消火栓系統(tǒng)所配置的消防水槍（包括消防軟管卷盤之小水槍）噴嘴直徑為16mm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流量開關(guān)均無法保證全部動作，其中150毫米出水管上所設(shè)水流開關(guān)全部不能動作，100毫米出水管上的水流開關(guān)不能保證全部動作。

　　水流指示器是將水流信號轉(zhuǎn)換成電信號的一種報警裝置,常用于自動噴水滅火系統(tǒng)。水流指示器作為消防專用產(chǎn)品有國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對其嚴(yán)格的限制，其靈敏度要求流量小于或等于15.0L/min時，水流指示器不應(yīng)報警；報警流量應(yīng)該是在15.0L/min到37.5L/min之間，到37.5L/min（0.62L/s）時，必須報警。將水流指示器的報警信號，轉(zhuǎn)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于靈敏而產(chǎn)生誤動作，本節(jié)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(tǒng)屋頂水箱及上部管網(wǎng)布置如圖6所示，其中：

　?。?）當(dāng)穩(wěn)壓裝置設(shè)在消防水泵房時，實(shí)線部分屋頂水箱通過檢查閥及單向閥與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)連接，利用系統(tǒng)下部的氣壓水罐及穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)的平時壓力。按照“新規(guī)范”要求：高位消防水箱出水管（A）處應(yīng)設(shè)置流量開關(guān)；

　　（2）當(dāng)穩(wěn)壓裝置設(shè)在屋頂高位消防水箱間時，實(shí)線加虛線部分，將系統(tǒng)下部的氣壓水罐及穩(wěn)壓泵移到系統(tǒng)上部，這種情況的優(yōu)點(diǎn)在于其不承受系統(tǒng)豎向重力所帶來的壓力，提高了氣壓水罐的有效容積，降低了穩(wěn)壓泵的能耗。

　　對于*種類型，流量開關(guān)的安裝只是系統(tǒng)下部壓力開關(guān)開啟消防水泵形式的補(bǔ)充。因?yàn)檎Ｇ闆r下無論是維持系統(tǒng)的壓力啟動穩(wěn)壓泵，還是火災(zāi)初期使用消火栓，使其系統(tǒng)壓力降低時啟動穩(wěn)壓泵都沒有水體流經(jīng)此流量開關(guān)，只有下部穩(wěn)壓泵出現(xiàn)問題不能正常工作時，才由屋頂水箱供水，水體才流經(jīng)此流量開關(guān)。

　　對于第二種類型，其運(yùn)行與流量開關(guān)的關(guān)系較為復(fù)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關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動穩(wěn)壓泵，水體主要注入氣壓水罐，只有極少量流經(jīng)流量開關(guān)；其次，消火栓出水時，氣壓水罐首先提供消防水量，此時水流不經(jīng)過流量開關(guān)；當(dāng)氣壓罐內(nèi)的水量逐漸減少，系統(tǒng)壓力降低啟動穩(wěn)壓泵后，水流經(jīng)過流量開關(guān)。（需要說明的是，第二種情況中系統(tǒng)下部消防主泵前的壓力開關(guān)，只能作為上面流量開關(guān)的一種補(bǔ)充，因?yàn)榇蟛糠智闆r此壓力開關(guān)處壓力不會降低。）

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

　　對于設(shè)有高位消防水箱和穩(wěn)壓裝置的消防系統(tǒng)，消防水泵的啟動控制過程如下：⑴日常由于系統(tǒng)滲漏、單向閥回流造成的系統(tǒng)水量損失，由氣壓罐內(nèi)補(bǔ)充，水流指示器或壓力開關(guān)不動作；

　　⑵當(dāng)氣壓罐內(nèi)水位下降到一定程度，系統(tǒng)內(nèi)壓力下降，氣壓罐上的壓力開關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動穩(wěn)壓泵，向氣壓罐內(nèi)補(bǔ)水，此時無水流經(jīng)過水流指示器；

　　⑶當(dāng)室內(nèi)消火栓出水進(jìn)行滅火時，首先由氣壓罐向系統(tǒng)供水，水量為一支水槍的水量（2.5或5.0l/s），遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水流指示器的*大不動作流量，經(jīng)延遲0~90秒后，啟動消防水泵；

　?、却送?，當(dāng)氣壓水罐內(nèi)的水量無法滿足水槍連續(xù)出水時，由氣壓水罐上的壓力開關(guān)或觸點(diǎn)壓力表啟動穩(wěn)壓泵供水，水流經(jīng)過水流指示器，啟動消防水泵；

　　綜上所述，我們建議室內(nèi)消火栓系統(tǒng)依照“新規(guī)范”條文11.0.4中規(guī)定消防水泵應(yīng)由水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)的自動啟動消防水泵的方式

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