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《消规》学习之GB50974-2014中消防水泵的自动启动

楼主
1楼2017-02-0716:36
导读:

比较《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974—2014)中消防水泵启动方式的规定与相关规范、标准图集的异同,介绍了压力开关、流量开关及其自动启泵的设定值确定,提出了系统设置稳压设备时应注意的问题。


 引言 

《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974-2014,以下简称“水消规”)发布实施后,消防水泵(尤其是消火栓系统的消防水泵)的控制与操作做到了有规可依,同时,一些现行的控制做法将作出改变。

水消规”将临时高压消防给水系统定义为火灾时能自动启动消防水泵的供水系统,并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,以及消防水泵应能手动启停和自动启动。

自动启泵的方式在“水消规”11.0.4条做出了规定,“消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关,或报警阀压力开关等开关信号应能直接自动启动消防水泵”。本文拟对“水消规”实施后消防水泵自动启动中的几个问题进行探讨。


 1、“水消规”消防水泵启动方式与相关规范、标准图集的异同 

《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)8.4.3条第8款

《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95,2005年版)7.4.6条第7 款

《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB 50067-97)7.1.14 条

均要求临时高压消防给水系统的每个消火栓处应设直接启动消防水泵的按钮,均未要求消火栓系统自动启泵。

《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2001,2005年版,以下简称“喷规”)4.1.4条第2款规定“湿式系统、干式系统应在开放一只喷头后自动启动,预作用系统、雨淋系统应在火灾自动报警系统报警后自动启动”11.0.1条规定“湿式系统、干式系统的喷头动作后,应由压力开关直接联锁自动启动供水泵”。

国家标准图集《消防增压稳压设备选用与安装(隔膜式气压罐)》(98S205)中指出“一旦有火情,管道系统大量缺水,造成Ps1(稳压泵启动压力,Ps1=P2+0.02~0.03 MPa)压力下降,降至P2时发出报警信号,立即启动消防水泵(手动或自动启动由设计人确定)”。

“喷规”中虽然规定了消防水泵应自动启动,但自动启动方式仅限于报警阀处的压力开关动作启动供水泵,自动启泵方式单一。

“水消规”为了提高消防给水的可靠性和灭火的成功率,提出了消火栓系统消防水泵要自动启动的要求。这样可以避免消火栓处启泵按钮电气线路故障、消防控制室无人值班、火灾蔓延以致无法进入消控室等因素造成的手动启泵延误。

“水消规”同时提出了另外两种自动启泵方式,即消防水泵出水干管上设置的压力开关启泵、高位消防水箱出水管上的流量开关启泵。同时规定“消火栓按钮不宜作为直接启动消防水泵的开关,但可作为发出报警信号的开关或启动干式消火栓系统的快速启闭装置等”。这样,对于自动喷水灭火系统可以在火灾初期系统流量较小,报警阀不能及时开启的情况下,由流量开关或喷淋泵出水管压力开关自动启泵。“水消规”对稳压设备电接点压力表自动启动消防泵未作要求,只是从功能出发规定稳压泵应满足系统自动启动和管网充满水的要求,气压水罐的作用主要是避免稳压泵频繁启停,未提出储存初期消防用水的要求,但规定了其有效储水容积不宜小于150L。

消防水泵还可以由消防联动控制系统自动启动。消防联动控制系统是火灾自动报警系统中接受火灾报警控制器发出的火灾报警信号,按预设逻辑完成各项消防功能的控制系统。《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-2013,以下简称“火警规”)规定,消防联动控制器应能按设定的控制逻辑向各相关的受控设备发出联动控制信号,并接受相关设备的联动反馈信号;消防水泵除应采用联动控制方式外,还应在消防控制室设置手动直接控制装置;需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备,其联动触发信号应采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。联动触发信号包括感温(感烟)火灾探测器信号、手动火灾报警按钮信号、压力(流量)开关动作信号、消火栓按钮动作信号等。

压力(流量)开关不通过消防联动控制器直接启动消防泵称为联锁控制方式。当设置火灾自动报警系统时,消火栓按钮的动作信号应作为启动消火栓泵的联动触发信号,由消防联动控制器联动控制消火栓泵的启动。


在实际应用中,除消防联动控制器(联动控制方式)自动启泵外,消防水泵的自动启泵方式(联锁控制方式)如何实现是设计人员关注的问题。

笔者理解,“水消规”11.0.4条中各种开关信号对是否用作启动消防泵是“与”的逻辑关系,即如果这几种开关信号系统能够设置(即根据相关规范规定系统设有高位消防水箱或报警阀组),都应用作启泵信号。而各种开关信号对联锁启动消防泵是“或”的逻辑关系,即任何一个开关信号都应能启动消防泵。该条若表述为“消防水泵出水干管上的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关,或报警阀压力开关等开关信号应能独立直接自动启动消防水泵”较为明确。

需要指出的是“火警规”4.2节对自动喷水灭火系统的联动控制系统设计中并未提及消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关两种方式自动启动喷淋泵,这与“水消规”的规定不符。另外,“火警规”4.3.1条条文说明中有“当建筑物内无火灾自动报警系统时,消火栓按钮用导线直接引至消防泵控制箱(柜),启动消防泵”,这与该规范要求的消防水泵应采用联动控制方式启动以及“水消规”要求的消防水泵应能自动启动不符。


 2、压力开关与流量开关 

“水消规”12.2.1条规定,压力开关、流量开关应经国家消防产品质量监督检验中心检测合格,条文说明中也明确了这两种组件是消防专用产品。


2.1压力开关(pressure switch

国家标准《自动喷水灭火系统第10部分:压力开关》(GB 5135 10-2006)对压力开关作出了定义:自动喷水灭火系统中的一个部件,其作用是将系统的压力信号转换为电信号。

按产品在自动喷水灭火系统中的应用形式可分为:普通型压力开关、预作用装置压力开关、特殊型压力开关;按压力开关的结构形式可分为:可调式压力开关、不可调式压力开关、记忆式压力开关。普通型压力开关的动作压力为0.035~0.05 MPa,预作用装置压力开关的动作压力为0.03~0.05 MPa,特殊型压力开关、可调式压力开关的动作压力范围由生产厂家提供。

文献指出,湿式报警阀组的压力开关是一种压力型水流探测开关,安装在延迟器和水力警铃之间的报警管路上。当报警阀开启后,报警管路中充水,并流向水力警铃。压力开关受到水压的作用接通电触点,给出电接点信号。报警阀压力开关的构造及安装要求是:当系统中有任一个或一个以上的喷头流量出现后,压力开关动作,自动启动喷洒水泵,并发出火警信号。当该流量停止时,电触点断开。


“水消规”11.0.4条条文说明中指出,压力开关一般可采用电接点压力表、压力传感器等。

电接点压力表实际上是压力表操纵的电路开关,仅是普通压力表上多了一个电接点信号装置。一般电接点压力表是用于测量气体、液体介质的正负压力,并在压力达到预定值时发出信号,接通控制电路,达到自动控制或报警的目的。

压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。初级的压力传感器是压力引起应变产生毫伏信号变化,如果传感器内已经带有放大整形电路,输出标准电流或电压信号,这样的传感器也可以称为压力变送器。压力传感器的类型非常多,目前应用比较常见的包括压阻式压力传感器和压电式压力传感器2种。


由于“水消规”已规定用于自动启泵的压力开关属于消防专用产品,所以,采用电接点压力表、压力传感器自动启动消防水泵时,产品应经国家消防产品质量监督检验中心检测合格。

对于消防水泵出水干管上设置的压力开关,当系统仅设有高位消防水箱而无稳压设备时,动作压力为0.035 MPa(3.5 mH2O)的普通型压力开关不宜选用,因为此时压力开关处的压力为高位水箱的水位与该设置点之间的重力水头。如采用普通型压力开关,则整个消防水箱的储水都用完才会动作,此时宜选用动作压力更低(大约0.002 MPa)的压力开关,这相当于在高位水箱的低报警水位(设为最高水位下200 mm)及时启动消防水泵。


2.2流量开关(flow switch

流量开关又称为水流开关、流量传感器或水流动作阀,是利用各种原理测量管路中介质的流动情况,并适时地传输给后端设备以开关通断信号的一种传感控制器。流量开关在流量高于或者低于某一个设定点时触发输出报警信号,系统获取信号后即可作出相应的指示动作。用于消防给水的流量开关根据原理的不同主要分为机械式流量开关、电子式流量开关。在我国,流量开关现无行业标准或国家标准。

机械式流量开关主要是依靠给管道增加阻力的方式来获得动力,推动相关的开关元件,进而实现检测过程,包括靶式流量开关(见图1a)、翻板式流量开关、柱塞式流量开关等。靶式流量开关又称挡板式、插入式流量开关,靶式流量开关由测量管、靶片、波纹密封膜片、杠杆、弹簧、微动开关组成,动作原理与水流指示器类似。当水流通过管道,水流对靶片产生一个冲击力,受这个力的作用,杠杆角度倾斜,离开常态下压紧的微动开关,开关便输出信号,当水流冲击力小于弹簧力时,杠杆被弹簧推回,微动开关便停止工作。翻板式流量开关由壳体、翻板、接近开关组成。当管道中水流通过翻板式流量开关时,水流的冲力把开关中的翻板抬起,翻板靠近接近开关,开关便输出信号,开始工作。柱塞式流量开关依靠介质推动柱塞弹簧至设定位置即可通过磁场作用于干簧管输出无源通断信号。柱塞式流量开关多用于小口径管道。机械式流量开关价格较低,管道压力损失较大,开关点重复性差,过载能力差(变形后不易恢复)。

电子式流量开关(见图1b)又称为感应式流量开关、热式流量开关。这种流量开关是利用探测头温度变化的原理设计。在探头内置发热传感器及感热传感器,并与介质接触。测量时,发热传感器发出恒定的热量,当管道内没有介质流动,感热传感器接收到的热量是一个恒定值,当有介质流动时,感热传感器所接收到的热量将随介质的流速变化而变化,感热传感器将这温差信号转化成电信号,再经过电路转换为对应的接点信号或模拟量信号。电子式流量开关价格较高,管道压力损失可忽略,开关点重复性好,过载能力强。

a 靶式流量开关 b 电子式流量开关

图1 流量开关

“水消规”12.2.8条第4款规定:流量开关应能在管道流速为0.1~10 m/s时可靠启动,其他性能宜符合现行国家标准《自动喷水灭火系统第7部分:水流指示器》(GB 5135 7-2003)的有关规定。水流指示器(water flower indicator)种类见图2。

图2 水流指示器

GB5135.7-2003对水流指示器作出了定义:用于自动喷水灭火系统中将水流信号转换成电信号的一种报警装置。当某处失火,喷头开启喷水,管道中的水流动,冲击叶片向水流方向偏移倾斜,动作杆挤压超小型开关,延时电路接通,延时器开始计时。等到达延时设定时间,叶片仍向水流方向偏转无法回位,电触点闭合,给出电接点信号。当水流停止时,叶片和动作杆复位,超小型开关触点断开,电接点信号消除。

流量开关和水流指示器的主要异同点如表1所示。


 3、压力开关、流量开关的自动启泵设定值 


3.1消防水泵出水干管上压力开关的自动启泵设定值


3.2高位消防水箱出水管上流量开关的自动启泵设定值

流量开关的自动启泵设定值的确定原则是:最不利点水灭火设施出流量≥流量开关的自动启泵设定值>系统管网的正常泄漏量。“水消规”5.3.2条第2款给出了管网泄漏量参考值,应根据室内外管网的具体情况确定。另外可根据最不利点处水灭火设施由消防水箱(或稳压泵)供水时的动压(应考虑水头损失)确定一个消火栓或喷头的出流量。

对初期由消防水箱供水而无稳压泵的自动喷水灭火系统来说,消防水箱的设置高度应使最不利点处喷头的出流量不小于管网泄漏量(且不宜小于1 L/s),并要求在此流量时流量开关应可靠启动。


 4、系统设有稳压设备时应注意的问题 

(1)当高位消防水箱的最低有效水位不能满足水灭火设施最不利点处的静水压力或无法设置高位消防水箱而设有稳压泵时,“水消规”5.3节规定,稳压泵的设计流量和压力应满足系统自动启动和管网充满水的要求,也应满足报警阀压力开关的动作要求。

“水消规”5.3.2条第1款规定,稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量。这样当设有流量开关的消防水箱出水管,管径为DN100、DN125、DN150时,稳压泵的设计流量分别不宜小于0.9 L/s(53.2 L/min)、1.4 L/s(81.7 L/min)及2.0 L/s(119.6 L/min)的流量开关可靠启动要求。《自动喷水灭火系统施工及验收规范》(GB 50261-2005)7.2.7条第1款规定,湿式系统启动一只喷头或以0.94~1.5 L/s的流量从末端试水装置处放水时,报警阀、压力开关和消防水泵等应及时动作。若系统未设置与稳压泵配套使用的气压水罐,或设有气压水罐而未储存初期消防用水量且系统出水时其有效储水较少,当稳压泵的设计流量不能满足以上要求时,流量开关、报警阀压力开关可能不能够及时动作而启动消防泵。


(2)由于“水消规”未提出气压水罐储存初期消防用水的要求,而该规范11.0.3条规定消防水泵从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不应大于2min,在这段时间内,最不利点室内消火栓或喷头的供水需要依靠稳压泵来保证。此时该泵实际起增压泵的作用。如建筑物的火灾危险性较高,为安全起见,稳压泵的流量不宜小于1个消火栓或5只喷头的流量(5 L/s)。


(3)当稳压设备设于高位消防水箱间时,消防水箱出水管上的流量开关应设于水箱出水管与稳压设备出水管连接点(顺水流方向)之后,这样,当发生火情时流量开关才能及时动作。否则,因稳压泵出水压力大于消防水箱重力出水压力,流量开关处水流不会流动,当然也不会动作而自动启泵。

当稳压设备设于消防水泵房时,若高位消防水箱出水管与稳压设备出水管分别连接到系统的不同部位,则水箱出水管上流量开关设置点处前后压力存在差异。流量开关之后由稳压设备造成的压力一般大于前方由高位消防水箱造成的压力。发生火情后,如稳压设备正常运行,系统的出水量将由稳压设备从消防水池吸水补充,流量开关将不会及时动作。如要改变这种情况,需要将高位消防水箱出水管引至消防水泵房,先与稳压设备出水管连接后再设置流量开关,然后与系统管道连接。


(4)在未设有高位消防水箱的室内消防系统及独立的临时高压室外消火栓系统中,如建(构)筑物的火灾危险性较大,宜考虑稳压设备电接点压力表自动启动消防泵。


 5、消防水泵自动启泵方式的对比(见表2) 


 6、结语 

“水消规”对消防水泵的自动启动提出了强制性要求,为了可靠起见,各个临时高压水消防系统应能实现至少2种自动启泵方式。

国标图集《消防增压稳压设备选用与安装(隔膜式气压罐)》(98S205)应及时修订,以适应“水消规”的规定。

“火警规”中关于喷淋泵的自动启动方式应当引起注意。

适用于消防系统的流量开关、压力开关等产品应制订国家或行业标准,并在相关标准图集中列出,以供设计人员选用。


作者:山西省阳泉市建筑设计院 郝秦峰

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  • 2楼
    好好学习,谢谢
    2017-2-8 16:59
  • 3楼
    好资料学习了
    2017-2-12 09:26
  • 4楼
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    2017-2-13 09:29
  • 5楼
    分析得比较有深度,谢谢楼主分享
    2017-2-13 17:14
  • 6楼
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    2017-2-13 18:06
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    不错,研究一下
    2017-2-16 14:26
  • 10楼
    不错,感谢楼主
    2017-2-23 13:48

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