论消防稳压给水设备应用

论消防稳压给水设备应用

刘人维

身份证：21148119900917253X

摘要 消防稳压给水设备因其结构上方便性，可根据需要架设在任何高度。消防稳压给水设备可通过采集管网压力信号与设定值比较、自动控制稳压泵的启停，从而自动稳定管网压力。还可利用隔膜式气压罐储存有压水，调节管网压力的小范围波动，减少稳压泵的启停次数。

关键词 消防给水 有效水容积 稳压

一、前言

消防系统中应用最为广泛的是消火栓系统和自动喷水灭火系统。消防给水系统要随时处于待命状态，确保消防泵组时刻处于待命状态非常重要。则需要保证管网中有水，且不论是高压消防给水系统、稳高压消防给水系统还是临时高压消防给水系统，都应满足管网中保持所需的水压要求。部分单、多层建筑市政管网供水充足且能满足建筑消防最不利点供水需求，或可在楼顶加装高位水箱结合市政管网供水压力满足建筑消防最不利点供水需求。但根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，一类建筑（住房除外）最不利点消火栓所需水压约为150Kpa（15mH2O）市政管网水压或用加高消防水箱的办法来满足所需水压一般不太可能。且地震区建筑、临时性建筑和因建筑艺术等要求不宜设置高位水箱的建筑。通常可采用消防稳压给水设备解决这些建筑的消防最不利点供水需求。消防稳压给水设备因其结构上方便性，可架设在任何高度；施工安装简便，便于扩建、改建和拆迁；给水压力可在一定范围内进行调节。在控制柜上按系统需求设定压力值后，设备可自动完成管网的稳压过程、无需人工看守。

二、设备组成

消防稳压给水设备一般由隔膜式气压罐、稳压泵组、管路系统、电控系统、自动控制箱等组成。这里消防稳压给水设备由隔膜式气压罐一个，稳压泵两台，管路机组一套及控制柜等组成。由控制柜采集压力信号，控制稳压泵的自动运行，完成对消防管网的自动稳压过程。

三、设备运行原理

1、没有火情时

由稳压泵和隔膜气压罐维持消防给水管网因正常泄漏而造成的压力损失，稳压泵工作时将水送至消防给水管网，多余的水进入隔膜气压罐后，隔膜气压罐水室扩大、气室缩小、压力随之升高。当消防给水管网压力升至稳压压力上限时，稳压泵停止运行，进入停机保压状态，此时管网压力出现小幅度波动、未降至稳压压力下限时，由罐内被压缩气体的压力将贮存的水送入消防给水管网，隔膜气压罐的水室缩小、气室扩大，压力随之下降。当消防给水管网压力波动较大、降至稳压压力下限时，稳压泵又重新启动。如此周而复始，稳压泵不断运行，使管网压力维持在稳压压力上、下限之间。

2、当发生火情时

消火栓或喷头开启，消防给水管网压力持续下降，稳压泵运行已不能满足消防给水管网压力要求，当消防给水管网压力降至消防泵启动压力时（或其它消防信号反馈）消防泵启动（稳压泵停止运行），在消防泵启动过程中，由气压罐压出的水来维持消防给水管网压力和消防用水，直至消防泵完全启动投入运行。

三、水泵选型：

稳压泵是在消防给水系统中用于稳定平时最不利点水压的给水泵，通常选用小流量、高扬程的水泵。稳压泵也应设置备用泵，降低单台泵的启动频率，保证一台泵故障、检修时系统仍能正常工作。常采用两台泵一用一备、互为备用。

已知该设备用于自动喷淋系统，喷淋消防稳压泵的流量宜为1L/S，且不宜大于一个喷头的流量，则确定稳压泵给水流量为1L/s；稳压泵的设计压力应满足系统自动启动压力和管网充满水的要求，并应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力，且增加值宜为0.07~0.10Mpa，考虑管损，确定稳压泵扬程为99m。

考虑GDL型多级管道离心泵具有高压、占地面积小、安装方便、水力模型优秀、高效节能和运行平稳等优点，选用GDL泵。根据流量Q=1L/s，扬程H=99m，选定补水泵和补气泵型号为25GDL4-11*9。

四、稳压罐选型

消防给水系统实际运行中，由于给中原因存在管网压力的波动，如果单采用稳压泵稳定管网压力，则会造成稳压泵的频繁启停，不但稳压泵易损坏，且对整个消防给水管网系统和供电系统都不利。采用隔膜式气压罐做稳压罐使用，当管网供水充足时，稳压罐内储存一部分有压水；当管网压力下降时，稳压罐中储存的有压水被挤出，补充管网压力降，若管网压力下降不多则可在不启动稳压泵的情况下稳定系统管网压力。这样就减少了稳压泵的启动频次，也避免管网小范围压力降低时，稳压泵刚启泵立即停泵的现象。

原规范中对于消防稳压罐容积要求：消火栓给水系统的气压罐消防储存水容积应满足火灾初期供2支水枪工作30S的消防用水量要求，即2x5x30=300L；自动喷水灭火系统的储存水容积应满足火灾初期供5个喷头工作30S的消防用水量要求，即2x1x30=150L；当消火栓系统与自动喷水灭火系统合用气压罐时，其容积应为300+150=450L。现消防稳压给水设备执行国家消防强制性认证，满足GB27898-2011《固定消防给水设备 第3部分：消防增压稳压给水设备》：设备有效水容积不低于

300L。

为保证消防给水系统最不利点处灭火设施的正常运行，稳压泵的设计压力应保持系统最不利点处灭火设施在准工作状态时的静水压力应大于0.15Mpa。为充分利用稳压罐的容积，消防稳压给水设备的气压罐的充气压力不应低于系统的消防压力下限值，即系统最不利点处消防供水压力。

目前，消防稳压给水设备的稳压罐总容积、有效水容积、稳压水容积和缓冲水容积有如下述公式：

V =V总(1-α) /β

式中V总——稳压罐的总容积（m3），上海连成（集团）有限公司有效水容积为300L的气压罐直径至少为1000mm，其总容积常规罐为1.3 m3;

V1——稳压罐的稳压水容积（m3），稳压泵稳定管网压力启泵到停泵过程中向稳压罐中补充的水的容积，要求不低于50L。图示上文原理图；

t——补水时间（S），稳压泵稳定管网压力启泵到停泵的运行时间，要求为30S-180S。

V2——稳压罐的缓冲水容积（m3），稳压泵启动后管网压力未上升、降至消防主泵启动压力，为减少误启动消防主泵，用于缓冲消防主泵启动的压力差所对应的向稳压罐中补充的水容积，要求不低于50L，图示上文原理图；

V2+V3——稳压罐的有效水容积（m3），即可用于稳定管网压力的有压水的容积，图示上文原理图；

α1——工作压力比，其值等于稳压压力下限与稳压压力上限的比值，其关系式为α=p3/p4

p3——系统稳压压力下限（MPa），即稳压泵启泵压力（绝对压力），通常取P4-（0.05~0.10）（MPa）。

P4——系统稳压压力上限（MPa），即稳压泵停泵压力（绝对压力）。

α2——工作压力比，其值等于消防主泵启动压力与稳压压力下限的比值，其关系式为α=p2/p3

p2——系统消防主泵启动压力（MPa）（绝对压力），当稳压泵启动后系统压力仍下降，且降至消防主泵启动压力时，认为有火情造成管网用水或管网漏水严重，稳压泵无法稳压，启动消防主泵。通常取P3-（0.03~0.05）（MPa）

α3——工作压力比，其值等于稳压罐充气压力与稳压压力下限的比值，其关系式为α=p1/p3

P1——系统稳压罐充气压力（MPa）（绝对压力）。

β——容积附加系数，对于卧式气压水罐，β=1.25；对于立式气压水罐，β=1.10；对于隔膜式气压水罐，β=1.05。

1、采用DN1000的气压罐，校验有效水容积：

V2+V3 =V总(1-α3) /β

0.3≤1.3×（1-（（P1+0.098）/（0.94+0.098）））/1.05

P1≤0.68Mpa

当稳压罐有效水容积取300L时，稳压罐充气压力为0.68Mpa，不低于0.15Mpa，满足要求。

2、采用DN1000的气压罐，校验缓冲水容积：

V2 =V总(1-α2) /β

=1.3×（1-（（0.89+0.098）/（0.94+0.098）））/1.05

=0.059 m3≥50L

3、采用DN1000的气压罐，校验稳压水容积：

V2 =V总(1-α1) /β

=1.3×（1-（（0.94+0.098）/（0.99+0.098）））/1.05

=0.056 m3≥50L

4、补水时间

t= V2/Q=56/1=56S 介于30S到180S之间。

5、稳压罐耐压等级确定

GB27898-2011《固定消防给水设备 第3部分：消防增压稳压给水设备》要求设备使用的气压水罐、管道阀门及附件耐压等级不应低于最高工作压力的1.5倍。

现水泵扬程为99m，稳压罐的耐压等级为0.99×1.5=1.485Mpa，取1.6Mpa。

综上所述：稳压罐型号为ML1000-1.6或MW1000-1.6

五、设备管径

管道的直径应根据流量、流速和压力要求经计算确定，但不应小于DN100。通常消防管网中水流速在1.5~2.0 m/s。若管网中水流速过大将使损失增大，造成能源的浪费。若流速过小，根据水力学公式qb/ν=∏×（d/2）2可知，相应所需要的消防管网管径增大，成本增加，经济性降低。因此应选择合适的流速，计算出合适的管径大小。

ν——消防水流速，取1.5m/s

qb——泵流量，取qb=4 m3/h

可得则总管直径d=0.031m

稳压罐中有效容积为0.31 m3。有火情时消防主泵启动、稳压泵停泵，主泵30s内启动，期间由稳压罐向管网补水加压，则对于稳压罐进出水口口径d1有：

0.310/（30×1.5）=∏×（d1/2）2

d1=0.094m

则稳压罐出水口口径取DN100

综上所述：出水总管直径取泵流量计算管径和补水罐进出水口口径两者的较大者，则出水总管管径取DN100。

六、安全阀

根据GB 150-2011压力容器可知，容器在操作的过程中可能出现超压时，应按要求配备超压泄放装置，对容器起保护作用。安全阀适用于清洁、不含固体颗粒、黏度低的介质；微启式安全阀一般适用于泄放液体介质；用于液体的安全阀公称通径至少为15mm。因此稳压罐的超压泄放装置公称直径不小于15mm。

GB27898-2011

要求：设备的出水主干管道上应设置安全泄压阀，其开启压力不应大于设备最高工作压力的110％，其回座压力不应低于设备最高工作压力的85％。安全泄压阀有效过流面积应满足泄压要求，且公称口径不应小于50 mm。

泄放量Ws=2.83×10-3ρυd2

泄放面积A =0.196 Ws/(ζK(ρΔP)1/2)= ∏(dt/2)2

参数：ρ——泄放条件下的介质密度，1000kg/m3

υ——稳压罐进水管内介质流速，1.5m/s

d——稳压罐进水管管内直径，100mm

ζ——液体动力粘度校正系数，1.0

K——安全阀额定泄放系数，0.68

ΔP——安全阀泄放时内外压力差，pf-p0。

pf——安全阀的泄放压力（绝压），0.99×110%+0.1=1.189Mpa

p0——安全阀出口侧压力（绝压），0.1Mpa

dt——阀座喉部直径

Ws=2.83×10-3×1000×1.5×0.12×3600=0.04245kg/s

A=0.196×0.04245/{1.0×0.68×[1000×（1.189-0.1）]1/2}×106=11.7249 mm2

dt=2(11.7249/∏)1/2=3.8637mm

综上所述，可配DN50的微启式安全阀。

七、设备调试

按图安装消防稳压给水设备，检查各组件型号规格正确。点动稳压泵检查稳压泵转向正确后完成灌泵。打开稳压泵和稳压罐的出水阀，控制柜上设定稳压泵的启泵和停泵压力。

检查设备的压力控制情况：稳压泵在出水总管压力低于控制柜设定的启泵压力值时正常启泵，稳压泵在出水总管压力达到控制柜设定的停泵压力值时正常停泵。控制柜模拟过载、巡检故障和水源低水位，查看控制柜正常反馈故障报警。

关闭出水总管出水阀门，控制柜置于“自动”状态，启动稳压泵将管网压力升至稳压上限值，记录管网压力由稳压压力下限值升至稳压压力上限值过程中稳压泵的运行时间t。将控制柜置于“停止”状态，打开出水管网出水阀开始放水至管网压力降至稳压压力下限，记录放出的水的容积，即V1；继续放水至管网压力降至消防主泵启动压力值，记录放出的水的容积，即V2；继续放水至管网压力降至消防压力下限值，记录放出的水的容积，即V3。满足要求消防压力下限值不低于0.15Mpa，记录值满足V1≥50L，V2≥50L，V2+V3≥300L，t介于30S到180S。调试满足要求。

八、小结

消防稳压给水设备满足国家消防型式检验要求，是建筑消防系统不可缺少的一部分，涉及到整个建筑的防火安全，因此，无论设备的设计，还是安装、维护一定严格遵循相关消防规范要求。

参考文献

1GB27898-2011《固定消防给水设备 第3部分：消防增压稳压给水设备》

2GB 50016-2014建筑设计防火规范，2018年版

3GB 150.3-2011压力容器，2012年2月第一版