高層建筑消防給水系統(tǒng)幾個問題的討論
高層建筑消防給水系統(tǒng)幾個問題的討論
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城市中的高層、超高層建筑大量涌現(xiàn)，其消防安全問題越來越受到人們的重視。近幾年來，筆者在消防工程的施工、調(diào)試、驗(yàn)收以及使用中，發(fā)現(xiàn)一些問題，現(xiàn)提出來進(jìn)行探討，以便共同促進(jìn)消防事業(yè)的發(fā)展，不當(dāng)之處請批評指正。
1 消防給水系統(tǒng)超壓問題
《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50045—95(2001年版)7．5．6規(guī)定：“高層建筑消防給水系統(tǒng)應(yīng)采取防超壓措施”。這是我國第一次將防超壓措施列入規(guī)范條文。消防給水系統(tǒng)(以下簡稱“系統(tǒng)”)的超壓是指“系統(tǒng)”內(nèi)的水壓超過其工作壓力限值，造成管道、配件、附件、器材和設(shè)備的損壞，影響“系統(tǒng)”正常運(yùn)行的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)對高層建筑“系統(tǒng)”的超壓問題引起注意，并采取有效的對策進(jìn)行預(yù)防。
引起“系統(tǒng)”超壓的原因
(1)按設(shè)計(jì)流量選用消防水泵，在火災(zāi)初期消火栓的實(shí)際使用數(shù)和自動噴水滅火系統(tǒng)的噴頭實(shí)際開啟數(shù)都比規(guī)范規(guī)定的數(shù)量少，其實(shí)際消防用水量遠(yuǎn)小于水泵選定的流量值，另外消防水泵在實(shí)驗(yàn)和檢查時，水泵出水量也較少，若選用一般水泵，由于其流量—揚(yáng)程曲線較陡直，因此，管網(wǎng)的壓力升高而出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。
(2)“系統(tǒng)”設(shè)置不恰當(dāng)。高層建筑“系統(tǒng)”主要有消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)兩大類。在實(shí)際工程中，可以見到這樣做法：兩個系統(tǒng)本應(yīng)分別設(shè)置工作泵，但為節(jié)省投資和少占地而共用一臺備用泵。由于兩系統(tǒng)對水量、水壓要求各不相同，管網(wǎng)布置差別更大，分別設(shè)置的工作泵型號不同，按消防規(guī)范規(guī)定，消防備用泵的工作能力不應(yīng)小于其中最大一臺消防工作泵。當(dāng)水壓要求低的消防系統(tǒng)工作泵有故障時，由消防備用泵供水而出現(xiàn)超壓。
(3)高層建筑消防給水系統(tǒng)豎向分區(qū)時，采用減壓閥分區(qū)給水方式，有的工程把這種半獨(dú)立的上區(qū)和下區(qū)分開使用水泵接合器，誤用消防車中壓出口達(dá)到1～2 MPa的相對高壓水流接通下區(qū)接合器時，下區(qū)會出現(xiàn)超壓。某大廈的上、下區(qū)系統(tǒng)就是分開使用水泵接合器的，采用減壓閥進(jìn)行分區(qū)。例如十層以下屬下區(qū)，十一層以上屬上區(qū)的某大廈十層以下凌晨著火，忙中出錯，誤用1～2MPa的中壓泵向下區(qū)接合器加壓送水，就會引發(fā)下區(qū)系統(tǒng)超壓問題。
(4)消防車的相對高揚(yáng)程中壓泵通過水泵接合器向室內(nèi)消防給水管網(wǎng)供水，若在管網(wǎng)上不采取減壓措施，將造成超壓。
2 “系統(tǒng)”防超壓措施
由于“高層建筑消防給水系統(tǒng)”超壓會嚴(yán)重影響管網(wǎng)的安全使用，如直流水槍難以控制，消火栓與水龍帶接口易漏水，影響噴頭的滅火效果等等，因此，應(yīng)采用技術(shù)措施防止系統(tǒng)超壓。目前工程中常采用的防超壓措施有如下幾種：
2．1 正確設(shè)置消防水泵
2．1．1 選用流量—揚(yáng)程曲線平緩的水泵，其中值得推薦的是：建筑消防特種泵(原名切線泵)。流量—揚(yáng)程曲線特別平緩，呈恒壓狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)在零流量或小流量下運(yùn)行時，系統(tǒng)產(chǎn)生的超壓可以保持在允許范圍之內(nèi)；而當(dāng)火場需要超出設(shè)計(jì)流量時，供水揚(yáng)程不致于大幅度下降，仍能保證一定的充實(shí)水柱進(jìn)行滅火。
2．1． 2 采用多臺水泵，小流量時小水泵運(yùn)行或單泵運(yùn)行，大流量時大泵運(yùn)行或多泵并聯(lián)運(yùn)行，保證火災(zāi)現(xiàn)場所需要的流量而不產(chǎn)生超壓現(xiàn)象。
2．1．3 采用恒壓變流量變頻調(diào)速水泵供水，使水泵供水壓力在流量變化時保持恒定。
2．2 合理的豎向分區(qū)
2．2．1 管網(wǎng)豎向分區(qū)時，適當(dāng)留有余地降低分區(qū)給水壓力值(小于0.8MPa)；或按0.8MPa值進(jìn)行豎向分區(qū)，并采取相應(yīng)有效的減壓措施。
2．2．2 獨(dú)立分區(qū)給水系統(tǒng)(即并聯(lián)式分區(qū)給水系統(tǒng))。根據(jù)系統(tǒng)壓力對消火栓給水進(jìn)行分區(qū)，分上下兩個或上中下三個給水分區(qū)，由不同的水泵機(jī)組根據(jù)需要提供不同的壓力。每個供水分區(qū)的幾何高差一般不超過50m。這樣就可以避免為滿足上部最不利點(diǎn)出水壓力而造成底部幾層超壓的現(xiàn)象。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是造價(jià)較高，自動控制系統(tǒng)和施工較為繁瑣。
2．2．3 串聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)。這種方式多用于高層建筑。從水泵型號選配、供水管道的受壓程度和節(jié)約能源等方面來看，該系統(tǒng)都優(yōu)于前一種系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是，如果下部主干管出現(xiàn)故障，就會直接影響上下兩區(qū)供水。
2．3 正確布置“系統(tǒng)”
高層建筑消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)分開設(shè)置。由于兩種系統(tǒng)作用時間不同，壓力要求不同等原因，兩系統(tǒng)若共用水泵作消防供水，在小流量情況下工作時，產(chǎn)生的超壓值比較大，容易出現(xiàn)安全事故。
2．4 使用可調(diào)式減壓閥控制系統(tǒng)壓力
對采用減壓閥分區(qū)的給水方式，當(dāng)有可能因減壓閥故障而造成超過額定壓力1.5倍時，采用可調(diào)式減壓閥串聯(lián)設(shè)置方式。可調(diào)式減壓閥可以起到穩(wěn)壓作用，只要給它設(shè)定一閥后壓力，那么不管壓力變化如何，都不影響閥后的工作壓力。因此可調(diào)式減壓閥后的管網(wǎng)就不會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，但安裝時，一定注意減壓閥的安裝方向，如安裝不當(dāng)，會使管網(wǎng)由環(huán)狀變?yōu)橹罟芫W(wǎng)，降低供水的可靠性。為解決這一問題，可按圖1所示的方式聯(lián)接管網(wǎng)，以保證任意一個消火栓均有兩個來水方向供水。為避免閥后因動壓系數(shù)改變導(dǎo)致分區(qū)最高最遠(yuǎn)點(diǎn)壓力不足的現(xiàn)象，減壓閥宜設(shè)置在制高點(diǎn)，以有利的下給方式供水。
2．5 采取相應(yīng)泄壓和穩(wěn)壓設(shè)施
泄壓和穩(wěn)壓設(shè)施有安全泄壓閥、穩(wěn)壓泵、氣壓罐等。如圖2所示，可以解決檢查、試驗(yàn)消防泵時產(chǎn)生的超壓以及小流量供水或靜揚(yáng)程驟升產(chǎn)生的超壓，還有停泵產(chǎn)生水錘造成的超壓和消防車給管網(wǎng)加壓時造成的超壓。這種方法現(xiàn)在使用比較多，只是一次性投資多一些。
3 “系統(tǒng)”停泵水錘問題
“系統(tǒng)”停泵水錘是水錘現(xiàn)象中的一種，是指當(dāng)水泵機(jī)組因突然失電或其它原因停機(jī)時，水泵及管路中水流速度發(fā)生遞變引起壓力突變稱為停泵水錘。停泵水錘危害極大，有時會造成管路破裂、閥門崩開、管道接頭斷開、泵房淹沒的重大事故。某大廈就發(fā)生過水泵出口的止回閥崩裂。
由于停泵水錘可能導(dǎo)致泵站和管道發(fā)生嚴(yán)重事故，因此有必要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施消除停泵水錘或消減水錘壓力。一般措施主要有：
(1)增大管道管徑以降低給水管道的流速，可在一定程度上降低水錘壓力。但增大管道管徑會增加工程投資。
(2)給水管線布置時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)駝峰或坡度劇變。
(3)選用轉(zhuǎn)動慣量較大水泵或加裝有足夠慣性的飛輪，從而降低水錘值。
(4)設(shè)置水錘消除裝置，如安裝水錘消除器，或采用多功能水泵控制閥等。某大廈就把原安裝的旋啟式止回閥換成多功能水泵控制閥，再沒有發(fā)生過事故。
4 “系統(tǒng)”沖洗問題
高層建筑消防給水系統(tǒng)，尤其是自動噴水滅火系統(tǒng)被雜物；堵塞的現(xiàn)象在工程竣工驗(yàn)收中時有發(fā)生。它嚴(yán)重影響了管道的通水能力，影響消火栓、水槍及噴頭的正常出水，影響報(bào)警閥、水流指示器等設(shè)備的正常工作，給消防滅火帶來了危害。堵塞的雜物中主要是水泥塊、石子、泥砂、木眉、焊渣、焊條頭、布頭等，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是在施工中管道安裝試壓完畢沒有對系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，或未認(rèn)真地沖洗，或雖沖洗了，但消防管道無排渣能力，使雜物存留在管內(nèi)。解決的辦法除加強(qiáng)施工管理、防止人為因素使雜物進(jìn)入管道之外，應(yīng)在設(shè)計(jì)上采取措施使管網(wǎng)具有一定的排渣能力，可在各主要立管的下端設(shè)置排渣口，供管道沖洗時排除雜物，平時可用刀閥關(guān)閉。在水沖洗時，排放管道的截面不應(yīng)小于被沖洗管道截面的60％，水沖洗流速不應(yīng)小于3.0m／s，并應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，以目測出口處的水流顏色、透明度與人口處基本一致為合格。
5 “系統(tǒng)”的排氣問題
在消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)通水前及檢修放水后，空氣將不可避免地進(jìn)入消防管道，占據(jù)部分空間，排放消防管道空氣的方法，一般是在管道通水時打開部分閥門依靠水將空氣從閥門頂排出。但這種做法存在如下缺陷：
(1)高出閥門的管內(nèi)空氣無法被水從閥門壓出。
(2)水平管道向上門字形彎管處的空氣無法被水?dāng)D壓出去。
上述兩種未排盡的空氣對管內(nèi)水流形成阻礙，減少管道過水?dāng)嗝妫踔廉a(chǎn)生氣塞現(xiàn)象，對滅火效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
防止產(chǎn)生這種現(xiàn)象的較好辦法是：在立管最高點(diǎn)和水平管向上門字形彎管的最高點(diǎn)均設(shè)置自動排氣閥，使管內(nèi)的空氣被水從自動排氣閥處擠壓出來。
6 消防泵不能正常運(yùn)行
消防泵不經(jīng)常啟動，而消防泵長時間的不運(yùn)行，加上環(huán)境條件的不理想(諸如潮濕、陰冷)，在一段時間以后，泵軸往往被“咬住”，導(dǎo)致在需要啟動的時候，消防泵無法啟動。工作泵出了問題以后，備用泵按理應(yīng)自動切換投入運(yùn)行，但實(shí)際情況不然。由于備用泵和工作泵，其型號相同、材質(zhì)相同、環(huán)境相同，當(dāng)工作泵不能啟動時，備用泵同樣不能啟動。這個問題客觀存在，且相當(dāng)嚴(yán)重，很多工程在筆者回訪時都發(fā)現(xiàn)這個問題。
解決消防泵正常運(yùn)行的措施之一是改善材質(zhì)，如采用不銹鋼泵軸或水泵整體都用不銹鋼制作。這個辦法的不足在于：不銹鋼泵的型譜圖覆蓋面還不夠廣，不能完全取代其他材質(zhì)制作的消防泵；此外，不銹鋼材質(zhì)的壽命和鑄鐵相比，并不顯示出多大的優(yōu)越性。解決消防泵不正常運(yùn)行的另一個措施是消防泵維護(hù)自檢，即定時強(qiáng)制性運(yùn)行消防泵，以達(dá)到消防泵在滅火時能正常運(yùn)行的目的。每個月啟動消防泵運(yùn)行一段時間，檢查消防泵是否正常，能否迅速啟動，同時檢測消防泵的流量和揚(yáng)程能否滿足滅火的要求。
7 其他
水泵接合器止回閥有裝反的現(xiàn)象。有些水泵接合器安裝在阻礙交通(人行或車輛)的位置，消防車無法接近。有的安裝墻壁式水泵接合器高度超高，且直接安裝在玻璃幕墻下方，這都是施工時不重視、不負(fù)責(zé)任所造成的。解決的方法是：一方面，施工單位要經(jīng)常組織施工人員學(xué)習(xí)規(guī)范，了解各方面的技術(shù)要求，同時要穩(wěn)定施工人員，對施工人員定期考核，重點(diǎn)對施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行考核。另一方面，各施工單位要提高“系統(tǒng)”質(zhì)量意識，層層把好關(guān)。
8 結(jié)束語
以上是高層建筑消防給水系統(tǒng)施工、驗(yàn)收和使用中幾個常見問題及其對策。只要有關(guān)設(shè)計(jì)單位嚴(yán)格按照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等進(jìn)行設(shè)計(jì)，消防監(jiān)督機(jī)關(guān)或工程監(jiān)理公司加強(qiáng)圖紙審核、施工檢查力度，施工單位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及有關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行施 工，根據(jù)工程的實(shí)際情況，確定相應(yīng)的對策措施，一定可以減輕或消除高層建筑消防給水系統(tǒng)有關(guān)停泵水錘、超壓、堵塞等危害，從而確保消防給水系統(tǒng)的安全。
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