高层建筑消防给水系统几个问题的讨论

    随着我国经济建设的迅速发展，城市中的高层、超高层建筑大量涌现，其消防安全问题越来越受到人们的重视。近几年来，笔者在消防工程的施工、调试、验收以及使用中，发现一些问题，现提出来进行探讨，以便共同促进消防事业的发展，不当之处请批评指正。

 

1  消防给水系统超压问题

    《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045—95(2001年版)7．5．6规定：“高层建筑消防给水系统应采取防超压措施”。这是我国第一次将防超压措施列入规范条文。消防给水系统(以下简称“系统”)的超压是指“系统”内的水压超过其工作压力限值，造成管道、配件、附件、器材和设备的损坏，影响“系统”正常运行的现象。在设计和施工中，应对高层建筑“系统”的超压问题引起注意，并采取有效的对策进行预防。

 

    引起“系统”超压的原因

    (1)按设计流量选用消防水泵，在火灾初期消火栓的实际使用数和自动喷水灭火系统的喷头实际开启数都比规范规定的数量少，其实际消防用水量远小于水泵选定的流量值，另外消防水泵在实验和检查时，水泵出水量也较少，若选用一般水泵，由于其流量—扬程曲线较陡直，因此，管网的压力升高而出现超压现象。

 

    (2)“系统”设置不恰当。高层建筑“系统”主要有消火栓系统和自动喷水灭火系统两大类。在实际工程中，可以见到这样做法：两个系统本应分别设置工作泵，但为节省投资和少占地而共用一台备用泵。由于两系统对水量、水压要求各不相同，管网布置差别更大，分别设置的工作泵型号不同，按消防规范规定，消防备用泵的工作能力不应小于其中最大一台消防工作泵。当水压要求低的消防系统工作泵有故障时，由消防备用泵供水而出现超压。

 

    (3)高层建筑消防给水系统竖向分区时，采用减压阀分区给水方式，有的工程把这种半独立的上区和下区分开使用水泵接合器，误用消防车中压出口达到1～2 MPa的相对高压水流接通下区接合器时，下区会出现超压。某大厦的上、下区系统就是分开使用水泵接合器的，采用减压阀进行分区。例如十层以下属下区，十一层以上属上区的某大厦十层以下凌晨着火，忙中出错，误用1～2MPa的中压泵向下区接合器加压送水，就会引发下区系统超压问题。

 

    (4)消防车的相对高扬程中压泵通过水泵接合器向室内消防给水管网供水，若在管网上不采取减压措施，将造成超压。

 

2  “系统”防超压措施

    由于“高层建筑消防给水系统”超压会严重影响管网的安全使用，如直流水枪难以控制，消火栓与水龙带接口易漏水，影响喷头的灭火效果等等，因此，应采用技术措施防止系统超压。目前工程中常采用的防超压措施有如下几种：

 

2．1  正确设置消防水泵

 

2．1．1  选用流量—扬程曲线平缓的水泵，其中值得推荐的是：建筑消防特种泵(原名切线泵)。流量—扬程曲线特别平缓，呈恒压状态，当系统在零流量或小流量下运行时，系统产生的超压可以保持在允许范围之内；而当火场需要超出设计流量时，供水扬程不致于大幅度下降，仍能保证一定的充实水柱进行灭火。

 

2．1． 2  采用多台水泵，小流量时小水泵运行或单泵运行，大流量时大泵运行或多泵并联运行，保证火灾现场所需要的流量而不产生超压现象。

 

2．1．3  采用恒压变流量变频调速水泵供水，使水泵供水压力在流量变化时保持恒定。

 

2．2  合理的竖向分区   

 

2．2．1  管网竖向分区时，适当留有余地降低分区给水压力值(小于0.8MPa)；或按0.8MPa值进行竖向分区，并采取相应有效的减压措施。

 

2．2．2  独立分区给水系统(即并联式分区给水系统)。根据系统压力对消火栓给水进行分区，分上下两个或上中下三个给水分区，由不同的水泵机组根据需要提供不同的压力。每个供水分区的几何高差一般不超过50m。这样就可以避免为满足上部最不利点出水压力而造成底部几层超压的现象。这种系统的缺点是造价较高，自动控制系统和施工较为繁琐。

 

    2．2．3  串联分区给水系统。这种方式多用于高层建筑。从水泵型号选配、供水管道的受压程度和节约能源等方面来看，该系统都优于前一种系统。其缺点是，如果下部主干管出现故障，就会直接影响上下两区供水。

 

    2．3  正确布置“系统”

 

    高层建筑消火栓系统和自动喷水灭火系统应分开设置。由于两种系统作用时间不同，压力要求不同等原因，两系统若共用水泵作消防供水，在小流量情况下工作时，产生的超压值比较大，容易出现安全事故。

 

    2．4  使用可调式减压阀控制系统压力

 

    对采用减压阀分区的给水方式，当有可能因减压阀故障而造成超过额定压力1.5倍时，采用可调式减压阀串联设置方式。可调式减压阀可以起到稳压作用，只要给它设定一阀后压力，那么不管压力变化如何，都不影响阀后的工作压力。因此可调式减压阀后的管网就不会出现超压现象，但安装时，一定注意减压阀的安装方向，如安装不当，会使管网由环状变为枝状管网，降低供水的可靠性。为解决这一问题，可按图1所示的方式联接管网，以保证任意一个消火栓均有两个来水方向供水。为避免阀后因动压系数改变导致分区最高最远点压力不足的现象，减压阀宜设置在制高点，以有利的下给方式供水。

 

    2．5  采取相应泄压和稳压设施

 

    泄压和稳压设施有安全泄压阀、稳压泵、气压罐等。如图2所示，可以解决检查、试验消防泵时产生的超压以及小流量供水或静扬程骤升产生的超压，还有停泵产生水锤造成的超压和消防车给管网加压时造成的超压。这种方法现在使用比较多，只是一次性投资多一些。

 

    3  “系统”停泵水锤问题

 

    “系统”停泵水锤是水锤现象中的一种，是指当水泵机组因突然失电或其它原因停机时，水泵及管路中水流速度发生递变引起压力突变称为停泵水锤。停泵水锤危害极大，有时会造成管路破裂、阀门崩开、管道接头断开、泵房淹没的重大事故。某大厦就发生过水泵出口的止回阀崩裂。

 

由于停泵水锤可能导致泵站和管道发生严重事故，因此有必要根据具体情况采取相应的措施消除停泵水锤或消减水锤压力。一般措施主要有：

    (1)增大管道管径以降低给水管道的流速，可在一定程度上降低水锤压力。但增大管道管径会增加工程投资。

 

    (2)给水管线布置时，应尽量避免出现驼峰或坡度剧变。

 

    (3)选用转动惯量较大水泵或加装有足够惯性的飞轮，从而降低水锤值。

 

    (4)设置水锤消除装置，如安装水锤消除器，或采用多功能水泵控制阀等。某大厦就把原安装的旋启式止回阀换成多功能水泵控制阀，再没有发生过事故。

 

4  “系统”冲洗问题

     高层建筑消防给水系统，尤其是自动喷水灭火系统被杂物；堵塞的现象在工程竣工验收中时有发生。它严重影响了管道的通水能力，影响消火栓、水枪及喷头的正常出水，影响报警阀、水流指示器等设备的正常工作，给消防灭火带来了危害。堵塞的杂物中主要是水泥块、石子、泥砂、木眉、焊渣、焊条头、布头等，产生这种现象的主要原因是在施工中管道安装试压完毕没有对系统进行冲洗，或未认真地冲洗，或虽冲洗了，但消防管道无排渣能力，使杂物存留在管内。解决的办法除加强施工管理、防止人为因素使杂物进入管道之外，应在设计上采取措施使管网具有一定的排渣能力，可在各主要立管的下端设置排渣口，供管道冲洗时排除杂物，平时可用刀阀关闭。在水冲洗时，排放管道的截面不应小于被冲洗管道截面的60％，水冲洗流速不应小于3.0m／s，并应连续进行，以目测出口处的水流颜色、透明度与人口处基本一致为合格。

 

5  “系统”的排气问题   

      在消火栓系统和自动喷水灭火系统通水前及检修放水后，空气将不可避免地进入消防管道，占据部分空间，排放消防管道空气的方法，一般是在管道通水时打开部分阀门依靠水将空气从阀门顶排出。但这种做法存在如下缺陷：

 

    (1)高出阀门的管内空气无法被水从阀门压出。

 

    (2)水平管道向上门字形弯管处的空气无法被水挤压出去。

 

 上述两种未排尽的空气对管内水流形成阻碍，减少管道过水断面，甚至产生气塞现象，对灭火效果产生严重影响。

 

 防止产生这种现象的较好办法是：在立管最高点和水平管向上门字形弯管的最高点均设置自动排气阀，使管内的空气被水从自动排气阀处挤压出来。

 

6  消防泵不能正常运行

      消防泵不经常启动，而消防泵长时间的不运行，加上环境条件的不理想(诸如潮湿、阴冷)，在一段时间以后，泵轴往往被“咬住”，导致在需要启动的时候，消防泵无法启动。工作泵出了问题以后，备用泵按理应自动切换投入运行，但实际情况不然。由于备用泵和工作泵，其型号相同、材质相同、环境相同，当工作泵不能启动时，备用泵同样不能启动。这个问题客观存在，且相当严重，很多工程在笔者回访时都发现这个问题。

 

     解决消防泵正常运行的措施之一是改善材质，如采用不锈钢泵轴或水泵整体都用不锈钢制作。这个办法的不足在于：不锈钢泵的型谱图覆盖面还不够广，不能完全取代其他材质制作的消防泵；此外，不锈钢材质的寿命和铸铁相比，并不显示出多大的优越性。解决消防泵不正常运行的另一个措施是消防泵维护自检，即定时强制性运行消防泵，以达到消防泵在灭火时能正常运行的目的。每个月启动消防泵运行一段时间，检查消防泵是否正常，能否迅速启动，同时检测消防泵的流量和扬程能否满足灭火的要求。

 

  7  其他   

     水泵接合器止回阀有装反的现象。有些水泵接合器安装在阻碍交通(人行或车辆)的位置，消防车无法接近。有的安装墙壁式水泵接合器高度超高，且直接安装在玻璃幕墙下方，这都是施工时不重视、不负责任所造成的。解决的方法是：一方面，施工单位要经常组织施工人员学习规范，了解各方面的技术要求，同时要稳定施工人员，对施工人员定期考核，重点对施工单位技术负责人进行考核。另一方面，各施工单位要提高“系统”质量意识，层层把好关。

 

  8  结束语

     以上是高层建筑消防给水系统施工、验收和使用中几个常见问题及其对策。只要有关设计单位严格按照《高层民用建筑设计防火规范》等进行设计，消防监督机关或工程监理公司加强图纸审核、施工检查力度，施工单位严格按照设计及有关施工验收规范进行施  工，根据工程的实际情况，确定相应的对策措施，一定可以减轻或消除高层建筑消防给水系统有关停泵水锤、超压、堵塞等危害，从而确保消防给水系统的安全。