地鐵車站消防泵自動啟泵設計壓力探討
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【摘 要】地鐵車站消火栓系統通常采用消防水泵由市政給水管網直接抽水加壓的供水方式，由市政管網替代高位水箱對消火栓系統進行穩壓，并提供消防初期用水。市政管網供水壓力不穩定，當借助消防泵組出口壓力波動啟動消防水泵時，必須合理確定消防水泵的啟泵壓力值，以避免出現消防水泵的誤啟動或火災時無法啟動消防水泵的現象。以某地下車站為例，對消防水泵及穩壓泵的不同控制壓力值的設定進行分析。
【關鍵詞】地鐵車站；消火栓系統；自動啟泵；壓力
引言
消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014（以下簡稱《消規》）中明確要求消火栓啟泵自動啟泵，本文將就消火栓系統壓力開關啟泵和流量開關啟泵的設計進行分析，如何合理設置以達到消防初期快速啟動消防泵的目的。室內消火栓系統分為高壓和臨時高壓消防給水系統。高壓消防給水系統能始終保持滿足滅火設施所需的工作壓力和流量，火災時無須消防水泵加壓，所以不存在自動啟泵的問題；臨時高壓消防給水系統在消防時需要啟動消防主泵來滿足消防系統對流量和壓力的要求，因此臨時高壓消防系統需設置自動啟泵裝置。自動啟泵裝置通常采用壓力開關、流量開關的方式，在臨時高壓系統中由于水箱的設置不同，自動啟泵裝置設計也相應有所不同。
1設計概況
A站為地下兩層車站，地下一層為站廳層（室外地面下10m），地下二層為站臺層（室外地面下13.4m），站廳層設消防泵房，泵房內配置消防水泵兩臺（1用1備）、消防穩壓泵兩臺（1用1備）、氣壓罐一套。本站室外市政供水管網為雙路水源，供水量滿足消防用水要求，經消防部門及市政給水部門的同意后，根據《地鐵設計規范》，本站不設消防水池，消防泵由市政管網直接抽水加壓供車站消火栓系統使用。消火栓管道于車站室內呈環狀管網布置，鄰近右側區間消火栓管道由車站消防環網接出。室外市政給水管網現階段最高壓力為0.31MPa（非保證壓力），最低壓力為0.14MPa（保證壓力），管道埋深為1.5m。車站室內消火栓系統用水量為20L/s，出入口通道及區間消火栓系統用水量均為10L/s。消火栓口安裝高度為1.1m，電接點壓力表安裝高度為3.0m，消防管管徑為DN150。
2超越管及消防穩壓泵的設置
本站市政供水管網的供水能力滿足初期火災所需的消防流量和壓力，根據《地鐵設計規范》及《消防給水及消火栓系統技術規范》，地下車站可不設置高位消防水箱，由市政管網直接供水代替，于消防水泵處設超越管，最不利點消火栓1處靜水壓力為0.21～0.38MPa，滿足規范要求，無需設置消防穩壓泵。若借助消防泵出水干管上的電接點壓力表實現消防水泵的自動啟泵功能，必須確定一消防水泵出口壓力值，在初期火災打開消火栓口時，消防水泵出口壓力值降低，進而啟動消防水泵。為確保消防水泵能及時啟動，以下分析假設火災初期開啟消火栓數量不超過2支。在最大市政管網壓力情況下，管網無水流流動時，電接點壓力表處壓力為0.37MPa，火災時，開啟消火栓，忽略速度水頭（火災初期，水流速度?。?，流經倒流防止器（低阻力型）閥組的水頭損失取0.02MPa，市政供水壓力不變的情況下，電接點壓力表處壓力值約為0.35MPa。同樣，在最小市政管網壓力情況下，打開消火栓，電接點壓力表處壓力值約為0.18MPa。
3壓力開關的設置
對于不同建筑類型，消防水箱所需提供的靜水壓力有所不同，但壓力開關設置的啟泵壓力原理相同，本文按靜水壓力0.07MPa計算。壓力開關設置于地下室消防泵房內增壓泵出水環管處，最不利點處消火栓到消防泵房增壓泵出水環管之間高度為H（單位為m），則消防水箱對出水環管處的靜水壓力：P=H+0.07（最低有效水位計算值）。實際中最低有效水位至最高有效水位之間的水所提供的壓力>0.07MPa。如設置啟泵壓力為H+0.07則，屋頂消防水箱內初期水量被用完，才開始啟動消防主泵，則在消防泵啟動的過程中會出現屋頂消防水箱供水不滿足系統穩壓要求的情況；如水位剛剛低于最高水位就開始啟泵，則消防水泵自動啟泵會過于頻繁，而且會與消防水箱平時正常的補水混淆（正常水箱蒸發、漏損所需要的補水）。根據《消規》11.0.3條的條文解釋認為，水泵自動啟泵運轉時間在2min內，5min為消防水泵手動啟泵所需的時間，因此消防初期消防水箱內的水在使用完之前應能啟動消防主泵?；馂某跗谌缒鼙M快啟動消防泵，可使消防泵盡早發揮作用，更有利于滅火。在此筆者認為：壓力開關發出報警信號，如不能自動啟動消防泵，需要手動啟動消防泵，則在這5min手動啟動消防泵的時間內屋頂消防水箱應仍能為消防系統提供滿足壓力要求的供水。因此壓力開關自動啟泵時屋頂水箱應至少有5min初期火災初期消防用水量。消防系統初期按2只5L/s消防水槍和5只1L/s自噴噴頭動作考慮，5min內消防水量為：2X5X5X60+5X1X5X60=4500L=4.5m3。為了保證系統安全，壓力開關應在水箱有效容積大于4.5m3時開始報警。設4.5m3有效容積的水箱水深為h（單位為m），則地下室內消防系統壓力開關的啟泵壓力最低值宜為P啟動=H+0.07+h。
4消防泵自動控制模式
正常情況下，管網滲漏水由消防穩壓泵及氣壓罐進行補充，當管網壓力降低至Ps1以下時，消防穩壓泵啟動，當管網壓力升至Ps2時，消防穩壓泵停止工作。火災初期，消火栓口打開，消防管網壓力降低，由于栓口出水量大于穩壓泵供水量，管網壓力迅速降低至P0以下，此時啟動消防水泵。即使消防水泵未啟動，說明市政管網穩壓壓力過高，導致電接點壓力表處壓力大于P0，此時依靠市政管網壓力即可滿足消防滅火要求。對于由市政供水管網替代高位消防水箱，且設置消防穩壓設施的地下車站消火栓系統，消防穩壓泵的設計壓力務必保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力高于消防水泵啟動工作時的壓力，以確保任何情況下，消防管網均能滿足滅火壓力要求。另外，針對地鐵車站各站間消防管網互不連通，供水分區明確的情況，可考慮采用流量開關控制消防水泵的自動啟動，但鑒于目前設備的構造情況，火災初期，市政管網中的水可同時經由超越管、消防水泵對消防管網進行補水，故流量開關的設置位置及數量等應經具體分析確定。
結語
壓力啟泵開關的啟泵壓力值可根據流體靜力學準確設定，設定壓力值時應考慮預留初期消防水量，以提高系統的安全性。流量啟泵開關需要根據流體動力學計算，且由于在實際設計中任一消防管網做準確計算均十分困難，筆者建議以實際安裝完成后實地測量值為準。本文僅以某一種情況進行大概計算，使設計者對消火栓開啟初期系統內的流量有個粗略判斷，建議啟泵流量設置在2～3L/s左右。本文僅表達個人對消火栓系統自動啟泵的一些理解，在實際設計中應根據當地消防主管部門及審圖老師的指導意見設計。
參考文獻：
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