城市軌道交通工程臨高壓消防給水

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【摘要】軌道交通工程采用臨高壓給水系統(tǒng)，設(shè)置消防給水泵房和消防水池，消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置消防主泵、穩(wěn)壓泵和氣壓罐。合理的給水方式應(yīng)是來兩種：①消防主泵+高位消防水箱給水方式；②消防主泵+穩(wěn)壓泵+代替高位消防水箱的氣壓罐給水方式。只有這兩種給水方式才是滿足規(guī)范要求的。

【關(guān)鍵詞】臨高壓給水系統(tǒng)；氣壓罐；高位消防水箱

1消防主泵+穩(wěn)壓泵+氣壓罐+消防水池

該給水方式通常在地下站的地下一層或高架站的地面層設(shè)置消防給水泵房和消防水池，消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置消防主泵、穩(wěn)壓泵和氣壓罐。由城市給水管網(wǎng)向消防水池供水，平時(shí)穩(wěn)壓泵與氣壓罐配合，根據(jù)室內(nèi)消防給水管網(wǎng)壓力進(jìn)行啟停，以保證消防給水管網(wǎng)的壓力，避免因泄漏水等原因造成的管網(wǎng)失壓，并提供火災(zāi)初期用水，消防時(shí)管網(wǎng)大量失水，當(dāng)管網(wǎng)壓力下降到設(shè)定值時(shí)，消防主泵啟動(dòng)，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水。具體的說來，以采用該種消防給水方式的某城市地鐵某線某站為例，本站為地下二層車站，車站設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，地下一層C號(hào)通道處設(shè)置有效容積為144m3的消防水池和消防泵房。根據(jù)計(jì)算車站最不利點(diǎn)消火栓所需壓力P1為0.30MPa，因此泵房?jī)?nèi)設(shè)置兩臺(tái)消防主泵（Q=20L/s，H=30m）、兩臺(tái)消防穩(wěn)壓泵和一臺(tái)氣壓罐。而對(duì)于該站穩(wěn)壓泵和氣壓罐的選用，我們首先要弄明白穩(wěn)壓泵和氣壓罐配合的這套穩(wěn)壓給水裝置的工作原理和其與消防主泵之間的工作關(guān)系：水通過消防穩(wěn)壓泵加壓進(jìn)入氣壓罐，使氣壓罐膠囊內(nèi)充滿高壓水并與消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)聯(lián)通，罐壁與膠囊之間則充滿了一定量的壓縮空氣，壓縮空氣的壓力與膠囊內(nèi)的水壓力相等。當(dāng)管網(wǎng)無泄漏時(shí)，管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力恒定，壓縮空氣的壓力也恒定，兩者壓力相等并維持平衡。當(dāng)管網(wǎng)泄漏時(shí)，管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水壓力下降，此時(shí)壓縮空氣的壓力大于管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力，壓縮空氣擠壓膠囊使其出水補(bǔ)充管網(wǎng)的泄漏量，同時(shí)膠囊的容積逐漸縮小，壓縮空氣的容積則相應(yīng)膨脹而壓力下降，管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力也隨之下降；當(dāng)管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力下降當(dāng)P3值時(shí)，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)，一方面向管網(wǎng)補(bǔ)水，另一方面使膠囊充水，管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力隨之升高，同時(shí)壓縮空氣的容積相應(yīng)減小、壓力升高；當(dāng)管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力升高至P4值時(shí)，穩(wěn)壓泵停泵。如此循環(huán)往復(fù)，使管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的壓力維持在P3和P4值之間。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，消防主泵從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)約需要30s的時(shí)間，氣壓罐的調(diào)節(jié)容積應(yīng)滿足2支水槍或5個(gè)噴頭30s的消防用水量，該氣壓罐的調(diào)節(jié)容積為兩支水槍30s的用水量，即300L。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防給水管網(wǎng)大量失水，管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的水壓急劇下降，當(dāng)下降至P3值時(shí)，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)，但穩(wěn)壓泵供水量已無法彌補(bǔ)消防給水管網(wǎng)的失水量（根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》7.4.8.1“增壓水泵的出水量，對(duì)消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/s，對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/s。”），管網(wǎng)和膠囊內(nèi)水的水壓繼續(xù)下降，當(dāng)下降至P2值時(shí)，消防主泵啟動(dòng)，同時(shí)穩(wěn)壓泵停泵。那么如何確定P1、P2、P3和P4值呢？上文中已提到P1值即為消防給水管網(wǎng)最不利點(diǎn)設(shè)備所需要的壓力，對(duì)應(yīng)太平村站即為0.30MPa；P2值為消防主泵啟動(dòng)壓力，該值與氣壓罐的工作壓力比有關(guān)，通過圖集《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》我們可以查到，該P(yáng)1值對(duì)應(yīng)的氣壓罐工作壓力比為0.80。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》2.7.18的公式，我們可以計(jì)算得出P2=（P1+0.098）/0.8-0.098=0.4MPa；P3值為穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力，同樣根據(jù)《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》P3=P2+（0.02～0.03）=0.43MPa；P4值為穩(wěn)壓泵停泵壓力，同樣根據(jù)《消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備選用與安裝》P4=P3+（0.05～0.06）=0.49MPa。穩(wěn)壓泵的高揚(yáng)程應(yīng)以（P3+P4）/2時(shí)，水泵取高效區(qū)取值。因此針對(duì)本站，其泵房?jī)?nèi)設(shè)置兩臺(tái)消防穩(wěn)壓泵（Q=5L/s，H=45m）和一臺(tái)調(diào)節(jié)容積為300L的氣壓罐。說到這里，有一個(gè)問題不得不提。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定：消防給水為臨高壓給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置消防水箱（包括氣壓水罐、水塔、分區(qū)給水系統(tǒng)的分區(qū)水箱），且應(yīng)保證火災(zāi)初期10min的室內(nèi)消防用水量。上述臨高壓給水系統(tǒng)中的氣壓罐調(diào)節(jié)容積僅為300L，很明顯無法滿足該規(guī)范的要求。那么上訴的消防給水系統(tǒng)是否存在問題呢？根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》7.4.3.5“氣壓水罐一般可分為兩種形式，第一種是屋頂消防水箱設(shè)置高度不能滿足要求時(shí)，而設(shè)的穩(wěn)壓氣壓罐；第二種是代替臨高壓消防給水系統(tǒng)屋頂消防水箱的氣壓水罐”。很顯然太平村在這里的氣壓罐應(yīng)為第二種情況，即代替高位消防水箱的氣壓罐。那么該氣壓罐則應(yīng)滿足太平村站消火栓給水系統(tǒng)10min的消防用水量，如果這樣氣壓罐的調(diào)節(jié)容積將達(dá)到12m3。即使套用《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》7.4.3.5.2條“對(duì)于24m以下的設(shè)有中輕危險(xiǎn)等級(jí)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的建筑物，當(dāng)采用臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)時(shí)，且無條件設(shè)置屋頂消防水箱時(shí)，可采用5L/s流量的氣壓給水設(shè)備供應(yīng)10min初期用水量，即氣壓罐的調(diào)節(jié)容積為3m3”，氣壓罐的體積也明顯變大，不適合地鐵車站的使用，更何況本站也不滿足“設(shè)有中輕危險(xiǎn)等級(jí)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的建筑物”的條件。而且受穩(wěn)壓泵流量的限制（對(duì)消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/s，對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/s），該消火栓給水系統(tǒng)是無法滿足本站火災(zāi)初期前10min的消防用水量的。那么如果我們從城市給水管網(wǎng)再接出一路給水管，增加一路引入管，直接與站內(nèi)室內(nèi)消火栓環(huán)網(wǎng)相接，用城市給水管網(wǎng)代替高位消防水箱的作用效果會(huì)如何喃？由于城市給水管網(wǎng)水壓無法滿足站內(nèi)最不利點(diǎn)消火栓使用的工作壓力，因此并不能取消消防泵房?jī)?nèi)的穩(wěn)壓泵和氣壓罐，把其視為上段文字中的第一種情況的“穩(wěn)壓氣壓罐”。這樣是否又滿足規(guī)范的要求了呢？由于作為代替高位消防水箱的該引入管水壓不足，在穩(wěn)壓泵運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)消火栓管網(wǎng)的壓力是大于該引入管的，這就造成了，其仍然無法提供火災(zāi)初期前10min的消防用水，該方案也是有問題的。從此問題延伸到民用建筑，筆者認(rèn)為規(guī)范出現(xiàn)了個(gè)一個(gè)矛盾不可協(xié)調(diào)的問題：即規(guī)范要求“增壓水泵的出水量，對(duì)消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/s，對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/s”，筆者認(rèn)為其控制最大流量主要是為了提高整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，但其勢(shì)必也造成了在無法設(shè)置能滿足消防水壓的高位消防水箱的情況下，整個(gè)系統(tǒng)是無法提供火災(zāi)前10min的消防用水量的，這是規(guī)范自相矛盾的地方。當(dāng)然筆者水平有限，以上僅是一家之談，供大家討論。

2消防主泵+穩(wěn)壓泵+氣壓罐+直接從城市給水管網(wǎng)抽水

該給水方式與第一種給水方式基本相同，僅是在水源上發(fā)生了變化，由消防水池取水變成了從城市給水管網(wǎng)直接取水。該給水方式最大的特點(diǎn)就是能合理利用城市給水管網(wǎng)的壓力，降低消防水泵、穩(wěn)壓泵等的揚(yáng)程，減少能耗，如某地鐵某線的高架車站均采用該方式。其計(jì)算的過程也與第一種給水方式相同，只是在選泵時(shí)需要減去城市給水管網(wǎng)的壓力，再確定揚(yáng)程。該給水方式也同樣存在第一種給水方式的問題，即無法設(shè)置高位消防水箱，利用氣壓罐穩(wěn)壓，滿足消防環(huán)網(wǎng)最不利點(diǎn)消火栓的工作壓力，但無法提供火災(zāi)初期前10min的室內(nèi)消防用水量。

3只設(shè)置消防主泵

該給水方式筆者僅在某城市地鐵某線接觸過。消防水泵直接從城市給水管網(wǎng)抽水，加壓后供給室內(nèi)消防環(huán)網(wǎng)。筆者認(rèn)為該種給水方式在消防時(shí)能及時(shí)提供消防用水，并保證整個(gè)環(huán)網(wǎng)的工作壓力，但在平時(shí)發(fā)生管網(wǎng)滲漏等情況下，第一并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)失壓，平時(shí)管網(wǎng)維持在低壓，且在火災(zāi)時(shí)消防水泵開泵前，無法提供系統(tǒng)的消防用水，第二即使調(diào)整水泵的啟動(dòng)壓力值，也會(huì)造成消防主泵頻繁啟動(dòng)，降低設(shè)備的使用壽命，是不合理的。

4消防主泵+穩(wěn)壓泵+氣壓罐+消防水池+高位消防水箱

該給水方式在城市軌道交通工程中，一般僅用在車輛段和停車場(chǎng)等有大型建筑物的位置，其與民建的設(shè)計(jì)基本一致，因此筆者不再詳述。

5結(jié)語

城市軌道交通工程的消防給水設(shè)計(jì)其實(shí)與民用建筑的消防給水設(shè)計(jì)基本是類同的，本文就其消防給水方式中的臨高壓給水系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和討論。筆者認(rèn)為臨高壓消防給水系統(tǒng)合理的給水方式應(yīng)是來兩種：①消防主泵+高位消防水箱給水方式；②消防主泵+穩(wěn)壓泵+代替高位消防水箱的氣壓罐給水方式。只有這兩種給水方式才是滿足規(guī)范要求的。同時(shí)，筆者認(rèn)為穩(wěn)壓泵的流量上限是有問題的。當(dāng)然，該增壓穩(wěn)壓方式已實(shí)際使用了多年，并未出現(xiàn)問題。因此上文僅為筆者個(gè)人的一些看法，供大家討論。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水.

作者：黃曉忠 單位：中國(guó)電建成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院