消火栓系統(tǒng)和消防泵的探討

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提 要  根據(jù)國內(nèi)外消防規(guī)范和工程實踐經(jīng)驗就消火栓系統(tǒng)和消防穩(wěn)壓泵、消防泵等幾個問題進行探討，并提出設(shè)計參數(shù)。

                關(guān)鍵詞  消火栓  消火栓給水系統(tǒng)  穩(wěn)壓泵  消防泵

               
            作者依據(jù)中國、美國的消防設(shè)計規(guī)范以及工程實踐，就消火栓給水系統(tǒng)中的幾個問題進行探討，以便共同促進消防事業(yè)的發(fā)展，不當(dāng)之處請批評指正。

            1.消火栓給水系統(tǒng)

            1.1消火栓的栓口壓力和系統(tǒng)分區(qū)

            我國《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ16—87修訂版（以下簡稱《建規(guī)》）第8.6.2
            和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045—95（以下簡稱《高規(guī)》）第7.4.6條規(guī)定消火栓栓口靜水壓力不應(yīng)大于0.8Mpa，當(dāng)大于0.8Mpa時應(yīng)采取分區(qū)給水系統(tǒng)。

            　　美國NFPA14《Standard for the Installation of Stan pipe and Hose
            System》(1996
            Editon)中規(guī)定系統(tǒng)任何一點的壓力在任何時間不能超過2.41Mpa，當(dāng)栓口處靜壓力超過1.21Mpa時應(yīng)設(shè)減壓裝置。

            　　我國消火栓的靜壓不應(yīng)大于0.80Mpa是系統(tǒng)分區(qū)值。消火栓的靜壓要求是
            鑒于消火栓的質(zhì)量——承壓力。我國《室內(nèi)消火栓》GB3445—82中規(guī)定室內(nèi)消火栓工作壓力為1.60Mpa，試驗壓力為2.40Mpa，遠大于靜壓分區(qū)值0.80
            Mpa，因而我國的系統(tǒng)分區(qū)值可適當(dāng)提高。在美國系統(tǒng)分區(qū)有兩個值確定，一是與我國相當(dāng)?shù)乃陟o壓不超過1.21Mpa；二是系統(tǒng)任何一點的壓力在任何時間不能超過2.41Mpa，這是系統(tǒng)必須串聯(lián)分區(qū)的要求。據(jù)調(diào)查，我國有不少的建筑高度在60m—70m，這樣高度的建筑物加上地下室高度和屋頂水箱高度，其總高度往往大于80m，致使消火栓系統(tǒng)要分區(qū)，造成消火栓給水系統(tǒng)設(shè)備、管道增加，投資增加。適當(dāng)提高此值或借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)，可節(jié)省大量投資，并簡化系統(tǒng)。

            　　建議靜壓分區(qū)值1.0Mpa—1.2Mpa，系統(tǒng)串聯(lián)分區(qū)值2.40Mpa。這樣既可以 充分利用消火栓的承壓力，又可以節(jié)省投資。

                1.2消火栓的等級

                我國室內(nèi)消火栓有DN65、DN50、和DN25 3個規(guī)格，DN25的水喉不能單
            獨使用，僅可與DN65和DN50配合使用。NEPA14消火栓分為3個等級：Ⅰ級為DN65的消火栓，僅設(shè)栓口；Ⅱ級為DN40的消火栓箱，配有水龍帶和水槍的消火栓，對于輕危險等級的場所可選用DN25的水喉；Ⅲ級為DN65的栓口和DN40的消火栓箱，對于輕危險等級的場所，DN40的消火栓箱可改為DN25的水喉；設(shè)有自動噴水系統(tǒng)的場所，可不設(shè)DN40的消火栓箱。目前我國DN50的消火栓基本不用，DN40的消火栓沒有，DN25的水喉不能單獨使用。DN65的消火栓職業(yè)消防隊員和非職業(yè)消防隊員都可用。在美國DN65消火栓僅為職業(yè)消防隊員用。所以DN40、DN25的消火栓為自救消火栓。

                建議《建規(guī)》中不設(shè)消火栓的場所均設(shè)水喉，水喉可與給水系統(tǒng)聯(lián)合。設(shè)
            有自動噴水系統(tǒng)的場所僅設(shè)DN65的消火栓栓口；不設(shè)自動噴水的場所設(shè)DN65的消火栓栓口和DN25的水喉。這樣既可以節(jié)省投資，又可以兼顧消防隊員專業(yè)救火和非專業(yè)人員火災(zāi)初期救火。

            1.3、消火栓的位置、設(shè)置以及栓口壓力

            　　我國《建規(guī)》和《高規(guī)》規(guī)定消火栓設(shè)在走道、樓梯附近等明顯易于取用
            的地點。消火栓的間距：高層為30m，多層為50m，水龍帶長度為20m—25m。消防電梯前室設(shè)消火栓，屋頂設(shè)試驗消火栓。消火栓栓口距地高度為1.1m，美國NF—PA14規(guī)定：（1）消火栓立管亦即是消火栓（因不設(shè)栓箱和水龍帶）不應(yīng)通過危險的區(qū)域，應(yīng)設(shè)于防止機械破壞和火災(zāi)破壞的地方；（2）消火栓立管和供水邊緣立管應(yīng)設(shè)于封閉樓梯間，或者位于與封閉樓梯間等效防火的位置；（3）干式系統(tǒng)的消火栓立管不應(yīng)封閉于建筑物的墻內(nèi)或壁栓內(nèi)；（4）消火栓應(yīng)置于沒有障礙物，距地0.9m—1.5m的位置。若設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時，邊緣主管可不考慮保護，給DN40的消火栓供水的立管可不考慮保護。DN65的消火栓應(yīng)位于下列位置：（a）每一個樓梯的中間樓梯平臺；(b)鄰近墻的任一邊的水平出口；(c)在從建筑物進入走廊的每一個走廊出口；(d)在有采光頂?shù)氖覂?nèi)林蔭地的每一個走廊出口和回廊出口，或者在外部公共空間進入室內(nèi)林陰地；（e）在去屋面的最高層的樓梯中間平臺設(shè)最不利點試驗消火栓；（f）在沒有自動噴水系統(tǒng)的樓層最不利點到消火栓的最大距離不應(yīng)超過45.7m，在有自動噴水系統(tǒng)的樓層最不利點到消火栓的最大距離不應(yīng)超過61m。對于設(shè)置Ⅱ級DN40消火栓的建筑物：其任何部位到消火栓距離不大于39.7m。小于DN40的消火栓距離不大于36.6m。這樣消火栓的設(shè)置與疏散距離相當(dāng)，便于理解。我國《建規(guī)》規(guī)定民用建筑房間到樓梯口的疏散距離為20m—40m，設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時疏散距離可增加25%，即增加10m。房間門至室內(nèi)最近點的直線距離為15m。如果DN65的消火栓設(shè)置在樓梯間，則樓層最不利點到消火栓的最大距離不應(yīng)超過55m，當(dāng)設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時為65m?！陡咭?guī)》規(guī)定的疏散距離與《建規(guī)》相同。所以如果我國規(guī)范規(guī)定DN65的消火栓設(shè)置在樓梯間，消火栓的布置與美國規(guī)范相當(dāng)。

            　　我國的消火栓布置僅消防電梯前室允許設(shè)消火栓，而樓梯間不允許設(shè)消火
            栓。原因是消火栓設(shè)在樓梯間會破壞樓梯間的密封性，即使得防排煙功能被削弱或被破壞，影響疏散，通常消火栓設(shè)在走廊內(nèi)。走廊內(nèi)的消火栓火災(zāi)時沒有保護，而且走廊內(nèi)又充滿煙氣，往往本層著火點附近的消火栓消防隊員無法取用，消防隊員要使用本層較遠的消火栓或者著火層上下層的消火栓，或者由消防車供水，水龍帶沿樓梯敷設(shè)至著火層。這樣同樣會破壞封閉樓梯間的防煙功能。其實消防隊員要5min內(nèi)才能趕到，此時如建筑物內(nèi)人員還在建筑物內(nèi)，該疏散的人員已經(jīng)疏散，而無法疏散的人員僅靠疏散樓梯可能已無法實現(xiàn)。所以消火栓置于樓梯間并不影響疏散樓梯間的功能，為此建議DN65的消火栓宜設(shè)于樓梯間，DN40和DN25的自救消火栓設(shè)于走廊。

            　　我國的消火栓都配有水龍帶，多年不用和不維護，到消防時基本不能使用，
            消防時消防隊員使用自帶的水龍帶。為此建議DN65的消火栓僅設(shè)栓口不配栓箱和水龍帶，DN40、DN25消火栓設(shè)消火栓箱和水龍帶。

            1.4、消火栓栓口余壓

            　　我國《建規(guī)》和《高規(guī)》對消火栓栓口出水壓力規(guī)定為：大于0.50Mpa時，
            消火栓處應(yīng)設(shè)減壓裝置。消火栓的充實水柱為7m、10m、13m，充實水柱對應(yīng)的消火栓最小出水壓力為16m、19m、22m。NFPA14規(guī)定：DN65消火栓的栓口處最大最小剩余壓力為0.69Mpa，對于DN40和DN25的消火栓最大最小剩余壓力為0.45Mpa，這說明美國規(guī)范對消火栓的出口壓力很重視，消火栓的栓口壓力為恒定值，大于此值可設(shè)減壓裝置，通常為減壓穩(wěn)壓消火栓。

            　　消火栓栓口處的最小剩余壓力和最大壓力取決于消防隊員和使用者對消火
            栓反作用推力的承受能力，以及滅火對消火栓充實水柱的要求。我國消火栓栓口處最大剩余壓力0.50Mpa，最小剩余壓力為16m、19m、22m。而美國消火栓栓口處的最小剩余壓力和最大壓力為一個值，DN65消火栓為69m，小于DN65消火栓為45m。美國消火栓的間距大于我國的間距，其水龍帶的最大長度為3根25m的帶子，若去掉水帶和接口處的水頭損失，其實際栓口壓力與我國相當(dāng)。顯然美國的栓口壓力比我國的要大得多，其最小剩余壓力不僅與反推力有關(guān)，還和保護半徑有關(guān)。美國DN65的消火栓其設(shè)置與樓梯的間距相當(dāng)，即便于消火栓立管的保護、消防隊員的應(yīng)用和人員疏散。按我國目前《高規(guī)》、《建規(guī)》對疏散距離的規(guī)定，消火栓布置在樓梯間，則消火栓的間距為40m-80m，設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時為50m-100m。如水龍帶為3根25m，則可一股水注到達任何部位，如利用同一樓梯間上下層的消火栓可保證有兩股水柱到達任何部位。

            　　為便于建筑物的美觀和消防隊員的實戰(zhàn)滅火以及與國際接軌，建議DN65的
            消火栓僅設(shè)置在疏散樓梯間內(nèi)，其間距與樓梯間的間距相當(dāng)，最大最小剩余壓力為0.50Mpa，這樣消火栓可接2根水龍帶，保護半徑會更大。DN25的水喉間距為30m，最大最小剩余壓力為0.40Mpa。

            1.5、消火栓系統(tǒng)

            　　我國《高規(guī)》第7.1.3條規(guī)定室內(nèi)消防給水應(yīng)采用高壓或臨時高壓給水系統(tǒng)，
            《建規(guī)》第8.6.1條規(guī)定嚴(yán)寒地區(qū)非采暖的廠房、庫房的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，可采用干式系統(tǒng)。

            　　美國NFPA14把消火栓系統(tǒng)分為5個系統(tǒng)：（1）全自動干式系統(tǒng)——平時
            系統(tǒng)管道充滿壓縮空氣，并設(shè)有像干式報警閥一樣的裝置，允許水自動進入開啟的消火栓，系統(tǒng)的供水設(shè)施有能力供應(yīng)并滿足系統(tǒng)消防用水量；（2）全自動濕式系統(tǒng)——平時系統(tǒng)管道為充水的濕式系統(tǒng)，其供水設(shè)施能夠自動供應(yīng)并滿足系統(tǒng)所需消防水量；（3）半自動干式系統(tǒng)——干式管道系統(tǒng)上設(shè)有像雨淋閥一樣的裝置，在每一個消火栓處設(shè)一個遙控裝置，以便允許水進入系統(tǒng)，遙控裝置動作時，系統(tǒng)的供水設(shè)施有能力供應(yīng)并滿足系統(tǒng)所需消防水量（4）手動干式系統(tǒng)——系統(tǒng)管道為干式，且系統(tǒng)無永久的給水設(shè)施，手動干式系統(tǒng)需要的消防用水來自消防車的消防泵，并通過消防水泵接合向系統(tǒng)供水；（5）手動濕式系統(tǒng)——管道為濕式，而且連接一個小流量供水裝置以維持系統(tǒng)內(nèi)水壓，但系統(tǒng)無永久的能夠滿足系統(tǒng)所需水量的給水設(shè)施，手動濕式系統(tǒng)需要的消防用水來自消防車的消防泵，并通過消防水泵接合器向系統(tǒng)供水。

               
            顯然《高規(guī)》所指的常高壓系統(tǒng)和臨時高壓系統(tǒng)實際都是美國規(guī)范所指的全自動濕式系統(tǒng)，《建規(guī)》所指的干式系統(tǒng)應(yīng)是美國規(guī)范所指的全自動干式系統(tǒng)或半自動干式系統(tǒng)。對于全自動干、濕式系統(tǒng)而言只要消防時系統(tǒng)能全自動并提供滿足系統(tǒng)消防所需水量即可。可見國內(nèi)對消火栓系統(tǒng)提出常高壓系統(tǒng)和臨時高壓系統(tǒng)意義不大，原因是很難找到一個真正意義上的常高壓消火栓給水系統(tǒng)，即消火栓給水系統(tǒng)任何時間不需啟動消防泵即能滿足系統(tǒng)消防所需的水量和水壓。為此建議取消常高壓系統(tǒng)和臨時高壓系統(tǒng)的概念，用全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)等新概念，這樣概念明確。同時鑒于國內(nèi)的實際情況，建議采用全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)4個系統(tǒng)。同時對于極為重要的建筑物采用雙水源供水系統(tǒng)，即除消防水池和消防泵供水外，增設(shè)屋頂水箱或壓力水罐供水。

            1.6、消火栓設(shè)計流量

            　　《高規(guī)》規(guī)定高層建筑室內(nèi)消火栓的設(shè)計流量為20L/S—40L/S，《建規(guī)》規(guī)
            定民用建筑室內(nèi)消火栓的設(shè)計流量為5L/S—30L/S，室外消防水量為10L/S—30L/S；廠房倉庫等設(shè)計流量為5L/S—40L/S；室外消防水量為10L/S—45L/S。設(shè)計消防歷時，甲、乙、丙類倉庫為3h，一類高層建筑為3h，其它為2h。

            　　NFPA14規(guī)定Ⅰ級、Ⅲ級消火栓系統(tǒng)水力最不利消火栓立管的最小流量為
            31.55/s，附加立管的最小流量應(yīng)為每一根15.76L/S，但總流量不應(yīng)超過78.85L/S。Ⅱ級消火栓系統(tǒng)水力最不利消火栓立管的最小流量為6.32L/S，不需附加流量。Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級消火栓系統(tǒng)的設(shè)計消防歷時均為0.5h。當(dāng)設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時消火栓流量可減少。NFPA14規(guī)定對于與自動噴水聯(lián)合的消火栓系統(tǒng)，輕危險等級、中危險等級和嚴(yán)重危險等級的室內(nèi)消火栓給水量有3個等級即0L/S、3.15/S、和6.3L/S；當(dāng)自動噴水與室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)聯(lián)合時，室內(nèi)外消火栓給水量輕危險等級為6.31L/S、中危險等級為15.77L/S和嚴(yán)重危險等級為31.54L/S。由此美國設(shè)有自動噴水系統(tǒng)的建筑物室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設(shè)計水量大為減少。

            　　所以我們可借鑒美國的經(jīng)驗，對設(shè)有自動噴水的建筑物可適當(dāng)減少消火栓 給水系統(tǒng)的給水量。

            2、消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓泵

            　　消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓是系統(tǒng)平時維持壓力的水泵，對系統(tǒng)起著監(jiān)護作用和使
            系統(tǒng)具有自動控制的功能。穩(wěn)壓泵的壓力可根據(jù)系統(tǒng)壓力而確定，一般穩(wěn)壓泵的壓力可根據(jù)系統(tǒng)壓力而確定，一般穩(wěn)壓泵的壓力比主泵高0.1Mpa—0.2Mpa，或者穩(wěn)壓泵壓力為主泵的1.1倍—1.2倍。但對于穩(wěn)壓泵流量的確定就有不同的說法。《高規(guī)》第7.4.8條增壓設(shè)施應(yīng)符合下列規(guī)定：對消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/S；對自動噴水系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/S。美國NFPA20《Standand
            for the Installation of Centrifug al Fire Pumps》(1996
            Edition)規(guī)定穩(wěn)壓泵（Pressure Maintenan Pumps/Jocey Pumps/Make—Up
            Pumps）的流量不少于系統(tǒng)正常條件下的泄漏量，壓力應(yīng)能足夠維持系統(tǒng)所需的壓力。顯然我國規(guī)定了穩(wěn)壓泵的流量的上限，而美國規(guī)定了穩(wěn)壓泵的下限。我國的穩(wěn)壓泵的流量設(shè)置要求是能滿足1個消防單元的用水量，美國是系統(tǒng)的泄漏水量。

            　　自動噴水系統(tǒng)管道的泄漏水量按國家《采暖與衛(wèi)生工程施工及驗收規(guī)范》
            第3.15條規(guī)定：水壓試驗時，10min內(nèi)壓力降不大于0.05Mpa。然后將試驗壓力降至工作壓力作外觀檢查，以不漏為合格?！蹲詣訃娝疁缁鹣到y(tǒng)施工及驗收規(guī)范》第6.2.3條規(guī)定水壓試驗的測試點應(yīng)設(shè)在系統(tǒng)管網(wǎng)的最低點，對管網(wǎng)注水時，應(yīng)將管網(wǎng)的空氣排凈，并應(yīng)緩慢升壓，達到試驗壓力后，穩(wěn)壓30min，目測管網(wǎng)無泄漏、無變形，且壓力降不大于0.05Mpa?！督o水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268—97第10.2.13條規(guī)定：DN100的鋼管允許滲水量為0.28L(min•km)，DN150的鋼管允許滲水量為0.3L(min•km)。顯然若管道施工達到國家規(guī)范，系統(tǒng)管網(wǎng)的泄漏水量很少。作者本人曾觀察過兩個已竣工的工程，室內(nèi)管道的泄漏水主要在管道的接口處毛細作用滲漏水，以及一端與大氣接觸的試驗排水閥門和水泵出口止回閥的泄漏水量。管道接口處毛細作用滲漏水一般形不成水滴，多在空氣中蒸發(fā)。一端與大氣接觸的閥門漏水很易觀察，及時關(guān)閉或更換閥門便不成問題。水泵出口止回閥由于關(guān)不嚴(yán)而向水池中回水，這一現(xiàn)象不易觀察，是系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏水量的一大隱患。例如一工程選用的穩(wěn)壓泵流量為1.33L/S，穩(wěn)壓泵長時間運行亦達不到設(shè)定壓力，經(jīng)檢查是水泵出口止回閥關(guān)不嚴(yán)而向水池中漏水，更換止回閥后，穩(wěn)壓泵正常工作，而且?guī)滋靻右淮巍＿@說明系統(tǒng)的泄漏量很少很少，幾乎可以忽略不計。

            　　據(jù)調(diào)查國內(nèi)外穩(wěn)壓泵的流量多選為0.5L/S—2.0L/S之間，當(dāng)系統(tǒng)無氣壓罐
            時停泵有水錘現(xiàn)象。鑒于穩(wěn)壓泵對系統(tǒng)有著監(jiān)護和自動控制功能的要求。我們建議穩(wěn)壓泵的流量為1.0L/S—2.0L/S，壓力為比主泵高0.1Mpa—2.0Mpa或者為主泵的1.1倍—1.2倍。穩(wěn)壓泵最好設(shè)有氣壓罐，若不設(shè)氣壓罐，應(yīng)在穩(wěn)壓泵的控制器上作文章，使之在停泵時不至于因水錘作用而頻繁啟動。

            3、消防泵

            　　NFPA20對消防泵的性能規(guī)定如下：水泵出流量為選定工作點的流量的150%
            時，其揚程不小于選定的工作點的揚程的65%，關(guān)閉水泵時的揚程不大于選定工作點揚程的140%。其實際是規(guī)定了水泵的性能曲線是一條平滑的曲線。我國規(guī)范對消防水泵沒有詳細的規(guī)定，致使消防水泵的選用上有不少出入。建議設(shè)計人員在設(shè)計時參考NFPA20的規(guī)定。

            　　《高規(guī)》和《建規(guī)》對消防水泵的性能沒有測試要求，NFPA20規(guī)定消防泵
            在出水管上設(shè)測量用流量計。流量計應(yīng)能測試水泵選定流量的175%，消防泵在出水管上應(yīng)設(shè)直徑大于89mm的壓力表，這樣水泵安裝后可全面測試水泵的性能，以便得知是否能滿足設(shè)計要求。建議設(shè)計人員在設(shè)計中考慮這個問題。
             

            參考文獻：

            1建筑設(shè)計防火規(guī)范GBJ16—87修訂版，中國計劃出版社，1997

            2高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范GB50045—95，中國計劃出版社，1995

            3NFPA14.Standard for the Installation of Standpipe and Hose
            System，1996 Edition

            4NFPA20. Standard for the Installation of Centrifugal Fire
            Pumps，1996 Edition

            5采暖與衛(wèi)生工施工及驗收規(guī)范GBJ242—82，中國計劃出版社，1982