消防给水系统稳压设备设计与探讨

摘要：消防稳压设备在消防给水系统中发挥着重要作用，在设计初期就应做好充分准备。在实际工程中，稳压设备往往被忽略。消防给水系统设计过程中，稳压设备选型非常重要，选型不当容易引起消防系统运行的不稳定性。基于此，本文针对消防给水系统稳压设备的设计展开分析，以期能够为相关设计人员提供参考。关键词：消防给水系统；稳压设备；设计引言近年来，随着工业、民用建筑的快速发展，消防给水系统中稳压设备的设计越来越受到重视。稳压设备设置不仅要满足消防给水系统设计流量的要求，还应满足管网最不利点处所需的最低压力要求。根据《建筑设计防火规范》《消防给水及消火栓系统技术规范》《自动喷水灭火系统设计规范》《消防设施通用规范》等相关标准和规范，结合稳压设备选型、布置等相关规定，在消防给水系统稳压设备设计中必须给予高度重视。一、消防给水系统稳压设备概述消防给水系统中的稳压设备（如图1）是为了防止管网最不利点处的静水压力不足而采取的一种补偿措施。当消防给水系统中高位消防水箱最低有效水位标高不能满足水灭火设施最不利点处的静水压力要求时，应设置稳压设备，由稳压设备补压。当消防给水系统水压大于按设计流量计算的稳压设备工作压力时，应采取其他措施，使管网中的水压保持稳定[1]。消防给水系统稳压设备的组成一般由稳压罐和消防水泵等组成。稳压泵是消防给水系统中最常见的一种设备，其作用是维持消防给水系统中水灭火设施在最不利点处的水压要求。稳压罐主要应用于以下几种消防给水系统，如室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统、自动跟踪定位射流灭火系统等；消防稳压设备布置方式有两种布置形式，上置式即稳压设备常与屋顶高位消防水箱同位置、下置式即稳压设备常设于消防水泵房内。二、消防给水系统稳压设备的重要性消防给水系统稳压设备的設置对于消防给水系统的稳定运行至关重要。正确选择和设置稳压设备，对于保证消防给水系统安全运行具有重要意义。稳压设备是通过一定的机械方法，使管网中的气压维持一定水平，从而使管网内水压保持在规定范围内的一种设施[2]。它可以消除管网中的空气，防止气蚀破坏；可以防止空气进入管网，影响管网内水流压力；可以防止空气进入管网，影响系统安全运行。稳压设备的作用是保障消防给水系统的压力稳定在一定范围内，不会出现水压过大或者过小情况，如果管网压力不稳定，压力波动幅度较大，会对整个消防给水系统造成较大影响。而稳压设备的作用就是稳定供水系统的压力。当系统水压不稳定时，可以通过稳压设备来解决水压波动问题，从而保障消防给水系统供水稳定性。目前市场上比较常见的稳压设备就是恒压稳压泵。恒压稳压泵工作原理是在压力比较稳定的情况下，通过电机驱动水泵来将压力给到稳压泵中，然后通过管路将水输送到消防水箱中，从而起到稳压的作用。这样就可以保证消防给水系统的水压在一定范围内波动，不超过允许值[3]。消防给水系统稳压设备的工作效率主要受两个因素的影响：一是系统供水能力；二是供水设备本身效率。供水能力决定了给水系统的实际流量，而供水设备效率决定了其工作效率。在正常情况下，稳压装置和水泵一般处于满额定工况运行状态，水泵供水流量一定。因此，消防给水系统常采用稳压罐和水泵的组合形式。如果稳压装置或水泵选用不合理，可能会造成部分流量不足或浪费，从而降低系统的工作效率。此外，稳压设备和水泵等给水设备存在一定的自身损耗。特别是在消防给水系统中，因管路老化、管路漏损，接头松动，消防稳压给水装置经常频繁启停，水泵在启动和停机时还会因为水锤降低损坏设备从而降低系统供水效率。因此，在实际工程中，要合理选择稳压装置或水泵等给水设备组合方式，才能充分发挥其自身优势。三、消防给水系统稳压设备的设计方法（一）稳压泵选型室外内消火栓系统、自动喷水灭火系统、自动跟踪定位灭火系统中的稳压设备，应根据系统设置要求选用。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》的相关规定，稳压泵的选型应符合下列要求：宜选用单吸单级或单吸多级离心泵，其泵壳和叶轮等主要部件的材质宜采用不锈钢；稳压泵应设置备用泵，常采用一用一备的组合方式，备用泵应选用同一型号，其规格应与工作泵一致；稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量，当无管网泄漏量数据时，其设计流量宜按消防给水系统设计流量的1％～3％计，且不宜小于1L/s；稳压泵的设计压力应满足消防给水系统自动启动和管网充满水的要求，其设计压力应保持系统自动启泵压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，且增加值宜为0.07MPa～0.10MPa，并应保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态时的静水压力大于0.15MPa；稳压泵的额定工作压力应满足系统自动启动和管网充满水要求；稳压泵的吸水管上应设置明杆闸阀，稳压泵的出水管上应设置消声止回阀和明杆闸阀；当稳压泵应用于临高压消防给水系统时，应设置防止稳压泵频繁启停的技术措施，如加强稳压设备维护与保养、定期检查管网是否漏损等。（二）管网计算根据《自动喷水灭火系统设计规范》相关规定：“自动喷水灭火系统的管网布置，应根据火灾扑救需要及地形条件，采取最有利于灭火的方式”。设计时，应先计算管网管径，然后结合水力工况、水头损失和设备等要求选定水泵。在计算中，应采用管网水力计算程序来完成。在实际设计中，不可能有全面的管网计算程序，因此常采用水力计算软件进行管网计算。消防给水管网设计中的水力工况分析，主要有以下几个方面：消防给水管网扬程；消防水泵流量；消防用水量。（三）水泵出水压力确定根据《消防给水及消火栓系统技术规范》相关规定：“消防给水系统应保证在发生火灾时，仍能向建筑内提供足够的消防用水。”即消防给水系统在火灾发生时，应能提供足够的消防用水量，使供水管网内保持足够压力，而不应出现因供水不足而影响灭火工作。因此，水泵出水压力应根据报警阀压力设定值和消火栓泵、自动喷水灭火系统等消防设施的流量及扬程来确定。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》规定，消火栓栓口动压不应大于0.50MPa；当大于0.70MPa时必须设置减压装置。在高层建筑、厂房、库房和室内净空高度超过8m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，且消防水枪充实水柱应按13m计算；其他场所的消火栓栓口动压不应小于0.25MPa，且消防水枪充实水柱应按10m计算[4]。民用建筑和工业厂房中的自动喷水灭火系统应满足最不利点处洒水喷头的工作压力，不应低于0.05MPa。（四）消防水泵的供水方式采用消防给水稳压泵供水时，当建筑高度小于54m时，应设置独立的消防给水系统，并应符合《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。当采用消防给水高位水箱稳压泵供水时，消防竖管最末端应设置自动排气阀。当采用消防给水低位水池稳压泵和高位水箱联合供水时，应设排水设施。当室内、外消火栓系统均采用临高消防给水系统时且两者供水扬程相差不大时，可共用一套消防给水系统，其供水管网可独立设置，但必须保证水泵接合器供水不得接入室外消防给水管网。（五）减压措施设置根据《自动喷水灭火系统设计规范》第8.0.7条，管道的直径应经水力计算确定。配水管道的布置应使配水管入口的压力均衡。在轻危险级、中危险级场所中，各配水管入口的压力均不宜大于0.40MPa。由于自动喷水灭火系统未合理采取减压措施，导致配水管入口较高，影响整个系统的稳压运行。因而，在设计时，应通过计算分析入配水管入口处的压力值，以便选用合适的减压措施，如采用减压孔板、节流管等。（六）稳压泵的最不利点压力计算在消防给水系统设计中，经常会遇到稳压泵的最不利点压力问题。因此，稳压泵的最不利点压力和流量应选择消防给水系统设计工况。为了计算方便，本文采用以下表达方式：P1—稳压泵的启泵压力；P2—稳压泵的停泵压力；P—消防泵的启泵压力。稳压泵采用上置式时，即放置于高位水箱，如图2。稳压泵相关计算公式如下：稳压泵启泵压力P1>15-H1，且≥H2+7。稳压泵停泵压力P2=P1/0.8；消防水泵启泵压力P=P1+H1+H-7。式中：H1-稳压泵吸水管中心至最不利点消火栓中心的距离；H2-消防水箱最高有效水位至稳压泵吸水管中心的距离；H-最不利点消火栓至消防泵房压力开关安装位置的距离。稳压泵采用下置式时，即放置于水泵房内，如图3。稳压泵相关计算公式如下：稳压泵启泵压力P1>H+15，且≥H1+10。稳压泵停泵压力P2=P1/0.85。消防水泵启泵压力P=P1-（7～10）。式中：H1-消防水箱最高有效水位至消防水泵吸水管中心的距离；H-最不利点消火栓至消防泵房压力开关安装位置的距离。通过以上对比不难发现，上置式稳压泵设计扬程较下置式小得多，在流量相同的情况下，其功率也要小得多，上置式更加節能。因此，在条件允许的情况下，建议采用上置式稳压设备。结语综上所述，随着社会的发展，人们生活水平不断提高，对建筑物的要求越来越高。为了使建筑物更加安全可靠，减少火灾发生频率