《室内消火栓系统设计分析案例》7500字

室内消火栓系统设计分析案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u192321.1室内消火栓的设置 113371.1.1室内消火栓设备 1325761.1.2充实水柱 2132261.1.3布置间距 373261.2室内消火栓管路的设计及计算 4179501.2.1消防管网管径 4306481.2.2管路数量和布置 618071.2.3管网水力计算 685211.3高区消防水泵设计 971151.3.1水泵计算和选择 9109781.3.2水泵供水工况 10131101.4消防水源设计 1495071.1.1高位消防水箱 14275321.1.2消防水池 16196971.5高位消防水箱增压稳压设备 1612119（1）增压系统启动时最低工作压力P1 1618198（2）气压水罐初始压力P0 162806（6）假定工况下缓冲水容积V’∆P 181584（8）校核该稳压泵水容积VS 1818273（9）确定气压水罐尺寸 185346（10）确定气压水罐中各工况的水位 19153781.6减压措施 2037341.6.1减压稳压型消火栓 2064621.6.2减压阀 2190501.7低区消防水泵的设置 23135021.7.1供水工况 23101391.7.2水泵计算和选择 24305521.8水泵结合器 241.1室内消火栓的设置1.1.1室内消火栓设备室内消火栓的选型应根据使用者、火灾危险性、火灾类型和不同灭火功能等因素综合确定,根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）REF_Ref4266\r\h[11]《室内消火栓》（GB3445-2018）REF_Ref12333\r\h[13]以及本建筑特点，选用SN65的消火栓，直径65mm且长度25m的胶质衬里水带，水枪喷嘴口径为19mmREF_Ref8514\r\h[10]。消火栓箱采用钢制材料，箱内设置消防水泵直接启动按钮，安装方式采用明装或者暗装，消火栓箱暗装时应预留洞口，甲型消火栓箱预留680*1050（mm）洞口，洞底距完成地面725mm。1.1.2充实水柱（1）充实水柱长度：

（4-1）式中Sk：水枪充实水柱的长度，H1：室内最高着火点离地面高度，H2：从一水枪喷嘴至地面高度，m，一般取1mα：水枪倾角，取450本建筑高度为2.9m，代入公式4-1REF_Ref6160\r\h[14]得，由《消防给水及消火栓系统技术规范》，高层建筑充实水柱长度为13mH2O，且消火栓的栓口压力控制在0.35MPaREF_Ref4266\r\h[11]。（2）喷嘴压力：（4-2）式中Hq：水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，afφ：实验系数，与水枪喷嘴口径有关Sk查表4-1得，当水枪喷嘴口径为19mm时，φ≈0.0097查表4-2得，当充实水柱长度为13mH2O时，af=1.2175表4-1系数φ值d/mm1316190.01650.01240.0097表4-2系数值68101201.211.24（3）水枪流量：（4-3）式中qxℎ：水枪射流量，β：水枪水流特性系数Hq：水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，mH2查表4-3得，β=1.577REF_Ref8514\r\h[10]由于水枪流量不能低于5Ls，所以符合要求表4-3水枪喷嘴流量系数值喷嘴口径/mm131619220.03460.07931.5772.836（4）反求该喷嘴压力的水枪充实水柱长度为：（4-4）式中Sk：水枪充实水柱长度，Hq：水枪喷嘴处造成一定长度的充实水柱所需的压力，φ：实验系数，与水枪喷嘴口径有关∂f：由上文的数据代入式4-4中REF_Ref8514\r\h[10]，则因此可知水枪充实水柱长度为13mH2O，喷嘴流量为5.43L/s1.1.3布置间距室内消火栓保护半径：（4-5）式中R：消火栓保护半径，mL：水带长度，mLs：水枪充实长度在平面上的投影长度，倾角取45°，由于建筑长为56.85m，宽为21.7m，即b=10.85m，两股水枪充实水柱同时到达室内任何部位，消火栓布置的间距为REF_Ref8514\r\h[10]：（4-6）式中S：两股水柱时的消火栓间距，mR：消火栓保护半径，mb：消火栓最大保护高度，取10.85m将上文数据代入公式4-6得，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）可知，室内消火栓的布置应满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位的要求，且高层建筑中室内消火栓的间距不应大于30mREF_Ref4266\r\h[11]。使用S=27.14m符合要求，所以应该至少设置两个室内消火栓，室内消火栓保护半径见图4-1。图4-1室内消火栓保护半径1.2室内消火栓管路的设计及计算1.2.1消防管网管径管径的大小应该由流量和流速来确定，根据最不利消防立管和消火栓流量分配规定应该满足本建筑同时使用4支水枪，最不利消防立管和相邻消防立管各2支出水水枪，见表4-4REF_Ref20698\r\h[15]，由上文可知每支出水水枪流量为5.43Ls，则立管流量为5.43×2L/s=10.86L/s，当流速为2.5ms，则管径（4-7）式中V：管道流速，mQ：管段流量，LD：管道的计算内径，m将上文数据代入公式4-7得，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》规定，室内消火栓立管管径应根据立管最低流量经计算确定，但不应小于DN100，所以室内消火栓系统立管管径为DN100REF_Ref4266\r\h[11]。所以当立管流量为10.86Ls时，则流速为：（4-8）式中V：管道流速，mQ：管段流量，LD：管道的计算内径，m将上文数据代入公式4-8得，所以立管管径为DN100时，符合要求。不考虑管道的阻力，最不利管和次不利管流量近似相同，则底部水平干管流量：则管径为：所以底部水平管径应该为150mm。消防流量为21.72L所以底部水平管径为DN150时，符合要求。表4-4最不利消防流量分配室内消防设计流量（）最不利消防立管出水枪数/支相邻消防立管出水枪数/支次相邻消防立管出水枪数/支102202225323033403321.2.2管路数量和布置根据后文计算可知，最不利点的栓口压力为0.2196MPa≥0.07MPa，根据后文计算可知稳压泵停泵压力为PS2=0.4906MPa，所以系统最低处消火栓栓口静压为H=所以应该对该消火栓系统进行分区，根据建筑特点及实际情况确定为临时高压消防给水系统，采取并联分区方式，且分为低、高两区，1-16层设置为低区，17-33层设置为高区。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》，室内消火栓的布置应满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位的要求REF_Ref4266\r\h[11]，所以至少设置2条消防立管，消防电梯周围应设置室内消火栓，则也设置2条消防立管，所以设置4条消防立管。室内消防管道应该布置环状REF_Ref4266\r\h[11]，根据建筑特点及消防竖管布置要求，系统简图如图4-2所示。图4-2室内消火栓系统简图1.2.3管网水力计算1）最不利点栓口压力假设立管1为最不利立管，立管1第33层a为最不利点，立管2为次不利立管，详见图4-3。图4-3室内消火栓系统计算简图则最不利点栓口压力REF_Ref10076\r\h[17]为：（4-9）式中Hxℎ：消火栓栓口处所需水压，mH2Ad：水带的比阻，根据下表4-5，取值为Ldqxℎ：消火栓射流出水量，β：水流特性系数，根据表4-3，取值为1.577Hsk：消火栓栓口水头损失，mH2O，宜取2mH2将尚文数据代入公式4-9REF_Ref10076\r\h[17]得，表4-5水带比阻Ad水带口径（mm）帆布的、麻织的水带衬胶的水带500.015010.00677650.004300.001722）i为水力坡降，消火栓给水管道流速一般1.4～1.8m/s，不宜大于2.5m/s。代入公式4-8得：（4-10）式中i：每米管道的水头损失，mD:管道的计算内径，mV：管内水的平均流速，将上文数据代入公式4-10REF_Ref6160\r\h[14]得，a到b管道间水头损失为：（4-11）式中h：沿程水头损失，mL：管段长度，mi：每米管道的水头损失，m将上文数据代入公式4-11得，所以32层b点的栓口压力为：（4-12）将上文数据代入公式4-12得，水枪流量为：（4-13）将上文数据代入公式4-13得，3）b到c管道间流量为a到b管道间流量之和：根据公式4-10计算得i为0.044，管道长度为41.7m，则b到c管道间水头损失为：同理可得，c到d的管道长度为43.5m，则水头损失为：d到e管道间长度为13.57m，不考虑管道的阻力，最不利管1和次不利管2流量近似相同，所以流量为：管道直径为150mm，计算得i为0.0203:e到f管道间长度为5m，则水头损失为：f到g管道间长度为2m，则水头损失为：由上可知，水泵供水工况计算详见表4-6。表4-6水泵供水工况计算表管段管长（m）管径(mm)流量(L/s)流速(m/s)单阻i水头损失(m)a-b2.91005.430.6910.01020.033b-c41.710011.251.4300.04402.018c-d43.510011.251.4300.04402.105d-e13.5715022.501.2700.02030.303e-f515022.501.2700.02030.112f-g215022.501.2700.02030.045表4-6可知，各管段的水头损失相加得管路的沿程水头损失为1.6mH2O。局部水头损失可按沿程水头损失的百分数估算，独立的消火栓给水管网为10％REF_Ref8514\r\h[10]，则管道的总水头损失为：1.3高区消防水泵设计1.3.1水泵计算和选择室内消火栓由消防水池和消防水箱供水，消防水泵流量是由各消火栓的设计流量总和计算。由上文可知消防用水总量为22.50L/s，假设消防水池的最低水位为地下4m，且最不利点的栓口压力为，高度为96.6m，则两者之间的高度差为100.6m。由上文可知管道总水头损失，所以消防水泵扬程为：（4-14）式中：消防水泵的压力，mH：最不利消火栓的水压，mH：管路的总水头损失，mH：消防水池最低水位与最不利消火栓的几何高差，mH将上文数据代入公式4-14得，根据计算及建筑物的实际情况可知应选用型号150DL-150-20多级消防泵，水泵性能参数分别为Q=27.8L/s，H=140mH2O，N=75kW，n=1450r/min，应该使用两台多级消防泵，一台使用一台备用，当运行的消防水泵出现故障或者水压上不来时，将自动启动备用消防水泵，确保室内消火栓系统能正常工作。1.3.2水泵供水工况根据上文可知应选用离心式多级消防泵且型号为150DL-150-20多级消防泵，在图4-4选两点进行计算，当Q1=19.5Ls=70m3ℎ时，H1=170m（4-15）式中SxH：水泵的实际扬程，mQ：管段流量，L/s将上文数据代入公式4-15得，图4-4DL型立式多级离心泵性能图由能量守恒准则可得，水泵供给水比能与管路系统比能相同，即水泵扬程曲线Q−H与特性曲线Q−HG交点为平衡点REF_Ref14608\r\h[18]。水泵扬程曲线Q−H为：（4-16）式中H：水泵的实际扬程，mHx：水泵在时的虚总扬程，mSkQ：流量，L/s当水泵没有流量时的虚总扬程为：根据前面可知L=25m，β=1.577，Ad=0.00172，Hsk=2mH2O，因为栓口水头损失的值（4-17）式中：第i层消火栓到消防水池的最低水位几何高差。所以当H相同时，水泵扬程曲线Q−H和特性曲线Q−HG的交点为（4-18）1）一般火灾初期往往发生在一层，所以只考虑一支水枪单独工作，则qxℎ33层与最低水位之间的高差为100.6m，所以33层水枪流量为：则33层实际扬程为:按照上述公式，可计算出33-17层的水枪流量和实际扬程。则33层栓口压力：33-17层栓口压力可由公式4-19计算：（4-19）根据上文可知，则剩余压力为:33-17层水枪流量、总流量、水泵实际扬程、栓口压力和剩余压力计算结果见下表4-7。表4-733-17层一支水枪流量、扬程和压力消火栓所在楼层高差(m)水枪流量(L/s)总流量(L/s)水泵实际程（mH2O）栓口压力（mH2O）剩余压力（mH2O）33100.608.458.45165.2545.2823.323297.708.698.69165.1047.8925.933191.808.918.91161.9650.3428.383091.909.139.13161.8252.8630.902989.009.359.35161.6755.4433.482886.109.569.56161.5357.9535.992783.209.779.77161.3860.5338.572680.309.979.97161.2463.0341.072577.4010.1710.17161.1065.5943.632471.5010.3610.36163.9668.0646.102371.6010.5510.55163.8170.5848.622268.7010.7410.74163.6773.1451.182165.8010.9210.92163.5375.6253.662062.9011.1011.10163.3878.1356.171960.0011.2811.28163.2480.6858.721857.1011.4611.46163.0983.2861.321751.2011.6311.63162.9585.7763.812)当水枪是两支同时工作，假设两支水枪流量以及栓口压力相同，即，则：（4-20）将上文数据代入公式4-20得，则33层水枪流量为：则33层实际扬程:根据上述公式，可计算出33-17层的水枪流量和实际扬程。33层栓口压力：由公式4-19可计算33至17层栓口压力：根据上文可知，则剩余压力为:当水枪是两支同时工作，33-17层水枪流量、总流量、水泵实际扬程、栓口压力和剩余压力计算结果见下表4-8。表4-833-17层两支水枪流量、扬程和压力消火栓所在楼层高差(m)水枪流量(L/s)总流量(L/s)水泵的实程（mH2O）动水压力（mH2O）剩余压力（mH2O）33100.67.9715.94165.5340.2818.323297.78.1916.38165.4142.5320.573191.88.4016.80165.2841.7441.743091.98.6117.22165.1547.0125.052989.08.8117.62165.0349.2227.262886.19.0118.02161.9051.4829.522783.29.2118.42161.7753.7931.832680.39.4018.80161.6456.0331.072577.49.5819.16161.5258.2036.242471.59.7719.54161.3860.5338.572371.69.9519.90161.2662.7840.822268.710.1220.24161.1361.9442.982165.810.3020.60161.0067.2745.312062.910.4720.94163.8769.5147.551960.010.6421.28163.7471.7949.831857.110.8021.60163.6273.9652.001751.210.9621.92163.5076.1751.21由表4-7和4-8可知，当一支水枪工作，31层栓口压力为50.34mH2O>50mH2O，当室内消火栓栓口压力超过50mH2O则需要减压；当两支水枪同时工作，28层栓口压力都大于为51.48mH2O>50mH2O，也需要使用减压设备。1.4消防水源设计1.1.1高位消防水箱（1）高位消防水箱容积火灾发生前10分钟由房顶的高位消防水箱提供的消防用水，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）规定一类建筑，高位消防水箱不应小于18m3REF_Ref4266\r\h[11]。消防水箱的容积:（4-21）式中qx：室内消火栓流量，Tx：时间，一般为10将上文数据代入公式4-21得，故高位消防水箱有效容积为18m3。按照高位消防水箱的布置要求，高位消防水箱的设置高度为，但是建筑物总高度99.3m不满足103.6m的需求，则不能保证高区消防水箱正常工作，故应该采用增压稳压设备，按照建筑物的实际情况采用气压水罐稳压设备。高位消防水箱供水工况根据上文可知最不利点栓口压力为21.96mH则水头损失为：则栓口压力为：则水枪流量为：剩余压力为：（4-22）式中Hs：剩余压力，由上文计算公式可计算33-17层各管段流量、流速、栓口压力、剩余压力和水头损失，详见表4-9。表4-933-17层各管段流量、流速、栓口压力、剩余压力和水头损失管段管长（m）管径(mm)流量(L/s)流速(m/s)单阻i栓口压水(m)剩余压力（mH2O）水头损失（mH2O）33-322.91005.810.7400.010221.892.930.0295832-312.91006.180.7870.011727.835.870.0339331-302.91006.520.8300.013230.778.810.0382830-292.91006.840.8710.014733.7211.760.0426329-282.91007.160.9120.016236.6711.710.0469828-272.91007.450.9490.017839.6317.670.0516227-262.91007.740.9850.019242.5920.630.0556826-252.91008.021.0210.020745.5623.600.0600325-242.91008.291.0560.022348.5326.570.0646724-232.91008.551.0890.023851.5129.550.0690223-222.91008.801.1200.025351.4932.530.0733722-212.91009.051.1520.026857.4835.520.0777221-202.91009.291.1830.028360.4738.510.0820720-192.91009.531.2130.029963.4741.510.0867119-182.91009.761.2430.031466.4741.510.0910618-172.91009.981.2710.033069.4847.520.09570由表4-9可知，23层栓口压力为51.51mH2O>50mH2O，则应该采用减压设备。1.1.2消防水池消防水池是人工建造的储水设施，供固定或移动消防水泵取水，有出水管、进水管、泄水管、溢流管和水位信号装置。由上文可知室内消火栓用水量为20L/s，室外消火栓用水量为15L/s，火灾持续时间为2hREF_Ref4266\r\h[11]。假设发生火灾时不考虑补充水量，所以消防水池有效容积为：（4-23）Qs：室内消火栓用水量，QP：室外消火栓用水量，将上文数据代入公式4-23得，所以消防水池的有效容积为252m³。1.5高位消防水箱增压稳压设备当消火栓压力过低，不能起到室内消火栓灭火的作用，则需要设置增压稳压设备，结合建筑物的实际情况选择气压水罐稳压设备REF_Ref23147\r\h[19]。增压系统启动时最低工作压力P1假设增压系统水头损失为2mH（4-24）式中：为高位消防水箱高度，m：为最不利小伙栓高度，m气压水罐初始压力P01）结合建筑物的实际情况选用立式气压水罐，气压水罐的容积系数计算气压水罐总容积V：（4-25）式中V:消防气压水罐总容积，Vxf：消防水总容积，等于消防储水容积、稳压水容积、缓冲水容积之和，Vx:消防储水容积对消火栓消防而言Vs:稳压水容积，要计算V值先假定ab：工作压力比，宜为0.5-0.9，本文取代入后得：最低工作压力P1下水罐内空气容积（4-26）最高工作压力P2（4-27）（4-28）稳压泵启动压力PS1下罐内空气容积（4-29）（4-30）假定工况下缓冲水容积V’（4-31）由于计算结果与假定V∆P=0.03m3不同，所以需要各计算结果分别为：VxfV=1.87V1VVS1V由于V''∆P与V稳压泵停止压力PS2下罐内空气容积（4-32）（4-33）校核该稳压泵水容积VS（4-34）由于稳压容积Vx=0.13m3确定气压水罐尺寸查阅资料可知，当V=1.87m3时，选用1200mm的气压水罐REF_Ref13938\r\h[20]。两端封头容积为：圆柱形段容积为：圆柱形段长度为：确定气压水罐中各工况的水位查阅资料可知，D=1200mm时，ℎg=0.25m，V=0.255m3REF_Ref13938\r\h[20]，则相应最低工作压力P1水位则ℎ1符合要求求相应消防主泵压力P2水位ℎ求相应稳压泵开启压力PS1水位求相应稳压泵停止压力PS2水位ℎ结合计算结果和建筑物的实际情况以及通过查阅公安部GOA-20《消防气压给水设备的性能要求和实验方法》REF_Ref15101\r\h[21]和《国家建筑标准设计图集》（17S25）REF_Ref15128\r\h[22]选用ZW（L）-1-X-13立式隔膜式气压水罐，规格为XQG1000×0.6，容积为300L，相对应的水泵型号为25LG3-10×4，N=1.5kW，运行压力为PS1=0.35MPa，PS2=0.4MPa。1.6减压措施1.6.1减压稳压型消火栓当室内消火栓栓口压力过大，反向冲击力很大会导致增加灭火的难度，所以应该对消火栓栓口采用减压设置，结合实际情况以及消火栓的类型采用减压稳压型消火栓。1）由表4-7、表4-8和表4-13可知，31-17层和7-1层室内消火栓栓口压力过大需要采取减压措施，则室内消火栓类别选用减压稳压型消火栓。其相应栓口压力详见表4-10。表4-1031-17层和7-1层室内消火栓栓口压力楼层3130292827262524栓前压力50.3452.8655.4457.9560.5363.0365.5968.06楼层23222120191817栓前压力70.5873.1475.6278.1380.6883.2885.77楼层7654321动水压力52.9555.9358.9261.9161.9167.9170.922）确定型号，因为不同室内消火栓栓口压力选用不同的减压稳压型类别，详见下表4-11REF_Ref12333\r\h[13]。表4-11减压稳压性能及流量减压稳压类别进水口压力出水口压力流量Ⅰ0.5-0.80.25-0.40Ⅱ0.7-1.20.35-0.45Ⅲ0.7-1.60.35-0.45结合表4-10和表4-11以及实际情况，31-20层和7-1层的减压稳压型消火栓应该选用SNW65-Ⅰ,而19-17层的减压稳压型消火栓应该选用SNW65-Ⅱ。由图4-5减压稳压型消火栓特性曲线可以得出31-17层和7-1层使用减压稳压型消火栓的栓口压力。图4-5减压稳压型消火栓特性曲线31-17层和7-1层使用减压稳压消火栓的栓口压力结果详见表4-12。表4-1231-17层和7-1层减压稳压消火栓的栓口压力楼层3130292827262524栓前压力50.3452.8655.4457.9560.5363.0365.5968.06栓后压力26.6526.9027.2027.4027.7027.9028.1528.40楼层23222120191817栓前压力70.5873.1475.6278.1380.6883.2885.77栓后压力28.6528.8529.1529.4029.6529.9030.15楼层7654321栓前压力52.9555.9358.9261.9161.9167.9170.92栓后压力26.9027.2027.5027.7528.1028.3528.681.6.2减压阀在系统试运行或火灾初始时，因为开启的消火栓数量少或仅为一支枪，这就产生了因消防水泵能力过大而引起系统的超压。为了使设计既满足规范的相关要求，同时又尽量避免消火栓系统发生超压现象，需要选择合适的减压阀REF_Ref13299\r\h[23]，结合实际情况考虑选用比例式减压阀。水箱供水工况减压阀阀前压力：（4-35）式中：最不利点消火栓栓口压力，mH：消防水箱到消火栓的管路总水头损失与消火栓至消防水箱最低水位的，mH2OH1:最不利点消火栓至减压阀的几何压力差，减压阀阀后压力：（4-36）式中H2：最不利点消火栓至减压阀的几何压力差，水泵供水工况减压阀阀前压力：（4-37）式中H3