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城市轨道交通工程临高压消防给水

 【摘要】轨道交通工程采用临高压给水系统,设置消防给水泵房和消防水池,消防泵房内设置消防主泵、稳压泵和气压罐。合理的给水方式应是来两种:①消防主泵+高位消防水箱给水方式;②消防主泵+稳压泵+代替高位消防水箱的气压罐给水方式。只有这两种给水方式才是满足规范要求的。

【关键词】临高压给水系统;气压罐;高位消防水箱

1消防主泵+稳压泵+气压罐+消防水池

该给水方式通常在地下站的地下一层或高架站的地面层设置消防给水泵房和消防水池,消防泵房内设置消防主泵、稳压泵和气压罐。由城市给水管网向消防水池供水,平时稳压泵与气压罐配合,根据室内消防给水管网压力进行启停,以保证消防给水管网的压力,避免因泄漏水等原因造成的管网失压,并提供火灾初期用水,消防时管网大量失水,当管网压力下降到设定值时,消防主泵启动,对管网进行补水。具体的说来,以采用该种消防给水方式的某城市地铁某线某站为例,本站为地下二层车站,车站设置室内消火栓系统,地下一层C号通道处设置有效容积为144m3的消防水池和消防泵房。根据计算车站最不利点消火栓所需压力P1为0.30MPa,因此泵房内设置两台消防主泵(Q=20L/s,H=30m)、两台消防稳压泵和一台气压罐。而对于该站稳压泵和气压罐的选用,我们首先要弄明白稳压泵和气压罐配合的这套稳压给水装置的工作原理和其与消防主泵之间的工作关系:水通过消防稳压泵加压进入气压罐,使气压罐胶囊内充满高压水并与消防给水系统管网联通,罐壁与胶囊之间则充满了一定量的压缩空气,压缩空气的压力与胶囊内的水压力相等。当管网无泄漏时,管网和胶囊内水的压力恒定,压缩空气的压力也恒定,两者压力相等并维持平衡。当管网泄漏时,管网和胶囊内水压力下降,此时压缩空气的压力大于管网和胶囊内水的压力,压缩空气挤压胶囊使其出水补充管网的泄漏量,同时胶囊的容积逐渐缩小,压缩空气的容积则相应膨胀而压力下降,管网和胶囊内水的压力也随之下降;当管网和胶囊内水的压力下降当P3值时,稳压泵启动,一方面向管网补水,另一方面使胶囊充水,管网和胶囊内水的压力随之升高,同时压缩空气的容积相应减小、压力升高;当管网和胶囊内水的压力升高至P4值时,稳压泵停泵。如此循环往复,使管网和胶囊内水的压力维持在P3和P4值之间。而根据经验,消防主泵从启动到正常运转约需要30s的时间,气压罐的调节容积应满足2支水枪或5个喷头30s的消防用水量,该气压罐的调节容积为两支水枪30s的用水量,即300L。当发生火灾时,消防给水管网大量失水,管网和胶囊内水的水压急剧下降,当下降至P3值时,稳压泵启动,但稳压泵供水量已无法弥补消防给水管网的失水量(根据《高层民用建筑设计防火规范》7.4.8.1“增压水泵的出水量,对消火栓给水系统不应大于5L/s,对自动喷水灭火系统不应大于1L/s。”),管网和胶囊内水的水压继续下降,当下降至P2值时,消防主泵启动,同时稳压泵停泵。那么如何确定P1、P2、P3和P4值呢?上文中已提到P1值即为消防给水管网最不利点设备所需要的压力,对应太平村站即为0.30MPa;P2值为消防主泵启动压力,该值与气压罐的工作压力比有关,通过图集《消防增压稳压设备选用与安装》我们可以查到,该P1值对应的气压罐工作压力比为0.80。根据《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》2.7.18的公式,我们可以计算得出P2=(P1+0.098)/0.8-0.098=0.4MPa;P3值为稳压泵启动压力,同样根据《消防增压稳压设备选用与安装》P3=P2+(0.02~0.03)=0.43MPa;P4值为稳压泵停泵压力,同样根据《消防增压稳压设备选用与安装》P4=P3+(0.05~0.06)=0.49MPa。稳压泵的高扬程应以(P3+P4)/2时,水泵取高效区取值。因此针对本站,其泵房内设置两台消防稳压泵(Q=5L/s,H=45m)和一台调节容积为300L的气压罐。说到这里,有一个问题不得不提。《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》中规定:消防给水为临高压给水系统时,应设置消防水箱(包括气压水罐、水塔、分区给水系统的分区水箱),且应保证火灾初期10min的室内消防用水量。上述临高压给水系统中的气压罐调节容积仅为300L,很明显无法满足该规范的要求。那么上诉的消防给水系统是否存在问题呢?根据《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》7.4.3.5“气压水罐一般可分为两种形式,第一种是屋顶消防水箱设置高度不能满足要求时,而设的稳压气压罐;第二种是代替临高压消防给水系统屋顶消防水箱的气压水罐”。很显然太平村在这里的气压罐应为第二种情况,即代替高位消防水箱的气压罐。那么该气压罐则应满足太平村站消火栓给水系统10min的消防用水量,如果这样气压罐的调节容积将达到12m3。即使套用《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》7.4.3.5.2条“对于24m以下的设有中轻危险等级的自动喷水灭火系统的建筑物,当采用临时高压消防给水系统时,且无条件设置屋顶消防水箱时,可采用5L/s流量的气压给水设备供应10min初期用水量,即气压罐的调节容积为3m3”,气压罐的体积也明显变大,不适合地铁车站的使用,更何况本站也不满足“设有中轻危险等级的自动喷水灭火系统的建筑物”的条件。而且受稳压泵流量的限制(对消火栓给水系统不应大于5L/s,对自动喷水灭火系统不应大于1L/s),该消火栓给水系统是无法满足本站火灾初期前10min的消防用水量的。那么如果我们从城市给水管网再接出一路给水管,增加一路引入管,直接与站内室内消火栓环网相接,用城市给水管网代替高位消防水箱的作用效果会如何喃?由于城市给水管网水压无法满足站内最不利点消火栓使用的工作压力,因此并不能取消消防泵房内的稳压泵和气压罐,把其视为上段文字中的第一种情况的“稳压气压罐”。这样是否又满足规范的要求了呢?由于作为代替高位消防水箱的该引入管水压不足,在稳压泵运行时,室内消火栓管网的压力是大于该引入管的,这就造成了,其仍然无法提供火灾初期前10min的消防用水,该方案也是有问题的。从此问题延伸到民用建筑,笔者认为规范出现了个一个矛盾不可协调的问题:即规范要求“增压水泵的出水量,对消火栓给水系统不应大于5L/s,对自动喷水灭火系统不应大于1L/s”,笔者认为其控制最大流量主要是为了提高整个系统的反应时间,但其势必也造成了在无法设置能满足消防水压的高位消防水箱的情况下,整个系统是无法提供火灾前10min的消防用水量的,这是规范自相矛盾的地方。当然笔者水平有限,以上仅是一家之谈,供大家讨论。

2消防主泵+稳压泵+气压罐+直接从城市给水管网抽水

该给水方式与第一种给水方式基本相同,仅是在水源上发生了变化,由消防水池取水变成了从城市给水管网直接取水。该给水方式最大的特点就是能合理利用城市给水管网的压力,降低消防水泵、稳压泵等的扬程,减少能耗,如某地铁某线的高架车站均采用该方式。其计算的过程也与第一种给水方式相同,只是在选泵时需要减去城市给水管网的压力,再确定扬程。该给水方式也同样存在第一种给水方式的问题,即无法设置高位消防水箱,利用气压罐稳压,满足消防环网最不利点消火栓的工作压力,但无法提供火灾初期前10min的室内消防用水量。

3只设置消防主泵

该给水方式笔者仅在某城市地铁某线接触过。消防水泵直接从城市给水管网抽水,加压后供给室内消防环网。笔者认为该种给水方式在消防时能及时提供消防用水,并保证整个环网的工作压力,但在平时发生管网渗漏等情况下,第一并不能及时发现环网失压,平时管网维持在低压,且在火灾时消防水泵开泵前,无法提供系统的消防用水,第二即使调整水泵的启动压力值,也会造成消防主泵频繁启动,降低设备的使用寿命,是不合理的。

4消防主泵+稳压泵+气压罐+消防水池+高位消防水箱

该给水方式在城市轨道交通工程中,一般仅用在车辆段和停车场等有大型建筑物的位置,其与民建的设计基本一致,因此笔者不再详述。

5结语

城市轨道交通工程的消防给水设计其实与民用建筑的消防给水设计基本是类同的,本文就其消防给水方式中的临高压给水系统进行了介绍和讨论。笔者认为临高压消防给水系统合理的给水方式应是来两种:①消防主泵+高位消防水箱给水方式;②消防主泵+稳压泵+代替高位消防水箱的气压罐给水方式。只有这两种给水方式才是满足规范要求的。同时,笔者认为稳压泵的流量上限是有问题的。当然,该增压稳压方式已实际使用了多年,并未出现问题。因此上文仅为笔者个人的一些看法,供大家讨论。

参考文献

[1]全国民用建筑工程设计技术措施给水排水.

 

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