高層建筑消防給水系統幾個問題的討論
高層建筑消防給水系統幾個問題的討論
隨著我國經濟建設的迅速發展，城市中的高層、超高層建筑大量涌現，其消防安全問題越來越受到人們的重視。近幾年來，筆者在消防工程的施工、調試、驗收以及使用中，發現一些問題，現提出來進行探討，以便共同促進消防事業的發展，不當之處請批評指正。
1 消防給水系統超壓問題
《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045—95(2001年版)7．5．6規定：“高層建筑消防給水系統應采取防超壓措施”。這是我國第一次將防超壓措施列入規范條文。消防給水系統(以下簡稱“系統”)的超壓是指“系統”內的水壓超過其工作壓力限值，造成管道、配件、附件、器材和設備的損壞，影響“系統”正常運行的現象。在設計和施工中，應對高層建筑“系統”的超壓問題引起注意，并采取有效的對策進行預防。
引起“系統”超壓的原因
(1)按設計流量選用消防水泵，在火災初期消火栓的實際使用數和自動噴水滅火系統的噴頭實際開啟數都比規范規定的數量少，其實際消防用水量遠小于水泵選定的流量值，另外消防水泵在實驗和檢查時，水泵出水量也較少，若選用一般水泵，由于其流量—揚程曲線較陡直，因此，管網的壓力升高而出現超壓現象。
(2)“系統”設置不恰當。高層建筑“系統”主要有消火栓系統和自動噴水滅火系統兩大類。在實際工程中，可以見到這樣做法：兩個系統本應分別設置工作泵，但為節省投資和少占地而共用一臺備用泵。由于兩系統對水量、水壓要求各不相同，管網布置差別更大，分別設置的工作泵型號不同，按消防規范規定，消防備用泵的工作能力不應小于其中最大一臺消防工作泵。當水壓要求低的消防系統工作泵有故障時，由消防備用泵供水而出現超壓。
(3)高層建筑消防給水系統豎向分區時，采用減壓閥分區給水方式，有的工程把這種半獨立的上區和下區分開使用水泵接合器，誤用消防車中壓出口達到1～2 MPa的相對高壓水流接通下區接合器時，下區會出現超壓。某大廈的上、下區系統就是分開使用水泵接合器的，采用減壓閥進行分區。例如十層以下屬下區，十一層以上屬上區的某大廈十層以下凌晨著火，忙中出錯，誤用1～2MPa的中壓泵向下區接合器加壓送水，就會引發下區系統超壓問題。
(4)消防車的相對高揚程中壓泵通過水泵接合器向室內消防給水管網供水，若在管網上不采取減壓措施，將造成超壓。
2 “系統”防超壓措施
由于“高層建筑消防給水系統”超壓會嚴重影響管網的安全使用，如直流水槍難以控制，消火栓與水龍帶接口易漏水，影響噴頭的滅火效果等等，因此，應采用技術措施防止系統超壓。目前工程中常采用的防超壓措施有如下幾種：
2．1 正確設置消防水泵
2．1．1 選用流量—揚程曲線平緩的水泵，其中值得推薦的是：建筑消防特種泵(原名切線泵)。流量—揚程曲線特別平緩，呈恒壓狀態，當系統在零流量或小流量下運行時，系統產生的超壓可以保持在允許范圍之內；而當火場需要超出設計流量時，供水揚程不致于大幅度下降，仍能保證一定的充實水柱進行滅火。
2．1． 2 采用多臺水泵，小流量時小水泵運行或單泵運行，大流量時大泵運行或多泵并聯運行，保證火災現場所需要的流量而不產生超壓現象。
2．1．3 采用恒壓變流量變頻調速水泵供水，使水泵供水壓力在流量變化時保持恒定。
2．2 合理的豎向分區
2．2．1 管網豎向分區時，適當留有余地降低分區給水壓力值(小于0.8MPa)；或按0.8MPa值進行豎向分區，并采取相應有效的減壓措施。
2．2．2 獨立分區給水系統(即并聯式分區給水系統)。根據系統壓力對消火栓給水進行分區，分上下兩個或上中下三個給水分區，由不同的水泵機組根據需要提供不同的壓力。每個供水分區的幾何高差一般不超過50m。這樣就可以避免為滿足上部最不利點出水壓力而造成底部幾層超壓的現象。這種系統的缺點是造價較高，自動控制系統和施工較為繁瑣。
2．2．3 串聯分區給水系統。這種方式多用于高層建筑。從水泵型號選配、供水管道的受壓程度和節約能源等方面來看，該系統都優于前一種系統。其缺點是，如果下部主干管出現故障，就會直接影響上下兩區供水。
2．3 正確布置“系統”
高層建筑消火栓系統和自動噴水滅火系統應分開設置。由于兩種系統作用時間不同，壓力要求不同等原因，兩系統若共用水泵作消防供水，在小流量情況下工作時，產生的超壓值比較大，容易出現安全事故。
2．4 使用可調式減壓閥控制系統壓力
對采用減壓閥分區的給水方式，當有可能因減壓閥故障而造成超過額定壓力1.5倍時，采用可調式減壓閥串聯設置方式。可調式減壓閥可以起到穩壓作用，只要給它設定一閥后壓力，那么不管壓力變化如何，都不影響閥后的工作壓力。因此可調式減壓閥后的管網就不會出現超壓現象，但安裝時，一定注意減壓閥的安裝方向，如安裝不當，會使管網由環狀變為枝狀管網，降低供水的可靠性。為解決這一問題，可按圖1所示的方式聯接管網，以保證任意一個消火栓均有兩個來水方向供水。為避免閥后因動壓系數改變導致分區最高最遠點壓力不足的現象，減壓閥宜設置在制高點，以有利的下給方式供水。
2．5 采取相應泄壓和穩壓設施
泄壓和穩壓設施有安全泄壓閥、穩壓泵、氣壓罐等。如圖2所示，可以解決檢查、試驗消防泵時產生的超壓以及小流量供水或靜揚程驟升產生的超壓，還有停泵產生水錘造成的超壓和消防車給管網加壓時造成的超壓。這種方法現在使用比較多，只是一次性投資多一些。
3 “系統”停泵水錘問題
“系統”停泵水錘是水錘現象中的一種，是指當水泵機組因突然失電或其它原因停機時，水泵及管路中水流速度發生遞變引起壓力突變稱為停泵水錘。停泵水錘危害極大，有時會造成管路破裂、閥門崩開、管道接頭斷開、泵房淹沒的重大事故。某大廈就發生過水泵出口的止回閥崩裂。
由于停泵水錘可能導致泵站和管道發生嚴重事故，因此有必要根據具體情況采取相應的措施消除停泵水錘或消減水錘壓力。一般措施主要有：
(1)增大管道管徑以降低給水管道的流速，可在一定程度上降低水錘壓力。但增大管道管徑會增加工程投資。
(2)給水管線布置時，應盡量避免出現駝峰或坡度劇變。
(3)選用轉動慣量較大水泵或加裝有足夠慣性的飛輪，從而降低水錘值。
(4)設置水錘消除裝置，如安裝水錘消除器，或采用多功能水泵控制閥等。某大廈就把原安裝的旋啟式止回閥換成多功能水泵控制閥，再沒有發生過事故。
4 “系統”沖洗問題
高層建筑消防給水系統，尤其是自動噴水滅火系統被雜物；堵塞的現象在工程竣工驗收中時有發生。它嚴重影響了管道的通水能力，影響消火栓、水槍及噴頭的正常出水，影響報警閥、水流指示器等設備的正常工作，給消防滅火帶來了危害。堵塞的雜物中主要是水泥塊、石子、泥砂、木眉、焊渣、焊條頭、布頭等，產生這種現象的主要原因是在施工中管道安裝試壓完畢沒有對系統進行沖洗，或未認真地沖洗，或雖沖洗了，但消防管道無排渣能力，使雜物存留在管內。解決的辦法除加強施工管理、防止人為因素使雜物進入管道之外，應在設計上采取措施使管網具有一定的排渣能力，可在各主要立管的下端設置排渣口，供管道沖洗時排除雜物，平時可用刀閥關閉。在水沖洗時，排放管道的截面不應小于被沖洗管道截面的60％，水沖洗流速不應小于3.0m／s，并應連續進行，以目測出口處的水流顏色、透明度與人口處基本一致為合格。
5 “系統”的排氣問題
在消火栓系統和自動噴水滅火系統通水前及檢修放水后，空氣將不可避免地進入消防管道，占據部分空間，排放消防管道空氣的方法，一般是在管道通水時打開部分閥門依靠水將空氣從閥門頂排出。但這種做法存在如下缺陷：
(1)高出閥門的管內空氣無法被水從閥門壓出。
(2)水平管道向上門字形彎管處的空氣無法被水擠壓出去。
上述兩種未排盡的空氣對管內水流形成阻礙，減少管道過水斷面，甚至產生氣塞現象，對滅火效果產生嚴重影響。
防止產生這種現象的較好辦法是：在立管最高點和水平管向上門字形彎管的最高點均設置自動排氣閥，使管內的空氣被水從自動排氣閥處擠壓出來。
6 消防泵不能正常運行
消防泵不經常啟動，而消防泵長時間的不運行，加上環境條件的不理想(諸如潮濕、陰冷)，在一段時間以后，泵軸往往被“咬住”，導致在需要啟動的時候，消防泵無法啟動。工作泵出了問題以后，備用泵按理應自動切換投入運行，但實際情況不然。由于備用泵和工作泵，其型號相同、材質相同、環境相同，當工作泵不能啟動時，備用泵同樣不能啟動。這個問題客觀存在，且相當嚴重，很多工程在筆者回訪時都發現這個問題。
解決消防泵正常運行的措施之一是改善材質，如采用不銹鋼泵軸或水泵整體都用不銹鋼制作。這個辦法的不足在于：不銹鋼泵的型譜圖覆蓋面還不夠廣，不能完全取代其他材質制作的消防泵；此外，不銹鋼材質的壽命和鑄鐵相比，并不顯示出多大的優越性。解決消防泵不正常運行的另一個措施是消防泵維護自檢，即定時強制性運行消防泵，以達到消防泵在滅火時能正常運行的目的。每個月啟動消防泵運行一段時間，檢查消防泵是否正常，能否迅速啟動，同時檢測消防泵的流量和揚程能否滿足滅火的要求。
7 其他
水泵接合器止回閥有裝反的現象。有些水泵接合器安裝在阻礙交通(人行或車輛)的位置，消防車無法接近。有的安裝墻壁式水泵接合器高度超高，且直接安裝在玻璃幕墻下方，這都是施工時不重視、不負責任所造成的。解決的方法是：一方面，施工單位要經常組織施工人員學習規范，了解各方面的技術要求，同時要穩定施工人員，對施工人員定期考核，重點對施工單位技術負責人進行考核。另一方面，各施工單位要提高“系統”質量意識，層層把好關。
8 結束語
以上是高層建筑消防給水系統施工、驗收和使用中幾個常見問題及其對策。只要有關設計單位嚴格按照《高層民用建筑設計防火規范》等進行設計，消防監督機關或工程監理公司加強圖紙審核、施工檢查力度，施工單位嚴格按照設計及有關施工驗收規范進行施 工，根據工程的實際情況，確定相應的對策措施，一定可以減輕或消除高層建筑消防給水系統有關停泵水錘、超壓、堵塞等危害，從而確保消防給水系統的安全。
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