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99%消防泵房、水池设计经常犯错问题99例(三)

来源:刘植蓬设计原创研究作者:刘植蓬 发布时间:2020-10-26 08:41:41 点击: 0

一、当室外采用临时压消防给水系统时,且消防泵不其他系统合用必须采用稳压泵维持系统的充水和压力,也可采用消防水箱,但必须是独立出水管稳压。

室外消火栓泵独立设置,相当于室外系统独立设置,按《消水规》6.1.7,宜采用稳压泵维持系统的充水和压力也可采用消防水箱,但必须是独立出水管稳压。

《消水规》6.1.6当室外采用高压或临时高压消防给水系统时,宜与室内消防给水系统合用。《图示》展示一种比较少见的形式(见下图图8),提示3说明适用于室内消火栓系统扬程很高的建筑,室外消火栓泵由流量开关自动启泵。

 

                                                  图8

一些设计采用这种方式,存在较大隐患。

1.与《消水规》6.1.7矛盾。

此示例中,室内外消火栓管网及泵组都各自独立,并不存在合用情况。《消水规》6.1.7 规定,独立的室外临时高压消防给水系统宜采用稳压泵维持系统的充水和压力。此图示违反6.1.7规定,或者说是偷换概念,愿意采用稳压泵方式就是独立系统需用不愿意用,就不是独立系统不需用。

消防系统是否合用,主要按消防泵和管网是否独立衡量,如独立喷淋和消火栓系统,常常合用消防水池、屋顶水箱、稳压设备。同理,独立的室内外消火栓系统,按消防泵和管网是否独立衡量,允许合用消防水池、屋顶水箱和稳压设备可以判断图示违反《消水规》6.1.7 

2.仅靠流量开关,不能保证自动启泵。

当需要从室外管网通过消防车泵送至室内管网时,往往是室内消火栓泵失效的情况,屋顶水箱和室内管网不一定有水,打开室外栓,系统并不产生流量,自动控制无法进行。室外系统是失效室内系统的保障措施,这种保障措施不能依靠失效系统来启动。通俗地讲,不能依靠昏迷病人喊醒熟睡的医生起来做手术。

3.最关键问题:室外管网向室内管网供水产生回流

当消防车从室外消火栓抽水向室内消火栓管网泵送时,整个系统就成了一个部分循环系统,循环流量所占消防车车载消防泵流量的比例,与室外栓泵扬程、减压阀后设定压力、以及减压阀组、消防车、室外栓泵距离产生水力损失有关。不管循环流量所占比例多少,最终影响室内消火栓出水灭火。

自动启泵可以通过其他方法改良,但管网回流不能起到正常供水目的,造成此系统方式不可行。

二、水锤吸纳器规格偏小

大部分设计,水锤吸纳器设计存在空白,规格选用没有计算。

根据CJ/T 300-2013《建筑给水水锤吸纳器》7.10.1,缓冲气压腔最小容积由(1)计算确定:

 

 

某项目消火栓泵40L/S,出水干管无缝钢管D159x5(A=0.00548m3),长400m,消防泵H=1.6MPa。u=2.294m/s,采用活塞式水锤吸纳器,与出水管同管径DN150。

式中:    

    V——缓冲气压腔最小容积,单位为立方米(m3);

   A——水管过流断面截面积;单位为平方米(m2);

   L——输水管总长,单位为米(m);

u——介质平均流速,单位为米每秒(m/s);

n——绝热指数(充空气n=1.2);

P1——系统工作压力1.6MPa 

P2——管路允许水锤时最高压力峰值,消水规最高1.4P1

经计算,V=0.0002x0.00548x400x2.294x2.294/1.6x0.0577=0.0248m3。即24.8L,常见的活塞式水锤吸纳器容积,DN150为7L左右,DN200为14L左右,明显选用DN150水锤吸纳器与计算结果相差太远,不合适,得采用DN300水锤吸纳器(或4个DN150)。

从公(1)反算,当V减半时,P22P1,再减半,P24P1

若消防泵Q=30L/S,u=1.72(m/s),同时其他参数不变,经计算V=0.0085m3,可以选用一个DN150水锤吸纳器。

当水锤吸纳器充氮气时,绝热指数n=1.4,基本上计算容积减半,上例中,计算容积降为12L,在设置防水锤止回阀的前提下,一用一备消防泵组,每台泵各自设置一个DN150水锤吸纳器没问题。

充氮气与冲空气成本差小,可忽略,推荐采用,避免选用过大管径

常规设计,止回阀采用带有减小水锤作用的止回阀,已经大大降低了水锤的峰值,与水锤吸纳器配合使用,水锤吸纳器应允许降低要求,但尚缺乏具体测试和研究成果,个人保守建议仅可略微降低。

三、设计成果应提供明确水锤吸纳器选型和规格,提供材料表,并且参数正确。不能简单示意,也不能设于出水干管上,宜采用活塞式水锤吸纳器。

每个项目的输水管长度不同、设计流速不同,应根据计算结果确定选材信息。

绝大部分设计没有水锤吸纳器选型,最多仅表示位置和管径,一些设计将其置于出水干管上(见下图图9)。图9中位置,只适合胶胆式吸纳器,而这种胶胆式吸纳器,体积大,缓冲气压腔容积却很小,许多项目不能满足计算要求。

                        图9

四、水锤吸纳器前漏设检修阀门

不少设计漏设检修阀,甚至还有人提出疑问,是否不设阀门防止误关闭?

水锤吸纳器存在充气阀关闭不严或其他原因,造成空气不断被压力水挤压而泄放,缓冲气压腔容积越来越小,需要定期充气,因此必须设置检修阀门,为防止误关闭,必须采用带关闭指示阀门或信号阀。 下图图10为活塞式水锤吸纳器。

 

                                        10

当水锤吸纳器设于消防泵出水管控制阀前(见前图图3和图9),也可以不设阀门,检查时,关闭控制阀,并开启消防泵放气阀泄气(水)降压,并可观测准确气压。 

五、检修阀与水锤吸纳器之间需设放水阀,方能检查吸纳器的气压

若不设,不管缓冲气压腔是否漏气,活塞移动,气压腔压力仍是是系统管网的常态压力,难以发现漏气,每月一次的气压巡查,不能发现问题。只有通过放水阀放水,活塞水压侧压力为0,压力表才能反映真正的气压腔气压。

胶胆式吸纳器亦然,但按前图图3和图9设于消防泵出水管控制阀前,可以利用消防泵放气阀不设放水阀。

六、先导式泄压阀不能代替水锤吸纳器。

1. 建筑给水系统比较适合采用囊式水锤吸纳器

由于水的微小压缩性能,才能产生水锤且水锤产生产生较大的破坏力20摄氏度,1个标准大气压时,将水压缩减小0.4%的体积,其压力上升近10倍,但气体压缩减小0.4%的体积,其压力上升可忽略不计。囊式水锤吸纳器通过气体压缩和扩张来避免水的压缩扩张,大大降低管道内压力。

当系统管径大,管路长,水泵扬程高,囊式水锤吸纳器的气囊体积相应需要很大(见上述计算),此时使用囊式水锤吸纳器不合适,而建筑给水系统一般管径小于DN300,管路也不长,比较适合采用囊式水锤吸纳器。

2. 先导式持压、泄压阀不能消除水锤,水锤产生的瞬时高压时间极短而且水波速度快(1300m/s),泄压阀尚未开启,多次冲击波已经来而复返。

泄压阀的开启需要一定的时间控制腔排水时间,因此其无法消除水锤的瞬时高压水锤第一波波峰冲击后瞬时降压负压(波谷)波峰时泄压阀来不及开启,波谷不会开启,若第一波水锤未造成管道破裂,泄压阀在第二波冲击到来时同样来不及开启造成管道形成二次瞬时高压并继续震荡下去

3. 若为闭式管网,水锤产生高压若能及时打开阀门阀芯,先导式泄压阀的泄流量比较大,管网上部形成真空,第一波水锤结束后由于真空的吸力,水锤的震荡衰减程度小,延迟水锤的存在时间,系统的薄弱环节受到更多次的冲击更容易损坏。

4. 要让泄压阀起作用,只有让水锤周期延长

当泄压阀附近有气压罐、囊式水锤吸纳器,会延迟水击周期,泄压阀与之配合能够加大防水击效果,这种方法已经取得一定的研究成果。

5. 大流量及特长、特大管路系统消除水锤采用水击泄压阀。

根据上述计算公式,若管长不是400米,而是40km,等等,囊式水锤吸纳器计算容积可以是上例的几千几万倍,不可能制作几百立方米的吸纳器,已经不适合采用,需要另行选择一种能瞬时开启的来解决上述问题种泄称为水击泄见下图图11

水击泄也是先导式阀芯开启闭合的反应时间一般只有几毫秒,这是与用于防止低流量过热的先导式的根本区别。

 

                       图11

七、水泵吸水口压力大或者存在一定的范围变化,消防泵房设计,需要按最不利工况设计,且必须核算不同工况的各种设计参数,选用合适的材料设备压力等级和设计参数、规格。

消防泵吸水口压力大且变化的情况,常见的有三种:一是直接接市政,二是消防水池高于泵房,如地下一、二层贯通设消防水池,水位差高达5m或以上,或者地下一设消防水池,地下二层设泵房,吸水口水压最高近10m。三是消防泵直接从常高压消防系统管网抽水,山地项目,区域消防系统部分采用常高压,地势高且楼层高部分局部采用临时高压。

这种情况,选泵扬程按最不利吸口压力计算,但绝大部分工况,吸口压力远大于最不利压力,造成消防泵出口压力远大于计算压力,而相应的材料设备压力等级没有提高,设计参数也没有相应调整。

如某项目,山顶水池最高水位与消火栓泵高差30m,最低水位27米,距离200m,共用管网管径DN300,局部区域为9层住宅楼附带裙楼会所、国医馆、健身中心和充电桩地下车库,室外30L/S,室内消火栓系统25L/S,泡沫喷淋80L/S需加压室内外设计最大总流量110L/S(地下室消火栓10L/S、20L/S),1000i=8.3m,按设计流量计算输水管水力损失0.26MPa,临时高压消火栓系统计算压力0.65MPa,由于计算工况,吸水口压力为0.01MPa,所以选泵扬程0.7MPa,泵流量25L/S(见下图图12)。

                    图12

泄压阀的整定压力,若按设计工况选择,可选0.80MPa,回座压力>0.65MPa,没问题,但当住宅火灾时,喷淋没有启用,室外系统也没有启用时,室内消火栓流量只有10L/S,输水管水力损失不到计算工况的1%,可以忽略。泵后系统超压,导致泄压阀动作,消火栓泵流量增加,灭火流量加上泄流量共达到150%Q时,其泵扬程0.62MPa,输水管水力损失0.02MPa,加上泵前压力,系统实际压力0.9MPa,高于泄压阀排放压力(Pd),基本上消防泵一启动,泄压阀就关闭不了,流量大于1.5Q。产生如下问题:1.浪费大量消防蓄水(高差大不能回流);2.泵房容易淹水;3流量过大,超过消防泵测试工况点,若采用立式泵,水泵电机很可能过载烧毁。

当建筑不设消防水池,消防泵从直接连接市政管的室外消防管网吸水时,也同样存在上述问题。

  解决问题的方法建议如下:

1.按最高压力工况选用合适的材料设备压力等级和设计参数;

2.消防泵设置泄压回流管,泄压阀排水管接入吸水管;

3.为避免系统不出水,消防泵与泄压阀死循环照样发热,必须再设泄压阀,此泄压阀可比循环泄压阀小1~2级管径,直接排走,整定压力至少高0.02MPa4消防泵电机功率至少加大一级电机,在订货应说明清楚。

八、消防水泵吸水管布置形成气囊

不谈明显的、低级的错误,主要谈两种情况。

一是为满足自灌吸水,泵房标高下降到与水池吸水坑平齐,吸水管若设置喇叭口,顶部基本需高于吸水坑底1.4米以上(DN300),采用旋流防止器,高于吸水坑底1米左右(DN300)。设计者没有核对各种尺寸,直接接至水泵,造成水泵基础需要1米左右的高度方能满足要求,而实际上不允许基础这么高,现场只好下弯连接吸水管形成气囊(见下图图13)。

                       图13

可以与土建设计协调处理,加深集水坑解决问题。专业内部解决,可以在淹没深度超过800mm前提下,将吸水管口45º斜切,不设喇叭口或旋流防止器(见上图图13),但这种方式,一般审图通不过,笔者另行专题讨论。

还有一种解决方式,在水池内拱形管顶钻小孔,前提是水池最低水位高于小孔200mm或以上(参考后面消防水池部分的《连通管弯折》)。

二是吸水管设置Y过滤器,滤网必须向下安装,过滤器顶部形成气囊,管径越大,流速越低,气囊容积越大,尤其是共用吸水管上的过滤器,平时积聚较长气囊(见下图图14)。消防泵启动后,气体带进泵腔,对运行中的消防泵产生严重影响。

建议吸水管不设过滤器,设于其他位置,如报警阀前等。当吸水管必须设置过滤器,尽量不设在共用吸水管上,且不宜使用Y形过滤器,可采用篮式过滤器(见下图图15)

                      图14

                     图15

九、吸水管设置自动排气阀

些设计,吸水管存在弯折(如上述情况),为了避免吸水管形成气囊,于水池外吸水管弯折最高处设置自动排气阀。虽然平时没有使用,可以自动排走管内气体,但消防泵运行时,吸水管大部分时间内是负压状态,只要管内有微小气泡,就会造成自动排气阀开启并吸气,造成水泵汽蚀。

十、采用吸水管过滤器,吸水管安装高度不足

采用上述Y形过滤器,由于滤网必须向下安装,且需要考虑拔出空间,如一些产品,DN200规格H1约700mm左右(H1见上图图14,10),很多吸水管底距地仅250,滤网偏转与竖直面成45°仍不能拔出。另一种情况,一些设计为避免形成气囊,改用篮式过滤器,大部分产品H1也是600mm左右,也存在滤篮嵌进地板的问题。

解决办法:同上,建议吸水管不设过滤器,当吸水管必须设置过滤器,抬高吸水管距地高差,或定制H1满足安装要求的产品

 
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