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99%消防泵房、水池设计经常犯错问题99例(四)

来源:刘植蓬设计原创研究作者: 刘植蓬 发布时间:2020-10-26 08:41:54 点击: 0

一、二用一备消防泵,其各自吸水管路不一致,造成吸水管水力损失大小不同,影响并联运行的两台泵实际流量扬程不一致。

泡沫喷淋系统使二用一备消防泵应用非常普遍,一些泵房布置由于空间布置原因,造成三台消防泵各自的吸水管敷设长度、转弯不同,造成在额定流量状态下,吸水管的水头损失差约为2~3kPa,吸水管在负压状态存在微小,造成消防泵的实际流量扬程产生较大的差异,影响并联运行。

当采用共用吸水干管时,由于不同位置的消防泵,吸水路径长短不同,也产生水头损失差,也影响并联运行。

二、二用一备消防泵,其各自吸水管路不应设置过滤器

道理同上,设置过滤器后,由于不同过滤器存在不同的堵塞情况,造成吸水管路存在较大的阻力损失差(极端情况高达30~50kPa),影响并联运行。

三、二用一备消防泵,泵组并联运行流量、扬程小于设计流量、扬程。

泵并联运行,在满足额定压力情况下,泵组额定流量小于所有并联泵额定流量。不同厂家、不同型号参数的消防泵,并联运行流量下降幅度不同。NFPA20和我国标准GB27898.3-2011《固定消防给水设备第3部分:消防增压稳压给水设备》5.5.2.4 并联运行的消防泵组按消防额定工作压力Px供水时流量不应少于单台泵组在此压力下流量之和的90%。也就是合格的二用一备泵组产品,其泵组最低流量可能是1.8Q

但大部分设计,选泵扬程同设计压力,选泵流量是设计流量的1/2,造成选泵流量低于设计流量。

这种情况,建议选泵流量按设计流量的55%~60%选取。并联运行,存在问题较多,尽量不采用。

四、消防泵选泵功率过大,造成机械应急启泵不能实现。

对于大功率消防泵,自动启泵采用降压启泵,避免过大启动电流造成变压器、柴油发电机过载跳闸。机械应急启泵是通过紧急运行手柄或连杆,人工手动操作可施加外力机械地闭合电动机电路开关机构强制启泵,装置与任何控制电路、电磁或类似装置没有关联,机械锁定也不应自动化,而是根据操作人员的意图选定手动闭锁或手动复位。 因此,机械应急启泵是不能通过控制电路降压启泵,全压启泵电流是额定电流的7倍左右,当项目规模不大时,变压器、柴油发电机容量也小,若选泵功率过大,造成机械应急启泵不能实现。

例如某一类高层办公楼,总建筑面积7万平方,高98米,发电机600KW,地下车库泡沫喷淋设计流量60L/S,选泵扬程160m,功率200KW,喷淋干管DN150,选泵功率过大,造成机械应急启泵不能实现。解决措施。可以增大发电机功率到1000KW,但特别浪费,可以优化喷淋系统方案,将地下车库和办公喷淋各自单独设置喷淋泵,喷淋干管DN150不变,车库选泵为60L/S,H=60m,75KW,办公楼选泵为30L/S,H=150m,90KW,600KW发电机还能满足应急启动消防泵要求。

若地下车库不是泡沫喷淋,常规设计流量40L/S,选泵扬程160m,功率132KW,同样优化,车库选泵为40L/S,H=60m,55KW,办公楼选泵为30L/S,H=150m,90KW,也能满足要求。

至于超高层项目,常用大功率消防泵,也难于降低选泵功率,但超高层项目一般采用较大容量的变压器、发电机,建议核算启动电流,不能满足要求时协调解决或选择其他方案。

五、消防泵按高效区右侧工况点选泵,造成消防泵不能满足150%Q时,其出口压力>65%H的规定。

一些国外标准、《消水规》5.1.6及《消防泵》6.4.2.2针对此规定,目的是对电动机的功率限制,保证电动机功率应满足所选水泵流量扬程性能曲线上任何一点运行所需功率的要求。同时,有些国外消防泵还要求流量功率曲线需要一个最大功率拐点,见下图图16。相比较而言,有最大功率拐点,容易实现电动机功率满足流量扬程性能曲线上任何工况点的要求否则,仅满足《消防泵》6.4.2.2立式消防泵很难满足此要求,我国的立式消防泵,在超流量状态下烧毁电机时有发生

竖向不分区区域消防中,由于一类高层住宅塔楼Q=20L/S,多层商业Q=40L/S,一些设计选泵为XBD13/30(30L/S,H=130m),住宅塔楼设计压力1.3MPa对应20L/S,H=135m,多层商业设计压力0.6MPa对应40L/S,H=120m的工况点。多层商业消防泵设计工况点在高效区右侧,造成150%Q60L/S出口压力<65%H多层商业消防出水,仅多用一根水枪,流量45~50L/S很容易导致立式消防泵电机烧毁

但当多层商业通过减压阀减压分区时,40L/S流量时,减压阀阀后静压0.7MPa,额定流量时动压0.65MPa,减压0.55MPa,假若减压阀存在流量150%Q阻力过大,阀前的压力或许减少了0.1~0.2MPa,减压阀阻力损失,根据具体特性曲线,也增加了0.2~0.4MPa,阀后动压,比原来再减少0.3~0.6MPa,阀后动压甚至接近0。也就是说,系统采用减压阀分区,低区一般不会出现过大流量情况,高区由于出水口压力下降,也减少出水量,消防泵基本难以出现150%Q工况

 

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六、为满足自灌启泵,消防水池最低水位高于立式泵出水管中心线的设计毫无意义,延伸下去,最低水位高于电机10米、高于放气阀100米毫无意义,跟自灌是两码事,纯粹是一场文字游戏。而文字游戏,造成整个行业的技术倒退。

1. 什么是自灌启泵

仅找到GB50015-2019《建筑给水排水设计标准》2.1.36“自灌”定义成“水泵启动时水靠重力充入泵体的引水方式”。但这种描述不恰当,泵体”的范围太广,不能准确反映自灌的根本作用,如轴流深井泵,其泵体很长,水靠重力充入泵体多少才能算自灌就不能说清楚。

自灌启泵,也叫自灌式吸水,即就是无需依靠泵自身或其他设备、人力,液体依靠重力进入体,使启泵时未形成负压抽吸之前,完成泵启动到正常运转的情况。

2. 自灌启泵最低要求。

不管是轴流泵、混流泵还是离心泵,只要叶轮流槽空间有液体,且无需充满,就可以通过机械力将液体推向高位或高压区,并能在吸口产生吸入压头,继续抽吸和泵出液体,完成启动、运转。若叶轮流槽空间没液体,则叶轮空转,不能完成启泵,因而自灌启泵的最低要求是叶轮流槽空间有液体。

对于多级泵,最低一级叶轮能够自灌启泵,就有液体推向第二级、第三级到最高一级叶轮的流槽空间,所以多级泵自灌启泵的最低要求是最低一级叶轮流槽空间有液体

3. 什么是吸深、泵基准面?

《消防泵》3.26,吸深是泵基准面和吸入液面之间的高度差。

GB/T7021-2019《离心泵名词术语》3.16进行定义,泵基准面是计算排出、吸入水头时确定位置水头基准的水平面。是通过叶轮叶片进口边的外端所描绘的圆的中心的水平面,车载消防泵一般为卧式泵,泵基准面为通过水泵轴线的水平面。也就是说泵基准面,是开始产生吸力的水平面,自灌式吸水即是吸深0

4. 常见泵泵基准面的所在位置。

按照3.16的定义,卧式泵的泵基准面为泵轴所在水平面(见下图图17),多级泵的泵基准面为最低一级叶轮的中心线所在水平面(见下图图18)。为何不是将叶轮全充满的的水位平面?原因就是无需流道空间全部有液体方能启泵。

             图17

 

                    图18

 

5. 自灌启泵水池最低水位是否应高于立式泵出水管中心线

 

消防水泵应采取自灌式吸水,水池消防蓄水任何水位都能自灌启动,这是共识。按上述内容,可以知道水池最低水位高于消防泵泵基准面,并可自灌。

  但《图示》5.1.12提示2,《指南》提出消防水池满足自灌式启泵的最低水位应高于立式消防水泵出水管中心线,其依据是《消水规》5.1.9.5:“当消防水池最低水位低于离心水泵出水管中心线或水源水位不能保证离心水泵吸水时,可采用轴流深井泵”,反推过来,成了“若不采用轴流深井泵,消防水池最低水位需于离心水泵出水管中心线”。这种逻辑推理是不成立的,5.1.9.5的原文是“非A或非B,可C”反推过来,不能成了“非CA”。

6. 高于立式泵出水管中心线设计的原来意图也未尝不可,但土建设计配合上存在困难。

 

2014年及以前常用的多级立式泵,普遍出水管较高,《图示》《指南》的说法,是在过去立式泵出水管标高较高的前提下的一个保守建议,技术上也更加可靠,见下图图19。

但需要加高水池最低水位,或者消防泵房结构板需加深,这带来不少问题,或者不适合深挖,或者造价较高,或者水池面积不足,等等,个别项目土建专业因技术难度增大、业主因造价增加且多占面积,不同意土建配合设计。

 

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7. 泵厂生产了管道泵式多级立式,解决图示》《指南》要求和土建之间的矛盾,但造成消防泵不能自灌。

 

 

上述原因,低出口泵成为设计首选,当设计压力1.25MPa左右或以下,可采用单级泵,其出水管中心线同吸水管,一般距泵基础100mm左右。若大于此扬程,一般得用多级立式泵消防泵,泵厂为满足此要求,适合市场需求,生产提供管道泵式多级立式泵,立式泵出水管中心线同吸水口,见下图图20但是,若水池水位超过立式泵出水管中心线不多,如仅多了50mm,立式泵第一级叶轮没有水,不能达到自灌要求

  

                        图20

8. 管道泵式多级立式应用存在问题

 

通过上面两处泵体剖面图可以看出:

1.管道式多级立式消防泵,在其叶轮外侧,多做了一圈流道,各级叶轮加压后,不再直接在最高位置出水,而需要从泵内流道下降到底部出水。水泵双壳体设计,增大成本,增大阻力,降低效率。

2.传统的立式泵出口段为最高位置,泵在静止或运行状态,气泡比较容易从出口排出,多级立式消防泵水泵中段高于进出口段,泵腔易集气,需要经常手动放气。

3.当然,采用此泵,只要最低水位高于出水口200mm,也能保证自灌,但关键在于错误技术思路,不应误导整个行业,技术容不得玩文字游戏、玩文字考证。若将消防泵无限升高,消防泵设于塔楼屋顶,泵腔无限延伸到地下三层接水平出口,也是满足地下水池最低水位高于消防泵出水管中心线的说法假如描述成高于消防立式泵电机,也是可以将水泵至于裙楼屋顶,电机设于水池下方,通过软传动连接。同理,卧式泵的放气阀,也可从放气口接100多米高的管道,连接到地下水池下方的阀门,也能满足《图示》5.1.12提示2的要求(低于最低水位)

4.管道式多级立式消防泵的设计和应用,是技术的倒退,其根源在于对自灌启泵的层层错误理解,引导错误的市场需求。

单级泵虽然也是管道式,但其出水管口中心标高与泵基准面(叶轮中心)相同,满足自灌要求,见下图图21 

                      图21

 

七、当存在转输水箱时,转输泵房手抬泵预留吸水接口,不能从输水管接出,需要从转输水箱预留两根吸水管供手抬泵使用。    

错误做法见下图图22(来自《图示》)。 

                     图22

 

  理由:首先,手抬泵与转输泵串联运行,成为一套叠压供水系统,而缺乏叠压控制系统,没有叠压控制系统的串联运行,容易产生转输泵因故停泵而手抬泵空转。其次,当个别时间段手抬泵流量≧转输泵时,接口处负压较大,易从水箱的转输管口吸气,从而产生汽蚀。

   合理做法是从水箱引出吸水管,供手抬泵连接。  

八、转输泵房转输水箱进水管不设置阀门

 

见上图图22,理由: 

1.转输管必须长期处在预启用状态,一用一备,一条检修,另一条管能通过所有流量。

2.在单个转输水箱的情况,此阀门没有任何作用,转输干管检修,只要关闭下级消防泵即可。 

3.此阀门若误关闭,造成灭火时不能转输,系统失效。

九、在转输水箱进水管设置遥控浮球阀

1.转输泵房转输水箱进水管设置遥控浮球阀(见下图图23,设置遥控浮球阀,转输泵必须设置泄压阀火灾初期上区泵用水量小,转输水箱周期性满水,遥控浮球阀关闭,转输管网压力上升泄压,而同时上区泵仍在抽水,遥控浮球阀马上又开启,转输管网流量瞬时加大(泄流量+浮球阀出水量),压力骤降,泄压阀回座,产生频跳现象。不仅容易在灭火过程造成门损坏,也由于系统不稳定,影响灭火。

                        图23

水力控制阀 6.6.1.1要求液位高度达到设定值,浮球浮起,迅速将主阀关闭,6.6.1.2要求DN200关闭时间4~8s。

2. 转输水箱进水管设置遥控浮球阀,下级转输泵设置泄压阀,但泄压阀回座压力小,系统压力不高,不能冲开遥控浮球阀,造成泄压阀一旦开启后就不能关闭,转输水箱不能补水,系统失效。 

   计算转输泵扬程时,只考虑高差、流速水头、水力损失和较小的压力裕量。转输干管管径大(常DN200,水力损失小(40L/S,v=1.22m/s,1000i=8.9m),假如高差50米,下级转输泵H=0.6MPa,遥控浮球阀阀前压力0.15MPa,泄压阀整定压力为0.68MPa,这样,回座压力最低为0.53MPa,泄压阀关闭之前,浮球阀阀前压力不利情况时只有0.03MPa造成压力过低不能开启遥控浮球阀。《水力控制阀 6.6.1.3 要求遥控浮球阀应能在最小工作压差0.05MPa下正常启闭压差0.03MPa不能启闭属于产品正常范围。   

3.转输水箱进水管设置遥控浮球阀,也存在其他问题,也不宜采用直接作用式浮球阀,虽然进水量随开启度变化而变化,不会如遥控浮球阀那样,进水量骤升骤降,但直接作用式浮球阀容易损坏或关闭不严。 

 

问:多栋塔楼转输水箱共用地下转输泵时,进水管如何设置和控制?

普遍存在转输水箱进水管设置遥控浮球阀的设计,原因是多栋塔楼转输水箱(不同标高)共用地下转输泵的需要,任一栋楼火灾,都需要地下转输泵向火灾塔楼转输水箱供水,同时不得向其他塔楼浪费水。技术人员通过设置浮球阀,达到“转输水箱若用水,则自动补水,不用不会补水”的目的,而方式一旦采用且没有异议,则造成整个COPY(设计)行业进行瘟疫式传播,不管多个还是单个水箱,不管任何情况,进水普遍设置遥控浮球阀。

如上所述,不论是没有功能意图的单独水箱,还是存在功能意图的多栋水箱,设置遥控浮球阀存在问题,前者直接取消便可,在转输水箱进水管不设任何阀门,同时水箱设置溢流回流管,下区转输泵也不用设置泄压阀,上下区泵流量差通过溢流回流管回流到低区消防水池。 

多水箱情况,建议采用由转输水箱水位信号自动控制启闭的电动阀取代遥控浮球阀,且增加转输水箱调节容积5~10立方米,即就是关阀信号与开阀信号水位差的容积,避免泄压阀频跳。由于电动阀启闭动力源来自电力,不是水力,避免系统压力变化产生的负面影响。

十、转输水箱进水管遥控浮球阀前,不宜设置DN32旁通进水管取代泄压阀防止低流量,更不能设置旁通进水管,下区转输泵再设泄压阀。

 

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图示(见24)提出消防转输管在遥控浮球阀和蝶阀之间,接出旁通管防低流量做法,对于一些项目是可行的,但实际设计经常存在问题:

1. 转输水箱不设溢流回流管,此水量白白流走。

2. 多转输水箱系统中,所有水箱都出水,降低灭火楼栋的补水量。

3. DN32旁通管出水压力过低,对水箱产生不利影响,也妨碍遥控浮球阀开启。

4. 下区转输泵同时设置泄压阀

按上所述,设置遥控浮球阀和泄压阀存在泄压时不能冲开遥控浮球阀的可能,再设置DN32旁通进水管,加大不能冲开遥控浮球阀的工况范围。

 如上例中,泄压阀开启,系统水泵扬程基本是在0.53MPa~0.73MPa之间当泵出水口压力在0.53~0.55MPa范围内,遥控浮球阀阀前压力<0.05MPa可能不会开启,当压力超过0.55MPa时,由于系统侧管路是零流量,压降为0,阀前压力0.05MPa会将浮球阀冲开,同时总流量加大,消防泵H下降,泄压阀关闭,转输水箱进水。若增设DN32旁通进水管,总流量和系统压力达到一个平衡,当泵出水口压力上升到0.56MPa甚至更高时,系统侧管路不是零流量,是DN32旁通进水管流量,产生压力损失,浮球阀阀前压力仍然小于0.05MPa

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