消防泵啟動若干問題探討研究

郭 濤， 任建平， 李志鵬， 錢紅艷

(北京特種工程設(shè)計研究院，北京100028)

0 引言

消防水泵是消防系統(tǒng)的重要組成部分，在火災(zāi)狀態(tài)下，能否順利啟動，完成消防供水任務(wù)，很大程度上影響到滅火作業(yè)進(jìn)程。 現(xiàn)行相關(guān)國家規(guī)范對于消防水泵的控制啟動都給予明確要求；筆者依據(jù)近幾年完成的消防文件審查及消防驗收過程，就消防水泵控制中存在的幾個問題，做分析探討，力爭使相關(guān)設(shè)計、安裝調(diào)試、維護(hù)管理既滿足規(guī)范要求又貼合實際應(yīng)用，使工程能夠順利通過消防驗收投入使用。

1 濕式自動噴淋泵啟動信號及改進(jìn)

1.1 啟動信號的要求

國家規(guī)范中關(guān)于濕式自動噴淋系統(tǒng)的直接自動啟泵的要求，GB 50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“《噴規(guī)》”)相比GB 50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》 (以下簡稱“《火規(guī)》”)增加了高位消防水箱出水管流量開關(guān)、消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)直接啟泵的條件，同時參考GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“《栓規(guī)》”)相關(guān)規(guī)定，要求消防泵具備機(jī)械應(yīng)急操作功能。 上述3 類直接啟泵信號在國標(biāo)圖集16D303《常用水泵控制電路圖》中已全部兼顧，完全滿足新版《噴規(guī)》要求。

結(jié)合《火規(guī)》、《噴規(guī)》相關(guān)規(guī)定，濕式自動系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖如圖1 所示，包含了規(guī)范要求的濕式自動噴淋泵啟動全要素條件:(1)消防泵房內(nèi)手動啟動及特殊情況下的機(jī)械應(yīng)急啟動；(2)消防控制室手動控制盤“硬拉線”直接啟動；(3)兩個獨立的報警信號“與”邏輯后，由消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動；(4)濕式報警閥壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)、消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)直接啟動等。

圖1 濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖

1.2 啟動信號的合理化應(yīng)用

在具體工程設(shè)計中，電氣設(shè)計人員應(yīng)充分了解消防給水專業(yè)的系統(tǒng)構(gòu)成，特別是對直接啟動消防泵的控制要求，不能全盤照抄規(guī)范中3 個直接自動啟泵的輸入條件，而應(yīng)具體問題具體分析，根據(jù)消防給水專業(yè)設(shè)計人員提出的控制要求，有所優(yōu)化，有所取舍。

1.2.1 流量開關(guān)直接啟泵的缺陷

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范圖示》(修正版)對消防泵的啟動要求進(jìn)行了解讀與示例，表明消防給水系統(tǒng)無論是否設(shè)有穩(wěn)壓泵，直接自動啟泵條件均為高位消防水箱流量開關(guān)、消防泵出水干管上壓力開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)。 然而，在實際工程中單獨采用高位水箱流量開關(guān)作為直接啟泵信號是有缺陷的，主要原因:消防給水系統(tǒng)泄漏在工程實踐中是經(jīng)常存在的，其泄漏量的大小是由管網(wǎng)系統(tǒng)大小、管道敷設(shè)的位置(埋地或地上敷設(shè))、管網(wǎng)采用的材料、施工安裝質(zhì)量及后期維護(hù)管理等多種因素決定的，《栓規(guī)》明確規(guī)定系統(tǒng)的泄漏量可按消防用水量的1%～3%確定，這個泄漏量是根據(jù)工程實踐經(jīng)驗給出的設(shè)計泄漏量，也是系統(tǒng)補(bǔ)水量的依據(jù)，但在工程實際運行中，系統(tǒng)的泄漏量可能大于該設(shè)計值，也可能小于該設(shè)計值。

因此，采用高位水箱出水管流量開關(guān)啟動噴淋泵，其流量開關(guān)動作設(shè)定值是較為復(fù)雜的問題，假如流量開關(guān)動作設(shè)定值為管網(wǎng)設(shè)計泄漏量，當(dāng)實際管網(wǎng)中泄漏量較大時，在噴頭沒有出水時就可能導(dǎo)致流量開關(guān)動作直接啟動消防泵，造成誤啟泵；若流量開關(guān)設(shè)定值太大(假設(shè)為設(shè)計泄漏量加一個噴頭流量)，而管網(wǎng)系統(tǒng)實際泄漏量又較少，一個噴頭出水后還達(dá)不到流量開關(guān)動作設(shè)定值，噴淋泵就不會啟泵，造成責(zé)任事故。 為避免流量開關(guān)連鎖消防泵誤動作，管理人員往往將消防泵控制柜上手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動狀態(tài)，使系統(tǒng)的自動啟動功能完全失效。

1.2.2 壓力開關(guān)易存在單點失效問題

圖1 中，由消防控制室聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動噴淋泵的方式，在《火規(guī)》、《噴規(guī)》中并沒有明確要求，因為濕式噴水滅火系統(tǒng)其火災(zāi)探測部件為閉式噴頭，采用濕式報警閥壓力開關(guān)直接啟泵時，并不依賴火災(zāi)報警系統(tǒng)；即使在設(shè)計、安裝調(diào)試時將聯(lián)動啟動作為啟動條件之一，也是作為噴淋泵直接自動啟動的后備控制。 其具體實現(xiàn)方式為:要求壓力開關(guān)具有物理隔離的兩副觸點，一副觸點用于直接啟動噴淋泵，另一副觸點作為聯(lián)動觸發(fā)信號，與保護(hù)區(qū)內(nèi)火災(zāi)探測器報警信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動噴淋泵。

由于噴淋泵直接自動啟動與消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動用到同一個壓力開關(guān)動作信號，導(dǎo)致實際工程應(yīng)用存在以下隱患:假如濕式報警閥報警水道發(fā)生堵塞或其他原因使壓力開關(guān)不能動作，將會造成壓力開關(guān)不能直接啟泵、聯(lián)動控制也不能啟泵。筆者在進(jìn)行消防驗收時就曾遇到以下情況:為檢驗壓力開關(guān)自動啟泵功能及噴頭出水后多長時間開始啟泵，打開末端試水閥2 min 后，水力警鈴沒有報警聲響，噴淋泵沒有啟動，在消防控制室查閱、打印報警數(shù)據(jù)，也沒查到壓力開關(guān)動作返回信號記錄，經(jīng)與消防給水專業(yè)驗收人員分析，最終確定是濕式報警閥存在問題。

1.3 啟動信號的改進(jìn)

高位消防水箱出水管流量開關(guān)不宜單獨作為直接啟泵信號，但其動作報警信號與濕式報警閥保護(hù)區(qū)內(nèi)火災(zāi)報警信號(火災(zāi)探測器報警/手動報警按鈕)組成“與”邏輯，由消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動噴淋泵，是否可行? 雖然規(guī)范中沒有規(guī)定，但筆者在已完成的消防文件審查及消防驗收中，還沒有相關(guān)工程實例，但個人認(rèn)為這個“與”邏輯聯(lián)動啟動噴淋泵在理論上是可行的。

首先，火災(zāi)發(fā)生基本要經(jīng)過陰燃、起火、高溫燃燒等階段，在火災(zāi)的每個階段，表現(xiàn)的物理特性是不一樣的，如在陰燃階段產(chǎn)生煙霧、在起火階段會產(chǎn)生火光、在燃燒階段產(chǎn)生高溫等，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)都會有相應(yīng)的探測設(shè)備，如陰燃階段感煙探測器會發(fā)出報警，起火階段感光探測器會發(fā)出報警，高溫燃燒階段感溫探測器會發(fā)出報警，噴淋頭閉鎖裝置融化脫落、噴水等；對濕式自動噴淋滅火系統(tǒng)來講，當(dāng)火災(zāi)達(dá)到噴頭閉鎖裝置融化、噴頭出水情況，高位水箱出水管流量開關(guān)也會動作(需消防給水專業(yè)在調(diào)試時配合)，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)必定會收到不同探測設(shè)備發(fā)出的報警信號，將這兩個信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動消防泵，應(yīng)該比傳統(tǒng)的壓力開關(guān)與火災(zāi)探測器/手動報警按鈕報警信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動消防泵理論上更可靠，與濕式報警閥壓力開關(guān)直接啟泵相比(后者經(jīng)過延時繼電器延時)啟動更快，這種聯(lián)動啟動方式可對自動噴淋系統(tǒng)啟泵邏輯進(jìn)行有益補(bǔ)充。 綜上所述，濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖可如圖2 所示進(jìn)行改進(jìn)。

2 消防泵啟動時間及優(yōu)化

圖2 改進(jìn)后濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖

消防水泵應(yīng)確保從接到啟泵信號到水泵正常運轉(zhuǎn)啟動時間≤2min。 當(dāng)工頻直接啟動消防水泵時，從接通電路到水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時間不宜＞30 s(功率≤132 kW)、55 s(功率＞132 kW)。 消防水泵控制柜機(jī)械應(yīng)急啟動時，應(yīng)確保消防水泵在報警后5 min 正常工作。 機(jī)械應(yīng)急啟動是在消防電源正常供電，而自動控制及“硬拉線”手動控制因信號或繼電器故障不能自動或手動啟泵時，由被授權(quán)的人員在消防水泵房內(nèi)進(jìn)行的緊急操作，5 min 包含了操作人員從消防控制室至消防泵房時間、應(yīng)急操作以及消防泵從啟動到正常工作的時間，在一些發(fā)達(dá)國家中規(guī)定接到火警后5 min 內(nèi)啟動消防泵，也是指手動啟動。 由此可見，國內(nèi)外關(guān)于泵房內(nèi)手動應(yīng)急啟動消防泵的時間在規(guī)定上基本是相同的，這是極端情況下發(fā)生的狀況，本文暫不討論。

消防泵啟動屬一般輕載啟動，根據(jù)消防泵功率不同，啟動時間存在一定差異；要精確計算水泵啟動時間相當(dāng)復(fù)雜，工頻情況下水泵最大啟動時間(s)一般可按下式估算:

式中，Pe 為消防水泵額定功率，kW。

據(jù)此，可估算不同功率消防水泵最大啟動時間如表1 所示。

消防泵啟動最大啟動時間 表1

以《常用水泵控制電路圖》控制原理圖XFK-1-2(消防水泵用1 備1)為例，在消防水泵控制柜接到直接啟泵信號后，經(jīng)時間繼電器延時KF3(T1 ＝60s)，接通中間繼電器KA4 后才能真正使控制電器通電吸合啟動消防泵(啟動時間T2，極端情況T2 ＝Tmax)，若主用泵在啟動過程中遇有故障發(fā)生，不能順利完成啟泵，經(jīng)延時繼電器(KF1 或KF2，T3 ＝60 s)，備用泵自動啟動投入運行(T4≤Tmax)，至此，消防泵在主泵故障、備用泵延時自動投入情況下完成啟動；在極端情況下，消防泵控制柜自接到直接啟泵信號，到啟動完成總用時T＝T1＋T2＋T3＋T4。

對于具體工程項目，消防泵的功率在設(shè)計階段已經(jīng)確定，所以在水泵總的啟動時間中T2/ T4 是相對固定的，如果在消防泵控制柜安裝調(diào)試工程中，不對時間繼電器KF3＼KF1＼KF2(延時60s)進(jìn)行調(diào)整，極端情況下，整個消防水泵的啟動時間一定會超過2 min(T1＋T3)，當(dāng)然就不能滿足規(guī)范要求；如果在安裝調(diào)試過程中，將KF3＼KF1＼KF2 延時時間由60 s 調(diào)整為30 s 或更小，對于常見建筑工程中消防泵，即使在上述極端情況下，也能滿足規(guī)范《栓規(guī)》11.0.3 要求。

以132 kW 消防泵為例，依據(jù)XFK-1-2 主要材料表數(shù)據(jù)，KF3＼KF1＼KF2 時間繼電器延時為60s，極端情況下啟泵總用時為:T ＝60＋27＋60＋27 ＝174 s＞120s，不滿足要求。 若將延時繼電器時間調(diào)整為30s，則極端情況下啟泵總用時為:T ＝30＋27＋30＋27＝114 s＜120s，即可滿足要求。 Tmax是估算的消防泵最大啟動時間，在實際工程中應(yīng)用中消防泵啟動時間一般小于Tmax。

火災(zāi)發(fā)生時，建議在保證消防泵能夠安全可靠啟動、正常運行的情況下，在工程設(shè)計時，消防泵主要采用全壓直接啟動方式，在安裝調(diào)試時盡量縮短消防泵啟動時間。

3 消防泵控制柜“硬拉線”控制的改進(jìn)

《栓規(guī)》強(qiáng)制性條文要求“消防水泵控制柜在平時應(yīng)使消防水泵處于自動啟泵狀態(tài)”。 本強(qiáng)制規(guī)定是基于對我國大型社會活動的工程調(diào)研，在檢查中往往發(fā)現(xiàn)消防水泵處于手動啟動狀態(tài)，消防水泵無法自動啟動，這會造成火災(zāi)撲救的延誤和失敗，在規(guī)范制訂時規(guī)定臨時高壓消防給水系統(tǒng)必須能自動啟動消防水泵；控制柜在準(zhǔn)工作狀態(tài)時消防水泵應(yīng)處于自動啟泵狀態(tài)，目的是提高消防給水的可靠性和滅火的成功率。 同時，為了防止采用弱電聯(lián)動信號總線控制方式時，控制軟件可能受到病毒侵害、弱電信號受到干擾無法聯(lián)動自動啟動消防泵，《火規(guī)》、《栓規(guī)》、《噴規(guī)》均有明文規(guī)定，在緊急情況下，能夠在消防控制室手動控制盤上采用專用線路(“硬拉線”)直接啟動消防泵。 為確保自動狀態(tài)下“硬拉線”有效，《常用水泵控制電路圖》給出的示范做法是當(dāng)消防泵控制柜手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位時，“硬拉線”才起作用。

《栓規(guī)》已實施多年，但在筆者近年參加的消防驗收及消防檢查中，還時常發(fā)現(xiàn)消防水泵處于手動啟泵狀態(tài)，即將消防泵控制柜手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動啟動位置。 對于這個問題，大多數(shù)管理方給出的理由是防止誤啟泵，對此還會列舉很多誤啟泵造成的損失、產(chǎn)生的不良影響等加以解釋說明，甚至還會不恰當(dāng)?shù)匾谩端ㄒ?guī)》11.0.1 條2 款內(nèi)容:“當(dāng)自動水滅火系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，且設(shè)置自動啟動確有困難時，經(jīng)論證后消防水泵可設(shè)置在手動啟動狀態(tài)，并應(yīng)確保24h 有人值班”。 并強(qiáng)調(diào)本單位管理制度非常完善，消防值班室有人24 h 值班，具有各種狀況的應(yīng)急預(yù)案等。 對這一問題，筆者認(rèn)為，首先管理方/施工方從主觀上并沒有引起足夠重視；其次不知該做法在廢掉消防泵自動啟泵功能的同時，“硬拉線”直接啟動消防泵功能也不能實現(xiàn)。

若將消防泵“人為”處于手動狀態(tài)，一旦火災(zāi)發(fā)生不能及時啟動提供消防水源、延誤滅火時機(jī)，在火災(zāi)事故調(diào)查及責(zé)任認(rèn)定時，設(shè)計方/施工方基本上可以免責(zé)，管理方應(yīng)負(fù)主要責(zé)任。 為解決將消防泵“人為”置于手動工作狀態(tài)造成火災(zāi)發(fā)生時消防泵無法連鎖/聯(lián)動啟動，甚至“硬拉線”也不能進(jìn)行應(yīng)急啟泵的弊端，最好的辦法就是將“硬拉線”繞過消防泵控制柜上的手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，確保“硬拉線”緊急啟泵始終有效。

讓“硬拉線”繞過轉(zhuǎn)換開關(guān)的實現(xiàn)方式，一是可參考原國標(biāo)圖集10D303-3《常用水泵控制電路圖》相關(guān)控制原理圖，每臺消防泵在消防控制室手動控制盤上設(shè)置鑰匙式控制按鈕應(yīng)急控制消防泵啟動。二是參照文獻(xiàn)[6]做法:消防控制室手動控制盤上為每臺消防泵設(shè)置一對啟/停按鈕，再通過中間繼電器啟動消防泵。 這兩種“硬拉線”接線均繞過了轉(zhuǎn)換開關(guān)，使“硬拉線”啟泵不受消防泵控制柜上轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動或手動狀態(tài)的影響，始終有效。

4 結(jié)束語

消防泵能否順利安全、可靠、快速啟動，及時提供消防水源對滅火作業(yè)至關(guān)重要，首先設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合工程實際情況對輸入條件有所取舍，優(yōu)化設(shè)計方案。 其次，設(shè)備安裝調(diào)試、運行管理人員要強(qiáng)化法制觀念，不斷提高運行、維修、管理水平并及時查找排除故障，本著“預(yù)防為主、防消結(jié)合”總原則，最大限度地減少降低火災(zāi)事故造成的損失。