自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量開關(guān)設(shè)置探討

陳紀(jì)文

寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 寧波 315012

《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50084—2017）》［1］第11.0.1條規(guī)定：“濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、消防水箱出水管上的流量開關(guān)和報(bào)警閥組壓力開關(guān)直接啟動(dòng)消防水泵。”規(guī)范并未規(guī)定水箱出水管出口的流量開關(guān)設(shè)置參數(shù)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往出現(xiàn)多種數(shù)值。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)作為最為有效的自動(dòng)滅火系統(tǒng)之一，是保證建筑安全可靠的關(guān)鍵設(shè)施。因此，如何正確理解和實(shí)施規(guī)范具有重要的意義。

1 報(bào)警閥的工作原理

在探討流量開關(guān)數(shù)值前首先明確一下報(bào)警閥的工作原理。濕式報(bào)警閥組是僅允許水單方向流入噴水系統(tǒng)，在規(guī)定流量下報(bào)警并且啟動(dòng)消防泵的一種單向閥組，主要由報(bào)警閥、水力警鈴、壓力開關(guān)、延遲器、控制閥等組件組成。報(bào)警閥整個(gè)閥體被閥瓣分成上、下兩腔，上腔（系統(tǒng)側(cè)）與系統(tǒng)管網(wǎng)相通，下腔（供水側(cè)）與水源相通。閥瓣鉸接在閥體上。在平時(shí)準(zhǔn)備工作狀態(tài)，閥瓣上下充滿水，水壓強(qiáng)近似相等。由于閥瓣上面與水接觸的面積大于下面與水接觸面積，閥瓣受到的水壓合力向下。在水壓力及其自重的作用下，閥瓣坐落在閥座上，處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)供水側(cè)壓力出現(xiàn)波動(dòng)或沖擊時(shí)，通過補(bǔ)償器（或補(bǔ)水單向閥）使上下腔保持一致，水力警鈴不發(fā)生報(bào)警，壓力開關(guān)不接通，閥瓣仍處于準(zhǔn)工作狀態(tài)（或稱伺應(yīng)狀態(tài)）。閉式噴頭滅火時(shí)，補(bǔ)償器來不及補(bǔ)水，閥瓣上面的水壓下降，當(dāng)下降到使下腔的水壓足以開啟閥瓣時(shí)，下腔的水便向系統(tǒng)側(cè)供水。同時(shí)水流向延遲器、水力警鈴，警鈴發(fā)出聲光報(bào)警，壓力開關(guān)開啟，給出電接點(diǎn)信號(hào)報(bào)警并啟動(dòng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)給水泵［2］。

通過上面濕式報(bào)警閥的工作原理論述可以看到，報(bào)警閥啟動(dòng)報(bào)警需要滿足啟動(dòng)流量，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第二部分濕式報(bào)警閥、延遲器、水力警鈴（GB 5135.2—2003）》［3］第4.10.1條、第4.10.2 條規(guī)定，裝配好的報(bào)警閥在進(jìn)口壓力為0.14 MPa 時(shí)，系統(tǒng)放水側(cè)流量為15 L/min時(shí)，壓力開關(guān)和水力警鈴均不發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在進(jìn)口壓力為0.14、0.70、1.20、1.60 MPa時(shí)，系統(tǒng)側(cè)的放水流量為60 、80、170、170 L/min，壓力開關(guān)和水力警鈴均能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。而在放水流量為15～60 L/min時(shí)可能報(bào)警，也可能不報(bào)警。由此可見，報(bào)警閥放水側(cè)流量必須大于60 L/min，且進(jìn)口壓力為0.14 MPa 時(shí)報(bào)警，閥正常啟動(dòng)報(bào)警，自噴系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2 流量開關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)分析

根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī) 范（GB 50084—2017）》［1］第11.0.1 條規(guī)定，在原有報(bào)警閥壓力開關(guān)啟動(dòng)的基礎(chǔ)上增加了流量開關(guān)和消防水泵出水管上的壓力開關(guān)，可以理解為在報(bào)警閥壓力開關(guān)啟動(dòng)消防水泵失效的情況下，才能采用流量開關(guān)及消防水泵出水管壓力開關(guān)啟動(dòng)消防水泵。因此，啟動(dòng)順序報(bào)警閥的壓力開關(guān)應(yīng)高于消防水箱出水管上的流量開關(guān)及消防水泵出水管上的壓力開關(guān)。下面就自噴系統(tǒng)設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施和不設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施兩個(gè)方面探討流量開關(guān)的設(shè)定值。

首先是設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（GB 50974—2014）》［4］，自噴系統(tǒng)設(shè)置的消防水箱高度不滿足最不利點(diǎn)處噴頭靜水壓力時(shí)，應(yīng)設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施。消防穩(wěn)壓設(shè)施供水泵的流量不應(yīng)小于系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)流，系統(tǒng)的正常泄漏量大約為系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的1%～3%，且不宜小于1 L/s；然而規(guī)范對系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)流量應(yīng)該按照什么數(shù)值取值并未給出明確的指示。在前面報(bào)警閥的工作原理分析中可以得出：自噴系統(tǒng)報(bào)警閥進(jìn)口壓力為0.14 MPa，系統(tǒng)側(cè)流量大于60 L/min 時(shí)報(bào)警閥啟動(dòng)報(bào)警并啟動(dòng)消防水泵，那么是否可以把60 L/min 作為穩(wěn)壓泵的流量呢？筆者認(rèn)為不可行，因?yàn)檫@個(gè)報(bào)警閥啟動(dòng)流量是進(jìn)口壓力為0.14 MPa 時(shí)的流量，參照文獻(xiàn)［5］試驗(yàn)的結(jié)果：“報(bào)警閥開啟瞬間閥瓣上下腔的壓力比基本是一個(gè)定值，報(bào)警閥報(bào)警瞬間系統(tǒng)的流量值與報(bào)警閥進(jìn)口壓力值近似成正比關(guān)系，隨著報(bào)警閥進(jìn)口壓力的增大，報(bào)警閥的報(bào)警流量也隨著增大。”當(dāng)報(bào)警閥進(jìn)口壓力達(dá)到0.70 MPa 時(shí)報(bào)警流量為80 L/min。因此，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)的流量確定，報(bào)警閥進(jìn)口壓力等于0.70 MPa 時(shí)，穩(wěn)壓泵流量應(yīng)按照80 L/min 取值，也就是1.33 L/s。由于系統(tǒng)設(shè)置了穩(wěn)壓設(shè)施，可以保證最不利點(diǎn)噴頭靜水壓力不小于0.15 MPa，而噴頭在0.15 MPa 壓力下的出流量為98 L/min，大于報(bào)警閥進(jìn)口靜水壓力0.70 MPa 時(shí)的報(bào)警啟動(dòng)流量，系統(tǒng)可以正常啟動(dòng)。對于報(bào)警閥進(jìn)口壓力大于0.70 MPa 時(shí)的啟動(dòng)報(bào)警流量，規(guī)范并未給出確定值，需要按照設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際測試數(shù)據(jù)確定。當(dāng)報(bào)警閥進(jìn)口壓力達(dá)到1.20 MPa 及以上時(shí)（應(yīng)計(jì)算確定報(bào)警閥后壓力配水管壓力不大于1.20 MPa），根據(jù)國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第2部分：濕式報(bào)警閥、延遲器、水力警鈴（GB 5135.2—2003）》［3］第4.10.2 條規(guī)定，此時(shí)報(bào)警閥啟動(dòng)報(bào)警流量為170 L/min，如果系統(tǒng)采用此產(chǎn)品，那么在末端試水裝置按照靜壓0.10 MPa 測試放水，此時(shí)噴頭流量小于報(bào)警閥啟動(dòng)報(bào)警流量，系統(tǒng)存在無法正常啟動(dòng)的可能性，這是極不合理的。出現(xiàn)此種情形，主要原因是產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行噴淋設(shè)計(jì)規(guī)范不一致所致。參照文獻(xiàn)［5］“濕式報(bào)警閥報(bào)警功能的測試試驗(yàn)的結(jié)果，報(bào)警閥進(jìn)口壓力在1.211 MPa（此時(shí)配水管壓力為1.172 MPa，未超過1.20 MPa）的狀態(tài)下，模擬報(bào)警閥實(shí)際安裝工況，在末端噴頭試水壓力0.10 MPa 時(shí)，報(bào)警閥報(bào)警流量為81.4 L/min”，遠(yuǎn)小于GB 5135.2—2003［3］規(guī)定的170 L/min，此試驗(yàn)證明市場已經(jīng)根據(jù)噴淋規(guī)范調(diào)整了產(chǎn)品的性能參數(shù)，因此，在設(shè)置了穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)報(bào)警閥進(jìn)口壓力大于0.70 MPa 且小于1.20 MPa 時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警流量不會(huì)超過82 L/min，穩(wěn)壓泵可采用不小于82 L/min 作為設(shè)計(jì)流量，而消防水箱出水管上的流量開關(guān)作為消防系統(tǒng)的備用啟動(dòng)方式，其取值應(yīng)高于報(bào)警閥報(bào)警流量，防止在報(bào)警閥未啟動(dòng)時(shí)消防泵的誤動(dòng)作，且應(yīng)依據(jù)報(bào)警閥進(jìn)口壓力變化確定。

對于自噴系統(tǒng)中消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點(diǎn)靜水壓力0.10 MPa時(shí)，系統(tǒng)未設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施，報(bào)警閥的報(bào)警流量根據(jù)報(bào)警閥進(jìn)口壓力確定，且不應(yīng)小于60 L/min，但不設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)的消防水箱設(shè)置高度不應(yīng)太低，需要滿足濕式報(bào)警閥最低進(jìn)口壓力不低于0.14 MPa，也就是說消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點(diǎn)靜水壓力時(shí)，消防水箱最低有效水位至報(bào)警閥進(jìn)口的靜水壓力不應(yīng)小于0.14 MPa，如此可滿足自噴系統(tǒng)啟動(dòng)要求；對于僅建筑物底層設(shè)置噴淋系統(tǒng)，上部未設(shè)置噴淋系統(tǒng)時(shí)，可分為兩種情況：第一種是上部建筑高度不大于24 m 時(shí)，消防水箱設(shè)置高度應(yīng)滿足消防水箱最低有效水位至報(bào)警閥進(jìn)口處的靜水壓力不小于0.14 MPa；第二種是當(dāng)上部建筑高度超過24 m 時(shí)，因消防水箱設(shè)置高度較大，報(bào)警閥進(jìn)口處靜水壓力較高，滿足初期火災(zāi)一個(gè)噴頭的流量及其壓力要求，可能會(huì)造成火災(zāi)初期報(bào)警閥因報(bào)警流量偏大而無法啟動(dòng)，延誤滅火時(shí)機(jī)，在此工況下應(yīng)控制消防水箱最低有效水位至報(bào)警閥進(jìn)口處的高度以不超過30 m為宜（報(bào)警閥設(shè)置于建筑底部，進(jìn)口高度與消防水池最低有效水位標(biāo)高相同），超壓部分應(yīng)設(shè)置減壓措施。這樣既可以滿足報(bào)警閥進(jìn)口最低壓力要求，也不會(huì)造成報(bào)警閥報(bào)警流量大于末端噴頭放水流量。至于消防水箱出水管上的流量開關(guān)設(shè)定值，可以按照末端噴頭靜水壓力0.10 MPa 時(shí)的出流量取值，采用80 L/min 比較適合（標(biāo)準(zhǔn)K=80 噴頭靜水壓力為0.10 MPa 時(shí)的出流量為Q=K10P=80 L/min），這樣既保證了啟動(dòng)順序在報(bào)警閥后，又能在報(bào)警閥無法啟動(dòng)時(shí)及時(shí)啟動(dòng)消防水泵，保證了系統(tǒng)的安全可靠性。

下面舉例說明如何確定流量開關(guān)數(shù)值，圖1 為設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，最高點(diǎn)噴頭至消防水池最低有效水位的數(shù)值H為55 m，此時(shí)噴淋系統(tǒng)報(bào)警閥進(jìn)口進(jìn)水壓力為70 m，按照國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB 5135.2—2003［3］，報(bào)警閥的報(bào)警流量應(yīng)為80 L/min，穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量按照系統(tǒng)自動(dòng)啟泵流量不小于80 L/min，此時(shí)末端試水裝置靜壓滿足0.15 MPa，當(dāng)末端試水裝置放水時(shí)，流量大于報(bào)警閥報(bào)警壓力，系統(tǒng)可正常啟動(dòng)，消防水箱出水管上流量開關(guān)設(shè)定值應(yīng)高于報(bào)警閥報(bào)警流量80 L/min，可取90 L/min（1.5 L/s）。如果增加噴頭與報(bào)警閥之間的距離，報(bào)警閥進(jìn)口壓力大于0.70 MPa時(shí)，穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量可適當(dāng)提高，但不宜大于90 L/min，流量開關(guān)設(shè)定值可按照96 L/min 取值。但是需要計(jì)算報(bào)警閥后配水管道工作壓力不大于1.20 MPa，否則要進(jìn)行消防分區(qū)（此時(shí)應(yīng)對報(bào)警閥提出技術(shù)要求，以滿足消防報(bào)警流量要求）。

圖1 設(shè)置了消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

圖2 為消防水箱設(shè)置高度滿足最不利點(diǎn)靜水壓力0.10 MPa 時(shí)的工況，消防水箱最低有效水位至最不利點(diǎn)噴頭的數(shù)值H1不小于10 m，噴頭與消防水池最低有效水位之間的距離H值為4 m，報(bào)警閥進(jìn)口靜水壓力不小于0.14 MPa，此時(shí)報(bào)警閥報(bào)警流量為60 L/min，流量開關(guān)設(shè)定值取80 L/min。隨著消防水箱設(shè)置高度的增加，報(bào)警閥的報(bào)警流量也在增加，此時(shí)應(yīng)在保證H1不小于10 m 的情況下控制H1+H之和不大于30 m 為宜，超壓部分應(yīng)在消防水箱出水管設(shè)置減壓措施。

圖2 不設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

3 流量開關(guān)選型及設(shè)置位置

流量開關(guān)有多種類型，常用的是擋板式水流開關(guān)和葉片式水流開關(guān)，也有熱式流量開關(guān)。消防流量開關(guān)的基本工作原理是當(dāng)管網(wǎng)內(nèi)的水流速度大于設(shè)定的流量時(shí)（水流量≥1.0～2.0 L/s），通過電氣裝置轉(zhuǎn)化為啟泵信號(hào)啟動(dòng)消防水泵。所以無論何種流量開關(guān)均是通過管道內(nèi)水體的流動(dòng)來轉(zhuǎn)換電信號(hào)，因此所有的流量開關(guān)均有一定的水流速度要求，選型時(shí)一定要注意儀表的靈敏度要求，匹配適合的設(shè)備。

流量開關(guān)的安裝位置要保證一定長度的直線管道，且其前后的直線段均留滿足流量開關(guān)的要求距離參數(shù)；流量開關(guān)不能安裝在垂直水流方向的管道上，應(yīng)安裝在水平管道上。

有穩(wěn)壓泵消防給水系統(tǒng)流量開關(guān)應(yīng)設(shè)置在氣壓水罐供水后端與重力流管的匯流總管上。無穩(wěn)壓泵消防給水系統(tǒng)消防水箱重力流直接供水，火災(zāi)時(shí)其出水管流量即為消防設(shè)施動(dòng)作用水量。因此，流量開關(guān)設(shè)置在出水管段的任何位置均能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的動(dòng)作流量并根據(jù)自動(dòng)啟動(dòng)流量發(fā)出啟泵信號(hào)。

4 結(jié)語

1）自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)消防水箱出水管上的流量開關(guān)的設(shè)定啟動(dòng)順序，一定是在濕式報(bào)警閥的壓力開關(guān)啟動(dòng)順序之后，是作為自噴系統(tǒng)安全性提高的輔助設(shè)施，其設(shè)定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)流量確定。

2）設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水流開關(guān)，在系統(tǒng)合理消防分區(qū)內(nèi)最大不應(yīng)超過末端噴頭在滿足靜水壓力0.15 MPa 時(shí)的出流量98 L/min，并且高于對應(yīng)進(jìn)口壓力下報(bào)警閥的報(bào)警流量。未設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施的水流開關(guān)設(shè)定值應(yīng)根據(jù)報(bào)警閥報(bào)警流量確定，并且不應(yīng)大于噴頭末端噴頭靜水壓力0.10 MPa時(shí)噴水的放水流量80 L/min。

3）設(shè)置穩(wěn)壓設(shè)施的自噴系統(tǒng)選擇可參考表1。

表1 自噴系統(tǒng)穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量及水流開關(guān)值選擇

4）水流開關(guān)的選擇應(yīng)注意不同產(chǎn)品類型的靈敏度要求，以及安裝位置的合理性。

5）建議《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第2部分：濕式報(bào)警閥、延遲器、水力警鈴（GB 5135.2—2003）》［3］產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50084—2017）》［1］中系統(tǒng)控制方式要求的產(chǎn)品相匹配。