隔膜式氣壓罐在消防給水系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了隔膜式氣壓罐的工作原理以及在消防給水系統(tǒng)中的設(shè)置條件，并根據(jù)設(shè)備在工程中所具有的特點，根據(jù)國家標準圖集及有關(guān)技術(shù)資料，列舉出多種情況下氣壓罐和穩(wěn)壓泵的選型計算公式和方法，并對消防給水增壓穩(wěn)壓設(shè)備的選型設(shè)計提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：隔膜式氣壓罐；穩(wěn)壓泵；高位水箱；設(shè)計計算

1 引 言

隨著城市的快速發(fā)展，人們對建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求，合理進行消防給水系統(tǒng)設(shè)計，做到消防給水系統(tǒng)安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理，是保護人身和財產(chǎn)安全的前提。

在民用建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計中，采用臨時高壓給水的消防系統(tǒng)都應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，以保證最不利消火栓或噴頭所需水壓和火災(zāi)初期消防用水量。然而，根據(jù)各項目的具體條件不同，有時設(shè)置的高位水箱難以滿足規(guī)范的要求，這就需要對消防給水系統(tǒng)進行增壓穩(wěn)壓，以保證消防管網(wǎng)平時的壓力和流量滿足初期滅火的要求。在實際工程應(yīng)用中，通常采用的穩(wěn)壓方式有兩種：一是在管道系統(tǒng)中設(shè)置增壓泵；二是設(shè)置氣壓給水設(shè)備。設(shè)置管道泵的系統(tǒng)形式較為簡單、占地少、設(shè)計與施工較為方便，然而存在的不足是穩(wěn)壓泵在平時工作中因管網(wǎng)壓力波動而啟動頻繁，容易損壞，大大增加了運行成本和維修成本，同時降低了消防系統(tǒng)的安全性。相比而言，采用氣壓罐的系統(tǒng)更為安全可靠，因而應(yīng)用較為廣泛。因此，在消防給水系統(tǒng)設(shè)計中，常采用由隔膜式氣壓罐、穩(wěn)壓泵、控制柜、控制閥門等組成的成套增壓穩(wěn)壓裝置。

2 設(shè)備工作原理

消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備具備兩大功能：一是保證消防給水系統(tǒng)最不利點始終保持消防所需壓力；二是使氣壓罐內(nèi)始終儲有30s的消防水量。利用氣壓罐設(shè)定的P1、P2、PS1、PS2運行壓力控制水泵的運行工況，從而達到增壓和穩(wěn)壓的目的。P1為最不利點消防所需的工作壓力（MPa），P2為消防泵啟泵壓力（MPa），PS1為穩(wěn)壓泵啟泵壓力（MPa），PS2為穩(wěn)壓泵停泵壓力（MPa）。

運行控制：根據(jù)計算求得的消火栓系統(tǒng)或自動噴水滅火系統(tǒng)中最不利點消防所需的壓力P1，作為氣壓罐的充氣壓力。通過計算所選定的氣壓罐規(guī)格及αb值，求得P2，并設(shè)定PS1=P2+（0.02～0.03），PS2=PS1+（0.05～0.06）。平時管道內(nèi)若有滲漏情況，控制水泵不斷的補水穩(wěn)壓。在PS1、PS2之間（啟動-停止）反復(fù)運行。一旦有火情，管道大量缺水，造成PS1壓力下降，降至P2時，發(fā)出警報信號，立即啟動消防泵，啟動后，穩(wěn)壓泵自動停止，直至消防泵停止運轉(zhuǎn)，手動恢復(fù)設(shè)備的控制功能。

3 設(shè)備選型計算

3.1 壓力P1的計算

P1指消防給水系統(tǒng)最不利點消火栓或自動噴頭所需的消防壓力，是增壓穩(wěn)壓設(shè)備的最低工作壓力，此值與氣壓罐的設(shè)置位置有關(guān)。在計算P1時，不能按只滿足靜水壓0.07MPa或0.15MPa為增壓標準，在消火栓系統(tǒng)中，必須滿足最不利點消火栓水槍噴射充實水柱長度所需的壓力。在常規(guī)臨時高壓系統(tǒng)設(shè)計中，穩(wěn)壓裝置可以從高位水箱吸水，也可以從消防水池吸水，因此，P1的計算就有著不同的計算式。

3.1.1 設(shè)備設(shè)在底層從水池吸水時P1的計算

（1）設(shè)備設(shè)在底層從水池吸水時，消火栓系統(tǒng)的計算公式為：

P1=H1+H2+H3+H4（mH2O）

式中：H1——自水池最低水位至最不利點消火栓的幾何高度（mH2O）；

H2——管道系統(tǒng)的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H3——水龍帶及消火栓本身的壓力損失（mH2O）；

H4——水槍噴射充實水柱長度所需的壓力（mH2O）。

（2）設(shè)備設(shè)在底層從水池吸水時，自動噴水滅火系統(tǒng)的計算公式為：

P1=∑H+H0+Hr+Z（mH2O）

式中：∑H——自動噴水管道至最不利點噴頭的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H0——最不利點噴頭的工作壓力（mH2O）；

Hr——報警閥的局部壓力損失（mH2O）；

Z——最不利點噴頭與水池最低水位（或供水干管）之間的幾何高度（mH2O）。

3.1.2 設(shè)備設(shè)在底層從高位水箱自灌吸水時P1的計算

（1）設(shè)備設(shè)在底層從高位水箱吸水時，消火栓系統(tǒng)的計算公式為：

P1=H1+H2+H3+H4（mH2O）

式中：H1——氣壓罐最低水位與最不利消火栓之間的幾何高度（mH2O）；

H2——管道系統(tǒng)的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H3——水龍帶及消火栓本身的壓力損失（mH2O）；

H4——水槍噴射充實水柱長度所需的壓力（mH2O）；

（2）設(shè)備設(shè)在底層從高位水箱吸水時，自動噴水滅火系統(tǒng)的計算公式為：

P1=∑H+H0+Hr+Z（mH2O）

式中：∑H——自動噴水管道至最不利點噴頭的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H0——最不利點噴頭的工作壓力（mH2O）；

Hr——報警閥的局部壓力損失（mH2O）；

Z——氣壓罐最低水位與最不利噴頭之間的幾何高度（mH2O）。

此方式與穩(wěn)壓裝置設(shè)于底層從水池吸水的方式相比優(yōu)點在可以充分利用背壓以降低穩(wěn)壓泵揚程，節(jié)省電能。

3.1.3 設(shè)備設(shè)在高位水箱間從高位水箱自灌吸水時P1的計算

（1）設(shè)備設(shè)在高位水箱間從高位水箱自灌吸水時，消火栓系統(tǒng)的計算公式為：

P1=H2+H3+H4（mH2O）

式中：H2——管道系統(tǒng)的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H3——水龍帶及消火栓本身的壓力損失（mH2O）；

H4——水槍噴射充實水柱長度所需的壓力（mH2O）。

（2）設(shè)備設(shè)在高位水箱間從高位水箱自灌吸水時，自動噴水滅火系統(tǒng)的計算公式為：

P1=∑H+H0+Hr（mH2O）

式中：∑H——自動噴水管道至最不利點噴頭的沿程和局部壓力損失之和（mH2O）；

H0——最不利點噴頭的工作壓力（mH2O）；

Hr——報警閥的局部壓力損失（mH2O）。

3.1.4 P1還可以采用下式計算

P1=P0+∑h-0.01（h1）（MPa）

式中：P0——滿足最不利消火栓充實水柱或最不利噴頭最低壓力的栓口或噴頭處水壓（MPa）；（最不利噴頭工作壓力，根據(jù)水力計算結(jié)果確定，且不小于0.05MPa；消火栓系統(tǒng)，取表1中消火栓栓口壓力值），對于最不利噴頭的壓力，需根據(jù)系統(tǒng)水力計結(jié)果確定，且不小于0.05MPa。

∑h——氣壓罐至最不利消火栓或噴頭的沿程和局部水頭損失之和（MPa）。可按表2進行計算。

h1——氣壓罐最低水位高于最不利消火栓或噴頭的幾何高差（m），當氣壓罐高于最不利消火栓或噴頭時為正，當氣壓罐低于最不利消火栓或噴頭時為負。

合用系統(tǒng)應(yīng)取較大的P1值。

3.2 其他壓力值的確定

（1）最高供水壓力和消防泵啟泵壓力P2（MPa）

P2=（（P1+0.10）/α）-0.1，工作壓力比α=0.6～0.85

（2）穩(wěn)壓泵啟泵壓力PS1（MPa）

PS1=P2+（0.02～0.03）

（3）穩(wěn)壓泵停泵壓力PS2（MPa）

PS2=PS1+（0.05～0.06）

3.3 氣壓罐容積的確定

3.3.1 罐內(nèi)消防貯水容積Vx

自動噴水滅火系統(tǒng)不小于150L，消火栓系統(tǒng)不小于300L，消火栓自噴合用系統(tǒng)不小于450L。

3.3.2 罐總?cè)莘eV（L）

V=βVx/（1-α）

式中：β——氣壓罐容積系數(shù)，補氣式臥式水罐宜為1.25，補氣式立式水罐宜為1.10，隔膜式氣壓罐宜為1.05。

3.3.3 緩沖容積Vh（L）

Vh=V（1-α1）-Vx，α1=（P1+0.1）/（PS1+0.1）

3.3.4 穩(wěn)壓容積Vw

Vw=V（1-α2）-Vx-Vh，α2=（P1+0.1）/（PS2+0.1）

Vw應(yīng)≥50L，不滿足時應(yīng)增大α值重新計算。

3.4 穩(wěn)壓泵選擇計算

3.4.1 揚程Hb（MPa）

Hb=（PS1+PS2）/2-h2

式中：h2——穩(wěn)壓泵與吸水的高位水箱或低位水池的高差，當穩(wěn)壓泵與水箱或水池設(shè)于同層時，h2近似取0，穩(wěn)壓泵低于高位水箱或水池時取正值。

3.4.2 流量Qb（L/s）

消火栓系統(tǒng)Qb≤5（L/s），自動噴水滅火系統(tǒng)Qb≤1（L/s），一般取1L/s。

4 結(jié) 語

綜上所述，選擇增壓穩(wěn)壓設(shè)備的步驟是：①確定消防系統(tǒng)最不利消火栓或噴頭所需的工作壓力P1，而P1的計算則需根據(jù)設(shè)備的具體設(shè)置位置，選擇合理的P1的計算公式，在實際設(shè)計過程中，有時氣壓罐的設(shè)置可能與以上所述的方式不同，這就需要結(jié)合工程實際，運用流體力學(xué)的計算原理確定P1的計算式。②根據(jù)計算得到的P1值和選定的氣壓罐工作壓力比相應(yīng)計算出P2，PS1，PS2等壓力值；③計算穩(wěn)壓泵流量和所需的揚程，選擇穩(wěn)壓泵；④計算氣壓罐容積，并選擇氣壓罐大小。

通過以上的分析還可以看出，氣壓罐設(shè)于高處可以減小穩(wěn)壓泵揚程，節(jié)省運行成本。因而在條件許可時，建議將穩(wěn)壓裝置設(shè)于高位。

參考文獻

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作者簡介：唐流勇（1982-），男，大學(xué)本科，助理工程師，給水排水工程專業(yè)。