高層建筑消防給水系統閥門設計

                       上海申弘閥門有限公司
之前介紹直接作用式自力式調節閥在塑膠加工應用，現在介紹摘要：高層建筑消防給水系統閥門設計在高層建筑的消防給水系統中，不可避免的會有超壓現象的存在。為了防止超壓現象造成的各種危害，到現在，將減壓閥、安全閥、泄壓閥安裝在水泵的出水管上是業內采取的措施之一。本文簡要的討論一下這些閥門在消防系統中的應用問題。

1. 品名、型號規格、數量、價格.      

關鍵詞：上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥，消防給水系統 超壓 減壓閥 安全閥 泄壓閥 應用 位置 高層建筑消防給水系統閥門設計

在高層建筑的消防給水系統中，不可避免的會有超壓現象的存在。這種現象危害很大，嚴重時會造成設備如管道、器材、附件等的嚴重損壞，輕微時也會造成給水系統的正常運行。為了防止超壓現象造成的各種危害，到現在，將減壓閥、安全閥、泄壓閥安裝在水泵的出水管上是業內采取的措施之一。在現行的各種建筑規范和消防規范中，都有相應的條款強調：要將防超壓的措施應用到高層建筑的消防給水系統中。鑒于這一做法的安全性和簡便、經濟性，各設計院及工程上的同行普遍都贊同這一措施。通過水的減壓以及泄壓，水的均勻性能夠得到保證，有利于可靠地為作業面積內進行供水，保證了系統設計流量使用的正確性。另一方面，還能有效地保證設備以及材料的安全性。隨著社會的進步和經濟建設的發展，高層建筑也越來越多的出現在城市之中。由于高層建筑造型*，功能多元化，結構復雜，因此，這類建筑的火災危險性也更大。為了防止和減少高層民用建筑火災的危險性，保護國家公民的生命財產安裝，在建筑物內必須設置消防給水系統。本文就結合實例，主要探討了高層民用建筑消防給水系統的設計問題。鑒于減壓和泄壓的重要意義，本文簡要的討論一下這些閥門在消防系統中的應用問題。

1泄壓閥的組成、原理以及其應用

1.1泄壓閥是水力控制閥的一種，它保證供水系統的水壓不超過規定值。其組件包括針型閥、壓力表、主閥以及連接導閥等的連接管。隔膜將主閥分為兩個部分，下部分為流水的通道，上部分為控制主閥閥瓣開關的控制室。同上，擁有著流水通道和控制室的導閥其實也可以看成一個泄壓閥，其閥門的開啟也是由其控制室進行控制。水的流量是由針型閥控制的，其作用相當于節流閥。

應用到消防給水系統中，其運行過程如下：水流通過主管道后，其中的一路控制方向為自左向右的進入水流導閥控制室。導閥處于關閉的狀態時，說明設定的泄壓值比水流的壓力大，泄壓閥內部的彈簧壓力大于水的壓力。另外一路控制水流經過針型閥向主閥前進，進入后產生一個壓強與主流道內的壓強相等。在泄壓閥中，主閥閥瓣的上正面是大于下正面的，所以主閥會在上腔對閥瓣的壓力下處于關閉的狀態。這樣的狀態能夠有效的解決超壓的問題。如果說水流的壓力在主管道內持續升高導致壓力超過了設定的值，在導閥控制室內的水流壓力就會增加，這樣彈簧的推力就會小于水的壓力，閥瓣會在下腔與上腔水流推力的差值下上升，這時水就能夠打開導閥通過主閥的上腔進行快速的泄壓。這樣的泄壓方式是在一瞬間完成，能夠處理消防給水系統的突發超壓問題，能夠將危害解除。如果水流在主管道內繼續增加，則導閥開啟的大小也會越來越大，這樣壓差更大，系統的泄壓更迅速。當然，若是出現了如室內的多個消火栓或是噴頭多個被開啟，主管道水流的壓力減小的情況，在導閥的控制室內的壓力減小，導致導閥開啟量減小，主閥的上腔壓力加大，使得主閥閥瓣在壓力差下減小，主管道的水流壓力就能被較好的保持在給水系統設定的工作壓力范圍之內。

1.2泄壓閥的使用注意事項

①泄壓閥水平安裝和垂直安裝都可以，但是要在安裝時將閥體的水流進出口方向掌握好。一般情況下，一個泄壓閥對應一個消防給水系統，不宜多裝。

②如果出現泄壓閥距離排水口的位置比較遠，泄水管的所經過的長度大于了20m的長度，就要采取相應的措施，比如將泄水管的口徑放大，比泄壓閥的規格大一檔即可。

③在投入使用之前，要進行消防給水系統的試壓，試壓的過程中若是發現系統的實驗壓力比所采用的泄壓閥的公稱壓力要高的話，就要先將閥門關閉，以免出現各種零件的損壞。

④在投入使用后，若是泄壓閥出現了故障，首先檢查控制管路小過濾器是否堵塞，再檢查管路是否暢通，主閥與導閥薄膜是否破裂，以及主閥與導閥的密封墊是否損壞。
消防給水系統設計
        由于高層民用建筑造型*，功能多元化，結構多樣，地下3層至地上8層，每層的防火分區都不同。根據《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)、《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084-2001(2005年版)的相關規定，該建筑為一類高層建筑，設置室外消火栓系統、室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、水噴霧系統。各系統消防用水量標準及一次滅火用水量見表1。
        表1消防用水量標準及一次滅火用水量

        
        2.1室外消火栓系統
        1)由本建筑西北兩側各引入一根DN200mm市政給水管，壓力為0.25MPa，作為消防水源。
        2)室外消防采用低壓制給水系統，由城市自來水直接供水，發生火災時，由城市消防車從現場室外消火栓取水經加壓進行滅火或經消防水泵接合器供室內消防滅火用水。
        3)室外消防為兩路供水，設管徑為DN200mm環狀室外消火栓管道，并設室外地下消火栓6個，滿足室外消防的要求。
        2.2消防水池及屋頂消防水箱
        1)根據《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)》的相關規定，該綜合樓按同一時間發生一次火災考慮，按自動噴淋系統與水噴霧系統之中用水量zui大值，再加上室內消火栓系統用水量計算消防水池容量。消防水池內貯存有3h室內消火栓滅火用水量及1h水噴霧用水量，水池有效容積594m3，水池分兩格。消防泵房、消防水池設置在地下3層。
        2)屋頂水箱間設有效容積為18m3消防水箱一座，提供消防系統初期用水，并設一套消火栓和自動噴淋合用的消防增壓穩壓設備，維持消火栓系統及自動噴淋系統平時壓力。
        2.3室內消火栓系統
        1)室內消火栓系統靜水壓力不超過1.0MPa，室內消火栓管道在豎向不分區。地下3層、地下2層消火栓管網為單獨環狀管網；地下1層至6層水平干管與豎向立管也構成環狀，上干管設在6層，下干管設在地下1層；7層至15層水平干管與豎向立管也構成環狀，上干管設在15層，下干管設在7層。消防水箱出水管及消防增壓穩壓設備出水管與15層水平干管相連。
        2)本建筑物內各層設消火栓進行保護的場所，其布置保證室內任何一處均有2股水柱同時到達。滅火水槍的充實水柱不小于10m。每個消火栓箱內均配置DN65mm消火栓一個、DN65mmL25m麻質襯膠水帶一條，DN65mm×19mm直流水槍一支、自救消防卷盤一套、啟動消防水泵按鈕和指示燈各一只。為保證消火栓栓口出水壓力不超過0.5MPa，地下3層～10層消火栓采用減壓穩壓消火栓。
        3)室外設3套消防水泵接合器，供水管分別與室內消火栓給水管網相連。
        4)室內消火栓水泵2臺采用恒壓切線消防水泵，一用一備。消防水泵設有平時自動巡檢功能。
        2.4自動噴淋系統
        1)采用濕式自動噴水滅火系統和預作用自動噴水滅火系統，地下2層、地下3層車庫不采暖，設置預作用自動噴水滅火系統，其它為濕式自動噴水滅火系統。
        2)設計參數：商場、車庫均按中危險Ⅱ級設計；辦公按中危險Ⅰ級設計；噴水強度：商場、車庫8L/min?m2，辦公層6L/min?m2；作用面積160m2，zui不利點噴灑頭工作壓力不低于0.05MPa。
        3)系統設計
        (1)自動噴水滅火系統在豎向不分區。
        (2)設置4組為預作用報警閥(用于地下2層、地下3層)，8組為濕式報警閥，每組報警閥擔負的噴灑頭不超過800個。
        (3)噴灑頭：地下車庫采用DN15mm直立式玻璃球噴灑頭，動作溫度為68℃、K=80；機械停車庫采用帶保護網倉庫型快速響應噴頭，動作溫度為68℃、K=115，機械停車噴頭按停車的托板位置分層布置，且應在噴頭的上方設置集熱板；地下1層商場部采用快速響應噴頭，動作溫度為68℃、K=80；其余商場、辦公均采用下垂式吊頂玻璃球噴灑頭，向下安裝，動作溫度為68℃、K=80。
        (4)自動噴水滅火系統每個防火分區或每層均設信號閥和水流指示器。
        (5)泵房內設2臺恒壓切線噴淋消防泵,設備參數為：Q=45L/s，H=1.20MPa，N=90kW。消防水泵設有平時自動巡檢功能，并在出水管上裝有安全泄壓裝置。
        (6)自動噴水滅火系統共設3套消防水泵接合器，供消防車從室外消火栓取水向室內自動噴水滅火系統補水。
        (7)為了保證系統安全可靠，每個報警閥組的zui不利噴頭處設末端試水裝置，其它防火分區和各樓層的zui不利噴頭處，均設DN25mm試水閥。
        2.5水噴霧系統
        1)根據《民用建筑設置鍋爐房消防設計規定》DBJ01-614-2002規定，水噴霧系統保護對象為直燃機和燃氣鍋爐。
        2)在地下1層燃氣直燃機房內設有水噴霧滅火系統，設計噴霧強度：9L/min?m2,水噴霧保護面積為256m2,系統設計流量為45L/s，zui不利噴頭處設計壓力為0.25MPa；系統工作壓力為0.65MPa，干管DN150mm。系統噴水響應時間60s。水噴霧系統設置一套雨淋閥組。水噴霧噴頭采用水霧用開式噴頭。
        3消防設計中的注意事項
        3.1恒壓切線消防水泵及防超壓措施
        恒壓切線消防泵的特性是從零流量到zui大流量之間的揚程變化幅度不超過5%，且小流量或零流量時不超壓，此類水泵有供水壓力穩定、供水可靠性高、壽命長等優點，在恒壓切線消防泵啟動運行的情況下，系統管網壓力變化不大，系統比較安全，但在消防水泵因突然停電或其它原因造成開閥狀態下水泵突然停止運轉時，會發生停泵水錘，因此，在本高層綜合樓設計中采用了恒壓切線消防泵防止水泵運行時系統管網超壓，在消防水泵出水管上安裝緩閉式止回閥和泄壓閥可減輕停泵水錘導致的超壓危害，使消防系統更安全。
        3.2減壓穩壓消火栓及減壓孔板的選用
        根據《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)》第7.4.6.5條規定，本工程室內消火栓系統靜水壓力不超過1.0MPa，室內消火栓管道在豎向不分區。消火栓栓口出水壓力大于0.5MPa時，應采取減壓措施，根據《自動噴水滅火系統設計規范》第8.0.5條中危險級場所中各配水管入口的壓力均不宜小于0.4MPa的規定，本工程設計中減壓措施為：室內消火栓采用減壓穩壓消火栓，噴淋系統各配水管采用減壓孔板。減壓穩壓消火栓不需要人工調試，安裝方便，但不能隨意設置，依據減壓穩壓消火栓的栓前壓力、栓后壓力的特性曲線(參見04S202《室內消火栓安裝》P35)，當栓前壓力等于0.4MPa時，栓后壓力為0.25MPa，且小于0.4MPa時，栓后壓力明顯下降。為了保證消火栓的水槍充實水柱不小于10m的要求，當栓前壓力小于0.4MPa時，不應設置減壓穩壓消火栓。

2減壓閥的應用

2.1之前的高層建筑的消防給水系統是采用的分區給水系統，這就使得每個分區都有著一個獨立的系統，這樣獨立的系統能保證系統間互不干擾，卻不可避免的多了很多的設備以及管線，不但占用很大的空間，安裝施工、維修時也比較麻煩。現今解決此現象的方法就是將多出口消防泵應用起來。有利必有弊，這種多出口消防泵的缺點就在于若是兩個出口處代表的分區都發生火災的話，那水壓和流量就會出現達不到要求的問題。這一方面是需要急待改進的，而主要的改進辦法就是將減壓閥應用起來，利用其對消防系統進行豎向分區。

減壓閥已經在給水工程中應用了數十年，從zui初的機械減壓設備到現在的用壓力平衡原理進行減壓，有了很大的改進。根據現行的《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045-95的7.4.6.5條之規定可知：“消火栓栓口的靜水壓力不應超過1.00Mpa，當大于1.00Mpa時，應采取分區給水系統。消火栓栓口的出水壓力大于0.50Mpa時，應采取減壓措施”。根據減壓閥*的靜壓和動壓都能減掉的特點，將減壓閥的閥后壓力調到能夠滿足此分區zui不利點的水量水壓處就可以對整個多出口水泵進行豎向分區。一般來說，為了提高采用減壓閥應用于消防給水系統的工作可靠性，要對減壓閥的規格和型號進行選擇。活塞式減壓閥的結構較為簡單，能安全的輸送類似于清水等這類的流體。而彈簧薄膜式減壓閥由于機械疲勞問題的存在，其安全性在彈簧長時間的壓縮疲勞下得不到較好的保證。因此，選擇合適的減壓閥，在安裝之前對管道的清理工作等措施都要做好。在采取了以上適當的措施后，系統工作的安全性是可以得到保證的。總之，用減壓閥對給水系統進行分區，其優點有以下幾個方面：①設備簡便。較之之前未進行豎向分區的給水系統，管線、設備等都大大的簡化了。②能夠保持給水系統穩定的工作性能。因為其閥前的壓力不能很大的去影響閥后的壓力，這樣，減壓閥就能適當的穩定給水系統中的壓力，進而系統的工作性能也能保持穩定性。③采用減壓閥能夠舍去減壓水箱等設備，大大的減少了安裝和維修費用。

2.2在湖南某性的金融大廈內，應用了比例式減壓閥為水泵給水系統進行分區。此大廈建筑總面積達到128000平方米，地面以上高度為179.8m，地下有三層結構，是一棟比較重要的綜合性大廈。其安裝減壓閥的安裝工藝如下：

①對閥門合格證書以及其外部形狀等進行觀察。

②對整個大廈所有的26個進口的比例式減壓閥進行試壓，在動、靜兩種狀態下測試，比較減壓閥的規格是否符合實際。

③在安裝時增加帶過濾網數目較多的Y型過濾表的設置，將安全性能進一步提高。

④在各分區進行試壓，完成之后清洗所有的管路，之后再進行比例式減壓閥的安裝。

3安全閥定壓值的確定

設置安全閥也是一種比較簡便、有效的防止超壓現象的措施，在高層建筑的消防給水系統中有著廣泛的應用。選擇安全閥，除了確定其噴嘴直徑，公稱壓力，溫度范圍以及材料、形式等等外，需注明的還有調壓范圍。調壓范圍是保證安全閥能夠正常發揮作用，系統能夠安全運行的重要參數。安全閥的三個定壓值，包括開啟壓力、回座壓力以及排放壓力決定了其調壓范圍。現今確定安全閥定壓值的方法有直接經驗法以及理論公式計算法。直接經驗法可以參照中國建筑工業出版社出版的管道工程安裝手冊進行各種參數的選取，僅僅適用于安全閥設置在水泵出水口壓水管上的情形。而理論公式計算法，是根據水力學的原理，結合消防水泵的性能參數如流量、揚程等進行理論公式的推導，可以確定出安全閥的三個定壓值理論公式如下

其中：Z為安全閥當量噴灌處斷面的位置水頭；

g為重力加速度；

Q，K等均為水泵的性能參數。

小結：

國在高層建筑消防給水系統設計方面還相對滯后。為此，筆者結合自己工作實踐，針對如何提高高層民用建筑消防供水系統的安全性及經濟性進行了探討。但實際工程中，各種建筑形態千變萬化，外部條件各不相同，應根據具體情況，在滿足國家有關規范規定及當地主管部門有關條文條例的前提下，選擇合理的消防給水系統，確保消防給水系統的安全可靠，節省投資。隨著我國經濟的飛速發展，各種高層建筑的消防系統在備受關注的同時也在逐漸的*。由以上論述可知，對于消防給水系統中的的水泵進行合理的豎向分區，采取適合的減壓措施，才能將其在火災時應該發揮的作用發揮出來。現在國內市場上，各種閥門的樣式和規格品種繁多，且質量也魚龍混雜，在購選減壓閥等時要進行嚴格的選擇，為之后的安全隱患負責。

參考文獻： 

[1]李素芳 寧昶輝.固定比例式減壓閥在消防給水系統中的應用

[2]田燕 李宏.高層消防給水系統的豎向分區及超壓與減壓

[3]唐軍 何新林 沈志偉.減壓閥在建筑消防給水中的應用研究

[4]GB 50045-95高層民用建筑設計防火規范（2005年版）

與本文相關的產品有： 石油化工夾套保溫彎頭