地铁车站消防泵自动启泵设计压力探讨
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【摘 要】地铁车站消火栓系统通常采用消防水泵由市政给水管网直接抽水加压的供水方式，由市政管网替代高位水箱对消火栓系统进行稳压，并提供消防初期用水。市政管网供水压力不稳定，当借助消防泵组出口压力波动启动消防水泵时，必须合理确定消防水泵的启泵压力值，以避免出现消防水泵的误启动或火灾时无法启动消防水泵的现象。以某地下车站为例，对消防水泵及稳压泵的不同控制压力值的设定进行分析。
【关键词】地铁车站；消火栓系统；自动启泵；压力
引言
消防給水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014（以下简称《消规》）中明确要求消火栓启泵自动启泵，本文将就消火栓系统压力开关启泵和流量开关启泵的设计进行分析，如何合理设置以达到消防初期快速启动消防泵的目的。室内消火栓系统分为高压和临时高压消防给水系统。高压消防给水系统能始终保持满足灭火设施所需的工作压力和流量，火灾时无须消防水泵加压，所以不存在自动启泵的问题；临时高压消防给水系统在消防时需要启动消防主泵来满足消防系统对流量和压力的要求，因此临时高压消防系统需设置自动启泵装置。自动启泵装置通常采用压力开关、流量开关的方式，在临时高压系统中由于水箱的设置不同，自动启泵装置设计也相应有所不同。
1设计概况
A站为地下两层车站，地下一层为站厅层（室外地面下10m），地下二层为站台层（室外地面下13.4m），站厅层设消防泵房，泵房内配置消防水泵两台（1用1备）、消防稳压泵两台（1用1备）、气压罐一套。本站室外市政供水管网为双路水源，供水量满足消防用水要求，经消防部门及市政给水部门的同意后，根据《地铁设计规范》，本站不设消防水池，消防泵由市政管网直接抽水加压供车站消火栓系统使用。消火栓管道于车站室内呈环状管网布置，邻近右侧区间消火栓管道由车站消防环网接出。室外市政给水管网现阶段最高压力为0.31MPa（非保证压力），最低压力为0.14MPa（保证压力），管道埋深为1.5m。车站室内消火栓系统用水量为20L/s，出入口通道及区间消火栓系统用水量均为10L/s。消火栓口安装高度为1.1m，电接点压力表安装高度为3.0m，消防管管径为DN150。
2超越管及消防稳压泵的设置
本站市政供水管网的供水能力满足初期火灾所需的消防流量和压力，根据《地铁设计规范》及《消防给水及消火栓系统技术规范》，地下车站可不设置高位消防水箱，由市政管网直接供水代替，于消防水泵处设超越管，最不利点消火栓1处静水压力为0.21～0.38MPa，满足规范要求，无需设置消防稳压泵。若借助消防泵出水干管上的电接点压力表实现消防水泵的自动启泵功能，必须确定一消防水泵出口压力值，在初期火灾打开消火栓口时，消防水泵出口压力值降低，进而启动消防水泵。为确保消防水泵能及时启动，以下分析假设火灾初期开启消火栓数量不超过2支。在最大市政管网压力情况下，管网无水流流动时，电接点压力表处压力为0.37MPa，火灾时，开启消火栓，忽略速度水头（火灾初期，水流速度小），流经倒流防止器（低阻力型）阀组的水头损失取0.02MPa，市政供水压力不变的情况下，电接点压力表处压力值约为0.35MPa。同样，在最小市政管网压力情况下，打开消火栓，电接点压力表处压力值约为0.18MPa。
3压力开关的设置
对于不同建筑类型，消防水箱所需提供的静水压力有所不同，但压力开关设置的启泵压力原理相同，本文按静水压力0.07MPa计算。压力开关设置于地下室消防泵房内增压泵出水环管处，最不利点处消火栓到消防泵房增压泵出水环管之间高度为H（单位为m），则消防水箱对出水环管处的静水压力：P=H+0.07（最低有效水位计算值）。实际中最低有效水位至最高有效水位之间的水所提供的压力>0.07MPa。如设置启泵压力为H+0.07则，屋顶消防水箱内初期水量被用完，才开始启动消防主泵，则在消防泵启动的过程中会出现屋顶消防水箱供水不满足系统稳压要求的情况；如水位刚刚低于最高水位就开始启泵，则消防水泵自动启泵会过于频繁，而且会与消防水箱平时正常的补水混淆（正常水箱蒸发、漏损所需要的补水）。根据《消规》11.0.3条的条文解释认为，水泵自动启泵运转时间在2min内，5min为消防水泵手动启泵所需的时间，因此消防初期消防水箱内的水在使用完之前应能启动消防主泵。火灾初期如能尽快启动消防泵，可使消防泵尽早发挥作用，更有利于灭火。在此笔者认为：压力开关发出报警信号，如不能自动启动消防泵，需要手动启动消防泵，则在这5min手动启动消防泵的时间内屋顶消防水箱应仍能为消防系统提供满足压力要求的供水。因此压力开关自动启泵时屋顶水箱应至少有5min初期火灾初期消防用水量。消防系统初期按2只5L/s消防水枪和5只1L/s自喷喷头动作考虑，5min内消防水量为：2X5X5X60+5X1X5X60=4500L=4.5m3。为了保证系统安全，压力开关应在水箱有效容积大于4.5m3时开始报警。设4.5m3有效容积的水箱水深为h（单位为m），则地下室内消防系统压力开关的启泵压力最低值宜为P启动=H+0.07+h。
4消防泵自动控制模式
正常情况下，管网渗漏水由消防稳压泵及气压罐进行补充，当管网压力降低至Ps1以下时，消防稳压泵启动，当管网压力升至Ps2时，消防稳压泵停止工作。火灾初期，消火栓口打开，消防管网压力降低，由于栓口出水量大于稳压泵供水量，管网压力迅速降低至P0以下，此时启动消防水泵。即使消防水泵未启动，说明市政管网稳压压力过高，导致电接点压力表处压力大于P0，此时依靠市政管网压力即可满足消防灭火要求。对于由市政供水管网替代高位消防水箱，且设置消防稳压设施的地下车站消火栓系统，消防稳压泵的设计压力务必保持系统自动启泵压力设置点处的压力高于消防水泵启动工作时的压力，以确保任何情况下，消防管网均能满足灭火压力要求。另外，针对地铁车站各站间消防管网互不连通，供水分区明确的情况，可考虑采用流量开关控制消防水泵的自动启动，但鉴于目前设备的构造情况，火灾初期，市政管网中的水可同时经由超越管、消防水泵对消防管网进行补水，故流量开关的设置位置及数量等应经具体分析确定。
结语
压力启泵开关的启泵压力值可根据流体静力学准确设定，设定压力值时应考虑预留初期消防水量，以提高系统的安全性。流量启泵开关需要根据流体动力学计算，且由于在实际设计中任一消防管网做准确计算均十分困难，笔者建议以实际安装完成后实地测量值为准。本文仅以某一种情况进行大概计算，使设计者对消火栓开启初期系统内的流量有个粗略判断，建议启泵流量设置在2～3L/s左右。本文仅表达个人对消火栓系统自动启泵的一些理解，在实际设计中应根据当地消防主管部门及审图老师的指导意见设计。
参考文献：
[1]GB50974—2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014.GB50974-2014，TechnicalCodeforFireProtectionWa-terSupplyandHydrantSystem[S].Beijing：ChinaPlan-ningPress，2014（inChinese）.
[2]GB50157—2013，地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
[3]15S909，《消防给水及消火栓系统技术规范》图示[S].北京：中国计划出版社，2015.
（作者单位：成都地铁运营有限公司运营一分公司）
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