99%消防泵房、水池設計經(jīng)常犯錯問(wèn)題99例(三）

一、當室外采用臨時(shí)加壓消防給水系統時(shí)，且消防泵不與其他系統合用時(shí)。必須采用穩壓泵維持系統的充水和壓力，也可采用消防水箱，但必須是獨立出水管穩壓。

室外消火栓泵獨立設置，相當于室外系統獨立設置，按《消水規》6.1.7，宜采用穩壓泵維持系統的充水和壓力，也可采用消防水箱，但必須是獨立出水管穩壓。

《消水規》6.1.6當室外采用高壓或臨時(shí)高壓消防給水系統時(shí)，宜與室內消防給水系統合用。《圖示》展示一種比較少見(jiàn)的形式（見(jiàn)下圖圖8），提示3說(shuō)明適用于室內消火栓系統揚程很高的建筑，室外消火栓泵由流量開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟泵。

 

                                                  圖8

一些設計采用這種方式，存在較大隱患。

1.與《消水規》6.1.7矛盾。

此示例中，室內外消火栓管網(wǎng)及泵組都各自獨立，并不存在合用情況?！断帯?/span>6.1.7 規定，獨立的室外臨時(shí)高壓消防給水系統宜采用穩壓泵維持系統的充水和壓力。此圖示違反6.1.7規定，或者說(shuō)是偷換概念，愿意采用穩壓泵方式就是獨立系統需用，不愿意用，就不是獨立系統不需用。

消防系統是否合用，主要按消防泵和管網(wǎng)是否獨立衡量，如獨立噴淋和消火栓系統，常常合用消防水池、屋頂水箱、穩壓設備。同理，獨立的室內外消火栓系統，按消防泵和管網(wǎng)是否獨立衡量，允許合用消防水池、屋頂水箱和穩壓設備，可以判斷圖示違反《消水規》6.1.7 。

2.僅靠流量開(kāi)關(guān)，不能保證自動(dòng)啟泵。

當需要從室外管網(wǎng)通過(guò)消防車(chē)泵送至室內管網(wǎng)時(shí)，往往是室內消火栓泵失效的情況，屋頂水箱和室內管網(wǎng)不一定有水，打開(kāi)室外栓，系統并不產(chǎn)生流量，自動(dòng)控制無(wú)法進(jìn)行。室外系統是失效室內系統的保障措施，這種保障措施不能依靠失效系統來(lái)啟動(dòng)。通俗地講，不能依靠昏迷病人喊醒熟睡的醫生起來(lái)做手術(shù)。

3.最關(guān)鍵問(wèn)題：室外管網(wǎng)向室內管網(wǎng)供水產(chǎn)生回流

當消防車(chē)從室外消火栓抽水向室內消火栓管網(wǎng)泵送時(shí)，整個(gè)系統就成了一個(gè)部分循環(huán)系統，循環(huán)流量所占消防車(chē)車(chē)載消防泵流量的比例，與室外栓泵揚程、減壓閥后設定壓力、以及減壓閥組、消防車(chē)、室外栓泵距離產(chǎn)生水力損失有關(guān)。不管循環(huán)流量所占比例多少，最終影響室內消火栓出水滅火。

自動(dòng)啟泵可以通過(guò)其他方法改良，但管網(wǎng)回流不能起到正常供水目的，造成此系統方式不可行。

二、水錘吸納器規格偏小。

大部分設計，水錘吸納器設計存在空白，規格選用沒(méi)有計算。

根據CJ/T 300-2013《建筑給水水錘吸納器》7.10.1，緩沖氣壓腔最小容積由公式(1)計算確定:

 

 

某項目消火栓泵40L/S,出水干管無(wú)縫鋼管D159x5（A=0.00548m³），長(cháng)400m,消防泵H=1.6MPa。u=2.294m/s,采用活塞式水錘吸納器,與出水管同管徑DN150。

式中：    

    V——緩沖氣壓腔最小容積，單位為立方米(m³)；

   A——水管過(guò)流斷面截面積；單位為平方米(m²)；

   L——輸水管總長(cháng)，單位為米(m)；

u——介質(zhì)平均流速，單位為米每秒(m/s)；

n——絕熱指數(充空氣n＝1．2)；

P₁——系統工作壓力，1.6MPa 

P₂——管路允許水錘時(shí)最高壓力峰值，按《消水規》最高1.4P₁

經(jīng)計算，V=0.0002x0.00548x400x2.294x2.294/1.6x0.0577=0.0248m³。即24.8L,常見(jiàn)的活塞式水錘吸納器容積，DN150為7L左右，DN200為14L左右，明顯選用DN150水錘吸納器與計算結果相差太遠，不合適,得采用DN300水錘吸納器（或4個(gè)DN150）。

從公式(1)反算，當V減半時(shí)，P₂≈2P₁，再減半，P₂≈4P₁。

若消防泵Q=30L/S,u=1.72(m/s）,同時(shí)其他參數不變，經(jīng)計算V=0.0085m³，可以選用一個(gè)DN150水錘吸納器。

當水錘吸納器充氮氣時(shí)，絕熱指數n＝1．4，基本上計算容積減半，上例中，計算容積降為12L,在設置防水錘止回閥的前提下，一用一備消防泵組，每臺泵各自設置一個(gè)DN150水錘吸納器沒(méi)問(wèn)題。

充氮氣與沖空氣成本差小，可忽略，推薦采用，避免選用過(guò)大管徑。

常規設計，止回閥采用帶有減小水錘作用的止回閥，已經(jīng)大大降低了水錘的峰值，與水錘吸納器配合使用，水錘吸納器應允許降低要求，但尚缺乏具體測試和研究成果，個(gè)人保守建議僅可略微降低。

三、設計成果應提供明確水錘吸納器選型和規格，提供材料表，并且參數正確。不能簡(jiǎn)單示意，也不能設于出水干管上，宜采用活塞式水錘吸納器。

每個(gè)項目的輸水管長(cháng)度不同、設計流速不同，應根據計算結果確定選材信息。

絕大部分設計沒(méi)有水錘吸納器選型，最多僅表示位置和管徑，一些設計將其置于出水干管上（見(jiàn)下圖圖9）。圖9中位置，只適合膠膽式吸納器，而這種膠膽式吸納器，體積大，緩沖氣壓腔容積卻很小，許多項目不能滿(mǎn)足計算要求。

                        圖9

四、水錘吸納器前漏設檢修閥門(mén)

不少設計漏設檢修閥，甚至還有人提出疑問(wèn)，是否不設閥門(mén)防止誤關(guān)閉？

水錘吸納器存在充氣閥關(guān)閉不嚴或其他原因，造成空氣不斷被壓力水擠壓而泄放，緩沖氣壓腔容積越來(lái)越小，需要定期充氣，因此必須設置檢修閥門(mén)，為防止誤關(guān)閉，必須采用帶關(guān)閉指示閥門(mén)或信號閥。 下圖圖10為活塞式水錘吸納器。

 

                                        圖10

當水錘吸納器設于消防泵出水管控制閥前（見(jiàn)前圖圖3和圖9），也可以不設閥門(mén)，檢查時(shí)，關(guān)閉控制閥，并開(kāi)啟消防泵放氣閥泄氣（水）降壓，并可觀(guān)測準確氣壓。 

五、檢修閥與水錘吸納器之間需設放水閥，方能檢查吸納器的氣壓

若不設，不管緩沖氣壓腔是否漏氣，活塞移動(dòng)，氣壓腔壓力仍是是系統管網(wǎng)的常態(tài)壓力，難以發(fā)現漏氣，每月一次的氣壓巡查，不能發(fā)現問(wèn)題。只有通過(guò)放水閥放水，活塞水壓側壓力為0，壓力表才能反映真正的氣壓腔氣壓。

膠膽式吸納器亦然，但按前圖圖3和圖9設于消防泵出水管控制閥前，可以利用消防泵放氣閥不設放水閥。

六、先導式泄壓閥不能代替水錘吸納器。

1. 建筑給水系統比較適合采用囊式水錘吸納器

由于水的微小壓縮性能，才能產(chǎn)生水錘，且水錘產(chǎn)生產(chǎn)生較大的破壞力。20攝氏度,1個(gè)標準大氣壓時(shí)，將水壓縮減小0.4%的體積，其壓力上升近10倍，但氣體壓縮減小0.4%的體積，其壓力上升可忽略不計。囊式水錘吸納器通過(guò)氣體壓縮和擴張來(lái)避免水的壓縮擴張，大大降低管道內壓力。

當系統管徑大，管路長(cháng)，水泵揚程高，囊式水錘吸納器的氣囊體積相應需要很大（見(jiàn)上述計算），此時(shí)使用囊式水錘吸納器不合適，而建筑給水系統一般管徑小于DN300,管路也不長(cháng)，比較適合采用囊式水錘吸納器。

2. 先導式持壓、泄壓閥不能消除水錘，水錘產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓時(shí)間極短，而且水擊波速度快（1300m/s），泄壓閥尚未開(kāi)啟，多次沖擊波已經(jīng)來(lái)而復返。

泄壓閥的開(kāi)啟需要一定的時(shí)間（控制腔排水時(shí)間），因此其無(wú)法消除水錘的瞬時(shí)高壓。水錘第一波波峰沖擊后瞬時(shí)降壓到負壓（波谷），波峰時(shí)泄壓閥來(lái)不及開(kāi)啟，波谷不會(huì )開(kāi)啟，若第一波水錘未造成管道破裂，泄壓閥在第二波沖擊到來(lái)時(shí)同樣來(lái)不及開(kāi)啟，造成管道形成二次瞬時(shí)高壓，并繼續震蕩下去。

3. 若為閉式管網(wǎng)，水錘產(chǎn)生高壓若能及時(shí)打開(kāi)閥門(mén)閥芯，先導式泄壓閥的泄流量比較大，管網(wǎng)上部形成真空，第一波水錘結束后由于真空的吸力，水錘的震蕩衰減程度小，延遲水錘的存在時(shí)間，系統的薄弱環(huán)節受到更多次的沖擊更容易損壞。

4. 要讓泄壓閥起作用，只有讓水錘周期延長(cháng)。

當泄壓閥附近有氣壓罐、囊式水錘吸納器，會(huì )延遲水擊周期，泄壓閥與之配合能夠加大防水擊效果，這種方法，已經(jīng)取得一定的研究成果。

5. 大流量及特長(cháng)、特大管路系統消除水錘采用水擊泄壓閥。

根據上述計算公式，若管長(cháng)不是400米，而是40km，等等，囊式水錘吸納器計算容積可以是上例的幾千幾萬(wàn)倍，不可能制作幾百立方米的吸納器，已經(jīng)不適合采用，需要另行選擇一種能瞬時(shí)開(kāi)啟的泄壓閥，來(lái)解決上述問(wèn)題，這種泄壓閥稱(chēng)為水擊泄壓閥（見(jiàn)下圖圖11）。

水擊泄壓閥也是先導式泄壓閥，閥芯開(kāi)啟閉合的反應時(shí)間一般只有幾毫秒，這是與用于防止低流量過(guò)熱的先導式泄壓閥的根本區別。

 

                       圖11

七、水泵吸水口壓力大或者存在一定的范圍變化，消防泵房設計，需要按最不利工況設計，且必須核算不同工況的各種設計參數，選用合適的材料設備壓力等級和設計參數、規格。

消防泵吸水口壓力大且變化的情況，常見(jiàn)的有三種：一是直接接市政，二是消防水池高于泵房，如地下一、二層貫通設消防水池，水位差高達5m或以上，或者地下一設消防水池，地下二層設泵房，吸水口水壓最高近10m。三是消防泵直接從常高壓消防系統管網(wǎng)抽水，山地項目，區域消防系統部分采用常高壓，地勢高且樓層高部分局部采用臨時(shí)高壓。

這種情況，選泵揚程按最不利吸口壓力計算，但絕大部分工況，吸口壓力遠大于最不利壓力，造成消防泵出口壓力遠大于計算壓力，而相應的材料設備壓力等級沒(méi)有提高，設計參數也沒(méi)有相應調整。

如某項目，山頂水池最高水位與消火栓泵高差30m,最低水位27米，距離200m,共用管網(wǎng)管徑DN300，局部區域為9層住宅樓附帶裙樓會(huì )所、國醫館、健身中心和充電樁地下車(chē)庫，室外30L/S，室內消火栓系統25L/S，泡沫噴淋80L/S需加壓室內外設計最大總流量110L/S（地下室消火栓10L/S、20L/S）,1000i=8.3m，按設計流量計算輸水管水力損失0.26MPa，臨時(shí)高壓消火栓系統計算壓力0.65MPa，由于計算工況，吸水口壓力為0.01MPa,所以選泵揚程0.7MPa，泵流量25L/S（見(jiàn)下圖圖12）。

                    圖12

泄壓閥的整定壓力，若按設計工況選擇，可選0.80MPa，回座壓力>0.65MPa，沒(méi)問(wèn)題，但當住宅火災時(shí)，噴淋沒(méi)有啟用，室外系統也沒(méi)有啟用時(shí)，室內消火栓流量只有10L/S，輸水管水力損失不到計算工況的1%,可以忽略。泵后系統超壓，導致泄壓閥動(dòng)作，消火栓泵流量增加，滅火流量加上泄流量共達到150%Q時(shí)，其泵揚程0.62MPa，輸水管水力損失0.02MPa，加上泵前壓力，系統實(shí)際壓力0.9MPa，高于泄壓閥排放壓力（Pd），基本上消防泵一啟動(dòng)，泄壓閥就關(guān)閉不了，流量大于1.5Q。產(chǎn)生如下問(wèn)題：1.浪費大量消防蓄水（高差大不能回流）；2.泵房容易淹水；3流量過(guò)大，超過(guò)消防泵測試工況點(diǎn)，若采用立式泵，水泵電機很可能過(guò)載燒毀。

當建筑不設消防水池，消防泵從直接連接市政管的室外消防管網(wǎng)吸水時(shí)，也同樣存在上述問(wèn)題。

  解決問(wèn)題的方法建議如下：

1.按最高壓力工況選用合適的材料設備壓力等級和設計參數；

2.消防泵設置泄壓回流管，泄壓閥排水管接入吸水管；

3.為避免系統不出水，消防泵與泄壓閥死循環(huán)照樣發(fā)熱，必須再設泄壓閥，此泄壓閥可比循環(huán)泄壓閥小1~2級管徑，直接排走，整定壓力至少高0.02MPa。4消防泵電機功率至少加大一級電機，在訂貨應說(shuō)明清楚。

八、消防水泵吸水管布置形成氣囊

不談明顯的、低級的錯誤，主要談兩種情況。

一是為滿(mǎn)足自灌吸水，泵房標高下降到與水池吸水坑平齊，吸水管若設置喇叭口，頂部基本需高于吸水坑底1.4米以上(DN300)，采用旋流防止器，高于吸水坑底1米左右(DN300)。設計者沒(méi)有核對各種尺寸，直接接至水泵，造成水泵基礎需要1米左右的高度方能滿(mǎn)足要求，而實(shí)際上不允許基礎這么高，現場(chǎng)只好下彎連接吸水管，形成氣囊（見(jiàn)下圖圖13）。

                       圖13

可以與土建設計協(xié)調處理，加深集水坑解決問(wèn)題。專(zhuān)業(yè)內部解決，可以在淹沒(méi)深度超過(guò)800mm前提下，將吸水管口45º斜切，不設喇叭口或旋流防止器（見(jiàn)上圖圖13），但這種方式，一般審圖通不過(guò)，筆者另行專(zhuān)題討論。

還有一種解決方式，在水池內拱形管頂鉆小孔，前提是水池最低水位高于小孔200mm或以上（參考后面消防水池部分的《連通管彎折》）。

二是吸水管設置Y形過(guò)濾器，濾網(wǎng)必須向下安裝，過(guò)濾器頂部形成氣囊，管徑越大，流速越低，氣囊容積越大，尤其是共用吸水管上的過(guò)濾器,平時(shí)積聚較長(cháng)氣囊（見(jiàn)下圖圖14）。消防泵啟動(dòng)后，氣體帶進(jìn)泵腔，對運行中的消防泵產(chǎn)生嚴重影響。

建議吸水管不設過(guò)濾器，設于其他位置，如報警閥前等。當吸水管必須設置過(guò)濾器，盡量不設在共用吸水管上，且不宜使用Y形過(guò)濾器，可采用籃式過(guò)濾器（見(jiàn)下圖圖15）。

                      圖14

                     圖15

九、吸水管設置自動(dòng)排氣閥

一些設計，吸水管存在彎折（如上述情況），為了避免吸水管形成氣囊，于水池外吸水管彎折最高處設置自動(dòng)排氣閥。雖然平時(shí)沒(méi)有使用，可以自動(dòng)排走管內氣體，但消防泵運行時(shí)，吸水管大部分時(shí)間內是負壓狀態(tài)，只要管內有微小氣泡，就會(huì )造成自動(dòng)排氣閥開(kāi)啟并吸氣，造成水泵汽蝕。

十、采用吸水管過(guò)濾器，吸水管安裝高度不足

采用上述Y形過(guò)濾器，由于濾網(wǎng)必須向下安裝，且需要考慮拔出空間，如一些產(chǎn)品，DN200規格H1約700mm左右(H1見(jiàn)上圖圖14,10），很多吸水管底距地僅250，濾網(wǎng)偏轉與豎直面成45°仍不能拔出。另一種情況，一些設計為避免形成氣囊，改用籃式過(guò)濾器，大部分籃式產(chǎn)品H1也是600mm左右，也存在濾籃嵌進(jìn)地板的問(wèn)題。

解決辦法：同上，建議吸水管不設過(guò)濾器，當吸水管必須設置過(guò)濾器，抬高吸水管距地高差，或定制H1滿(mǎn)足安裝要求的產(chǎn)品。