新國標適用研究：室內消防水泵的啟動控制

　　摘要：本文結合現行規范介紹了消防水泵啟動控制的相關規定，針對《消防給水及消火栓系統技術規范》中的壓力開關、流量開關在實際工程中的應用進行試驗、研究并討論，提出了一些可行的做法，以期為更好的執行新規范提供理論指導和技術支持。

　　《消防給水及消火栓系統技術規范》(GB50974-2014)已于2014年10月1日實施，該規范*提出了消防水泵自動啟動的控制要求，現行的控制做法要做出相應改變，為了幫助工程技術人員更好的執行該規范，作者從工程實際出發，對相關技術問題做了理論分析并給出一些可行做法。

　　引言

　　消防水泵的啟動涉及系統設計、設備設施及維護管理等多方面內容，國家標準《消防給水及消火栓系統技術規范》(GB50974-2014)（簡稱“新規范”）已于2014年10月1日實施，對消防水泵的控制和操作有了更為嚴格的規定，其中條文：

　　11.0.4消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關，或報警閥壓力開關等開關信號應能直接自動啟動消防水泵。消防水泵房內的壓力開關宜引入消防水泵控制柜內。

　　11.0.19消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關，但可作為發出報警信號的開關或啟動干式消火栓系統的快速啟閉裝置等。

　　為了幫助工程技術人員從本源去理解、運用規范條文，本文結合工程常規作法，從系統設計原理方面進行探討并給出相應建議，以期為“新規范”的順利實施，提供理論指導和技術支持。

　　1 消防水泵啟動控制的常規方式及新規范要求

　　消防水泵的啟動方式主要有遠程啟泵、泵房內啟動和自動啟泵等。

　　消防水泵遠程啟動方式主要是在消防中心設置按鍵，對于消火栓系統，原有的《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-05有明確規定，此按鍵要求專線控制；另外，對于臨時高壓給水系統的每個消火栓處應設直接啟動消防水泵的按鈕，通常由火災報警系統聯動控制總線，控制消防水泵啟動；對于自動噴水滅火系統，當消防控制室人員在接到起火樓層水流指示器的信號后，可以加強對消防水泵啟動控制，同時在消防中心也可根據火場的具體情況監控消防水泵的運行情況。遠程啟泵是對自動噴水滅火系統自動啟泵方式的一種補充。

　　消防水泵控制柜上設置手動直接啟泵按鈕和機械應急啟泵裝置。“新規范”條文11.0.7中將“消防控制柜或控制盤應設置專用線路連接的手動直接啟泵按鈕”作為強制性規定。當火災發生時，若消防泵控制柜的電路發生了故障而使消防泵不能啟動時，機械力使接觸器閉合，這種方式使主電路的主接觸器被強制壓下，即接通了消防水泵的電機饋電電源，水泵被強行啟動，而不是按原來電路安排的啟動程序。國家標準《低壓開關設備和控制設備固定式消防泵驅動器的控制器》（21208-2007）[3]（本標準在采用IEC/TS62091:2003時，已根據我國國情作了修改）對這種啟動方式做了規定。該標準還規定：“在試圖啟動一個有故障的電動機/消防泵并使其持續運行時，可以“犧牲”主電路導體及元件（即允許暫時性或*性的損壞）”，應該指出這是一種應急啟動，無降壓過程，過大的電流也可能使接觸器觸頭出現熔焊、粘連等情況。故只能在撲救火災需要的情況下授權進行，消防驗收及日常檢查不能對其試驗。

　　自動啟泵通常是利用壓力或者流量傳感器，監測系統壓力或者流量變化，實現維持系統日常工作壓力的穩壓泵啟停、消防主泵啟動的自動控制。“新規范”條文11.0.4規定：消防水泵應由水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關，或報警閥壓力開關等開關信號應能直接自動啟動消防水泵。消防水泵房內的壓力開關宜引入控制柜內。

　　對于自動噴水滅火系統，消防主泵的啟動控制，由設置在濕式報警閥信管上的壓力開關控制完成（圖1）。此管平時無水，壓力開關處于無壓狀態，開關前面有延遲器，不會受到管網壓力波動的影響。一旦噴頭動作濕式報警閥在壓力水作用下開啟，信號管充水，壓力開關動作，啟動消防水泵。此壓力開關從無壓到一個固定壓力值的變化，幾乎沒有誤動作的可能，非常準確。

　　對于“新規范”條文11.0.4規定報警閥壓力開關直接自動啟動消防水泵正是這種情況，而通過流量開關、壓力開關自動啟動消防水泵，存在著一定的問題將在下面章節論述。

　　2 執行新規范條文11.0.19

　　消火栓箱設置啟泵按鈕是一種常規做法，通過火災報警及其聯動控制系統的總線控制模塊啟動消防水泵，同時顯示啟泵按鈕的具體位置。然而“新規范”條文11.0.19中規定“消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關”，并做出如下解釋：“本規范對臨時高壓消防給水系統的定義是能自動啟動消防水泵，因此消火栓箱報警按鈕啟泵投資大；目前我國居住小區、工廠企業等消防水泵是向多棟建筑給水，消火栓箱報警按鈕的報警系統經常因弱點信號的損耗而影響系統的可靠性。”

　　消火栓按鈕啟泵是多重啟泵方式之一，是系統可靠運行的重要一環。如果完全否定該常規作法，按照規范要求利用管網壓力或者流量開關自動啟泵，其可靠性還有待實踐驗證，因此建議消火栓按鈕啟泵可作為備選啟泵方式之一，允許其與自動啟泵方式并存。在數棟大樓共用一個消火栓給水系統時，可以通過技術手段解決弱電信號損耗的問題。此外，需要特別注意將消防水泵控制柜調到自動檔位，否則水泵無法啟動。

　　3 執行新規范條文11.0.4

　　“新規范”對消防水泵的自動啟動進行了技術規定，并要求設置壓力開關或者流量開關，壓力開關或者流量開關的設置位置會影響水泵自動啟動的有效性，以下主要針對壓力開關和流量開關的設置位置及工作原理進行分析探討。

　　3.1壓力開關的設置位置

　　3.1.1壓力開關啟動消防水泵的問題分析

　　當消防系統的穩壓裝置設置在消防水泵房內時，消火栓系統局部示意圖如圖2所示，壓力開關通常設置在消防水泵出水主干管上（如A點所示）。穩壓泵壓力流量特性圖和系統壓力變化點如圖3所示。消防主泵及穩壓泵的三個壓力控制點分別是，穩壓泵啟動壓力（P2），穩壓泵停泵壓力（P0），消防水泵啟動壓力（P4）。當壓力開關設置在A點時，穩壓泵控制過程為：平時由于室內消火栓系統常采用單向閥回水以及管道滲漏等原因，系統內壓力會有所減小(P2)，此時設在氣壓水罐上的觸點壓力表或壓力開關自動啟動穩壓泵補水(P1)，當壓力恢復到設定值(P0)后，穩壓泵停止工作；當火災發生室內消火栓被使用，系統一支消火栓出水量為5L/s，壓力降低穩壓泵再次啟動，此時穩壓泵的供水量大于日常的補水量，壓力降到P3。盡管穩壓泵供水能力有限，不能滿足樓內消火栓所需水量，但是管道壓力仍未降低到消防主泵啟動壓力(P4)，主泵并不會開啟。

　　3.1.2解決辦法

　　為解決當壓力開關設置在A點（圖2）時，火災時消防水泵無法自動啟動的問題，建議將壓力開關設置在消防主泵的出水干管和穩壓泵出水干管連接點之后（A1處）或穩壓泵出水干管（B處）上（圖2）。該做法的原理如下：穩壓泵動作時，A點管段內無水流動作，故所測壓力為靜水壓，B點管段有水流動作，既可以測定靜水壓，也可以測定側向動水壓（是否有水流動主要取決于是動用消火栓造成的水壓下降，還是由于管道滲漏及單向閥回水造成的系統壓力下降。前者有水流經B點，后者穩壓泵出水主要注入氣壓水罐，而不流經B點）。根據文丘里效應，穩壓泵動作時，水流經過A1點管段或B點管段時，其側向水壓小于靜水壓，流速越大差值越明顯。這使其在實際工程中，當消火栓使用初期，穩壓泵工作時，A1點或B點的壓力達到P4點以下，啟動主消防泵。

　　為準確反映火災初期，A點靜水壓和A1或者B點動水壓的壓力差異，以及對比B點水流的側向和迎水流方向或背水流方向動水壓的不同，我們利用消火栓供水系統進行試驗。由于裝備有限，僅采用消防水帶、分水器、消防水槍和消防車組成簡單的試驗裝置，并對其中的部分工況進行了重復試驗，以保證該試驗結果的可靠性，系統壓力試驗示意圖及結果

　　注明：

　　1．消火栓出口水壓均為0.2Mpa，壓力表1靠近消防車位置，然后依次為壓力表2和壓力表3，壓力表4連接水槍

　　2．壓力表1、表4為經過校驗的消防勘察專用設備，也是作為本文的主要參考數據，射水前后其壓力變化相差近一倍。

　　3．壓力表2和表3接口處接一段90度細銅管，使其可測量迎水流方向及背對水流方向水壓，便于比較。

　　3.2流量開關設置位置

　　3.2.1流量開關啟動消防水泵的問題分析

　　流量開關常用于工業自動化控制與暖通空調等工程，可監控不同溫度油、水等各種液體及氣體的流量增加與流量減少，其品種繁多，型號復雜且價格差異很大。用在消防給水系統中的流量開關一般為葉片式（擋片式、擋板式等，如圖5所示），僅用來監控水流量的增加。作為消防給水系統的控制設備，急需結合本系統的特定使用條件與需求，制定消防專項標準并進行質量評估，以保證其使用安全與可靠，其*終要納入消防產品質量認證體系中去。

　　是兩個常見的市售流量開關產品，對安裝于管徑為100毫米及150毫米的消防水箱出水管處，流量范圍可以進行調節，其調節范圍是：

　　國家規范要求室內消火栓系統所配置的消防水槍（包括消防軟管卷盤之小水槍）噴嘴直徑為16mm或19mm，其額定流量分別為2.5和5.0L/s，然而市售的兩種常見流量開關均無法保證全部動作，其中150毫米出水管上所設水流開關全部不能動作，100毫米出水管上的水流開關不能保證全部動作。

　　水流指示器是將水流信號轉換成電信號的一種報警裝置,常用于自動噴水滅火系統。水流指示器作為消防專用產品有國家行業標準對其嚴格的限制，其靈敏度要求流量小于或等于15.0L/min時，水流指示器不應報警；報警流量應該是在15.0L/min到37.5L/min之間，到37.5L/min（0.62L/s）時，必須報警。將水流指示器的報警信號，轉化為消防水泵的控制信號是可行的，需要注意的是防止其過于靈敏而產生誤動作，本節將主要對其可靠性進行論述。

　　3.2.2解決方法

　　消火栓系統屋頂水箱及上部管網布置如圖6所示，其中：

　　（1）當穩壓裝置設在消防水泵房時，實線部分屋頂水箱通過檢查閥及單向閥與室內消火栓系統連接，利用系統下部的氣壓水罐及穩壓泵維持系統的平時壓力。按照“新規范”要求：高位消防水箱出水管（A）處應設置流量開關；

　　（2）當穩壓裝置設在屋頂高位消防水箱間時，實線加虛線部分，將系統下部的氣壓水罐及穩壓泵移到系統上部，這種情況的優點在于其不承受系統豎向重力所帶來的壓力，提高了氣壓水罐的有效容積，降低了穩壓泵的能耗。

　　對于*種類型，流量開關的安裝只是系統下部壓力開關開啟消防水泵形式的補充。因為正常情況下無論是維持系統的壓力啟動穩壓泵，還是火災初期使用消火栓，使其系統壓力降低時啟動穩壓泵都沒有水體流經此流量開關，只有下部穩壓泵出現問題不能正常工作時，才由屋頂水箱供水，水體才流經此流量開關。

　　對于第二種類型，其運行與流量開關的關系較為復雜。首先，由于管路滲漏單向閥回水等原因造成壓力下降，氣壓水罐上的壓力開關或觸點壓力表啟動穩壓泵，水體主要注入氣壓水罐，只有極少量流經流量開關；其次，消火栓出水時，氣壓水罐首先提供消防水量，此時水流不經過流量開關；當氣壓罐內的水量逐漸減少，系統壓力降低啟動穩壓泵后，水流經過流量開關。（需要說明的是，第二種情況中系統下部消防主泵前的壓力開關，只能作為上面流量開關的一種補充，因為大部分情況此壓力開關處壓力不會降低。）

　　為解決流量開關無法及時動作的情況，建議如下：⑴將其移至流量開關B處；⑵消防水箱的出水管直徑不宜過大，一般為100毫米或150毫米（初期火災的撲救水量規范沒有規定，通常只是使用一只消火栓，對于自動噴水滅火系統四支噴頭動作滅火/控火成功率已達85%），過大的管徑流量開關的“流量增加值”增大，無法控制消防水泵；⑶在沒有研發適合消防系統的“大管徑，小流量值”流量開關的情況下，暫以水流指示器代替之；⑷無論是流量開關還是借用品水流指示器，都要經遲滯后才能啟動消防水泵。采用電氣延遲辦法解決該問題，延遲時間為2~90秒可調。

　　對于設有高位消防水箱和穩壓裝置的消防系統，消防水泵的啟動控制過程如下：⑴日常由于系統滲漏、單向閥回流造成的系統水量損失，由氣壓罐內補充，水流指示器或壓力開關不動作；

　　⑵當氣壓罐內水位下降到一定程度，系統內壓力下降，氣壓罐上的壓力開關或觸點壓力表啟動穩壓泵，向氣壓罐內補水，此時無水流經過水流指示器；

　　⑶當室內消火栓出水進行滅火時，首先由氣壓罐向系統供水，水量為一支水槍的水量（2.5或5.0l/s），遠遠大于水流指示器的*大不動作流量，經延遲0~90秒后，啟動消防水泵；

　　⑷此外，當氣壓水罐內的水量無法滿足水槍連續出水時，由氣壓水罐上的壓力開關或觸點壓力表啟動穩壓泵供水，水流經過水流指示器，啟動消防水泵；

　　綜上所述，我們建議室內消火栓系統依照“新規范”條文11.0.4中規定消防水泵應由水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關的自動啟動消防水泵的方式

　　參考文獻:

　　[1]桂毅.消防水泵控制系統研究[J].安裝,2010,(6):47-48.

　　[2]消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社,2014.

　　[3]低壓開關設備和控制設備固定式消防泵驅動器的控制器.北京：中國標準出版社,2007.