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燕麦粥的博客
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2017-07-19 11:26:37 | 分类:默认分类 | 标签:给水排水,消防专业

消防稳压系统是消防水系统设计中非常重要的一个知识点。通过长时间平台小伙伴的反馈,发现大家对定压系统的认知欠缺必要的深度,笔者由于设计之余,尚有工地施工经验,就该系统中大家平时难以理解的一面做阐述,观点属抛砖引玉,欢迎大家积极参与纠正反馈。   

《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014正式执行已逾2年过半,关于稳压泵设置及计算,时至今日依然争论不休,目前尚无权威资料详细解释稳压计算中的一些关键数据究竟如何得来,笔者尝试从规范和实际的角度,以目前仅有的理论知识基础,解释每个数据的来历。   

开始分析之前,先来复习一下大部分小伙伴都知道的稳压装置究竟在系统中承担什么作用,以及是如何运行的(已经掌握的可以跳过这段,节省宝贵的时间)。(为什么要设稳压泵,这个属于消规5.2.2现成的条文,就不多叙述了)  

 稳压装置需要保障最不利设施的静压要求,需要保障系统能够顺利启动主泵,还有需要保障管网漏损时得到及时的冲水补水稳压(对应条文5.3.3)。稳压装置在消防给水系统待机状态时:若管网发生漏损,稳压装置的电接点压力表感应值会下降,当其降低至P1(设定稳压泵启泵压力值)时,稳压泵启动,由于管网漏损这种级别的流量是非常小的,所以稳压泵的出流能力,可以将压力拉升回来,启动后稳压装置压力表处读数会从P1开始升高,当其升高至P2(设定稳压泵运行停泵压力值)时,稳压泵停泵,若系统还在漏损,又会逐步下降到P1,稳压泵启动压力回升至P2停止,如果在人员没有检修前,只要管网漏损存在,正常情况下稳压泵会在P1至P2间反复启停运行,学习过消防维保知识的小伙伴知道,稳压泵的启停次数需要每天记录,异常时可以得到及时处理。平时若管网没有漏损,稳压装置处的压力读数理想值应该是略微低于P2。稳压装置在消防给水系统正常使用时:由于正常使用消防给水系统,例如开启一个消火栓灭火,这时管网的出流量就比漏损这种流量要高出一个级别,打开栓头开始使用,系统压力下降,稳压装置处压力下降,当其降低至P1时,稳压泵启动,但这时稳压泵的流量相比于正常灭火设施使用来说偏小,稳压泵不足以将系统压力再此拉升,这时虽然稳压泵已经启动,但是系统压力依然会持续下降,当系统压力降低至消防水泵出水干管压力开关设定值时,触发主泵启动信号,稳压泵停泵,稳压装置使命完成,交由主泵运行整个系统,开始正常使用。   

复习完以上基础内容以后,我们以15S909-45页,稳压泵上置时的情况为例说明几个设计值计算方式:

   先就上图左下角提示1 、2、3条做解释,最后解释红色方框P1>H2+7这个最重要的数据。   


提示1:稳压泵启泵压力P1>15-H1,这个不等式即是对5.3.3第三条的翻译,如果只是这么简单一句话,那么众小伙伴又会觉得毫无新意了。笔者告诉大家这里有一种非常简单的理解方式,根据条文,稳压泵的设计压力(这个设计压力包含了P1-P2这一段中的任意压力点,而P1是这一段中的最低压力点,所以P1满足时,该段都满足,即设计压力满足)应保持最不利灭火设施在准工作状态(平时待机状态)静水压力大于0.15Mpa,那么P1设定值里面一定有这样的不等式  P1>15m,后面那个减H1是稳压装置电接点压力表(或其他压力传感装置)到最不利灭火设施的高差,再细说就是稳压装置如果高于最不利设施(消火栓,喷头等)H1,则在不等式P1>15的基础上减去高差H1(高出的静压帮助了稳压泵P1,所以稳压泵单独的能力可以15减去静压帮助的这段)即P1>15-H1,如果稳压装置低于最不利设施(稳压装置中置或下置)H1,则在不等式P1>15的基础上加上高差H1(这时稳压装置不但要提供15m的余压还要克服低于最不利灭火设施的高差)即P1>15+H1,如果两者处在同一水平高度,则不等式P1>15不加也不减。稳压装置放置在系统任何位置,不论是上置,中置还是下置,在设定P1时考虑和最不利灭火设施的高差关系,就能得出第一个初始计算值。   


提示2:稳压泵停泵压力P2=P1/0.8,这个值严格来讲,并非可靠且唯一的来源,实际工程执行的原则是启泵压力P1到停泵压力P2需要一定的差值,让稳压泵有运行的空间区段。差值的量,只有设计人员自己把握。这个差值宜稍大,而不宜稍小,因为普遍设计不会就这个部位的压力传感装置做出详细说明,一般设计院关于压力表说明是“精度0.5级,量程为工作压力的两倍”,我们以系统工作压力0.8MPa(这算消防里非常小的工作压力了)为例,若选择的压力表量程为1.6Mpa,常用如下:

 

,黑色指针为常应压力,绿色和红色指针分别可输出两个电信号设定P1、P2,一个刻度值为2m,如果P1-P2差距太小,例如差距在5m以内,那么在表盘上设定红绿指针时,两个指针就会靠的非常近,靠得太近会导致电磁信号迟钝,甚至产生无法设定的情况。像暖通的定压补水装置,在不同资料上启泵和停泵的差值就比较大,P2=P1/(0.5-0.8)是常用数据。   但并也不是否认差值小就不正确,因为现在的技术已经快速发展,高精度细刻度的仪表甚至电显示直接设定不含机械装置的仪表都有,只是如果设计决定采用小的差值,那么需要对该处的压力传感装置进行特殊说明,施工单位是不会研究这个具体是什么影响,按照统一原则采购,可能会导致系统迟钝或者不可靠(笔者在现场有这样的经历。实际工程可能采购的是成套装置高档带屏显的,也可能泵、 罐、 阀件都分开采购自己安装)。总得来说,差值过小也会导致管网的压力反馈过于灵敏,抗管网水力波动能力弱,存在错误信号的可能。建议启泵到停泵的差值要5m以上。   


提示3:消防水泵启泵压力P=P1+H1+H-7,这条是对条文5.3.3 第二条的翻译,和提示1提到的理解方法一样,简单来说,就是稳压装置处施加一个压力给系统,正常使用时系统压力从P1开始下降,降到压力开关处(图示中泵出水干管上的P点)尚有7-10m(以下分析均以7作为准值)的余压时,压力开关触发动作信号。那么首先可以得到一个确定的不等式,压力开关设定动作值P=P1-7,接下来再按之前所述方法变化一下P=P1-7+附加高差,该附加高差是稳压装置压力表到压力开关的高差,如果稳压装置压力表高于压力开关的高差为H1+H(图示情况),则P=P1-7+H1+H,如果稳压装置压力表低于压力开关H(下置时),则P=P1-7-H,如果稳压装置压力表与压力开关齐平,则不加也不减。   


目前为止,这些内容都属于基础,相信已经有很多小伙伴已经掌握,接下来是最重要的分析点:P1>H2+7这个必要值的来历。   请大家还是看图示这张图:

   我们都知道,系统正常使用时,稳压装置处压力开始下降,降低至P1时稳压泵启泵,稳压泵启动后由于灭火设施正常使用出流量大而稳压泵补水流量小,稳压装置不足以让系统压力回升,所以系统压力会继续下降,导致系统下降到触发压力开关的设定值。但是!这个下降值是有限度的,请大家注意看上面红色的这根线,这根线是压力开关至水箱液面的高差,只要水箱的液面没有大幅度下降,这个静压作用是几乎没有改变的,也就是不管系统压力怎么下降,只要水箱的液面没有大幅度下降,这个静压值就是压力开关处的最小压力值,那我们可以得出这样的结果:
   设计压力开关动作值(上图提示3)P=P1-7+H1+H
   实际压力开关处最低压力Pmin=H1+H+H2
   如果你的设计值比实际最低压力还小,这个系统就会毫无意义,因为不管系统压力怎么下降都降低不到那个触发值,主泵不会启动(笔者在现场调试过)。要使前面那一长串看似莫名其妙的数据有意义,设计值必须要大于实际最低值,则P1-7+H1+H>H1+H+H2,这是整个系统有意义实际能触发动作值的必要条件,把不等式两边的H1+H约掉以后,得到P1>H2+7。同样的道理可以分析稳压装置安装在系统任何位置的情况,设定压力开关的动作值,都不能低于压力开关处的静压。
   说到这里,有些小伙伴估计已经明白了,有些小伙伴也许会有以下疑问,为什么说主泵运行前,水箱液面下降缓慢,不是旧规范说水箱是火灾初期用水,10min也该放完了。我们先不说用10min的时间去等待水箱液面下降H2(实际设计大概2m左右),就纯粹对这个系统来讲,如果你的设计均正确,而且稳压装置处在可靠运行时,水箱的液面下降微乎其微,为什么?请看如下图示:

 

   大家先忽略上面编号1、2、3这三个点,只看红色箭头与绿色箭头,红色箭头是来自稳压装置的出水,绿色箭头是来自水箱静压出流,不难看出稳压装置正常运行时出水压力一定是大于水箱的静压,所以止回阀前端会被稳压装置的出水给堵住,绿色箭头的水无法流出。既然稳压泵没有停泵前只有稳压装置在出水,而且我们普遍设计的稳压泵的出流量为1L/S-5L/S,假设常规水箱18m³有效储水容积,常用尺寸为5*3*2m,底面积15㎡,0.1m高度的水箱水容积为1500L,当设计稳压泵流量为1L/S时,水箱降低0.1m需要1500s,也就是25分钟,当取到极限5L/S时,水箱降低0.1m也需要5min,这个变化值对于系统从P1降低到压力开关触发动作值的时间来说,长到可以忽略。(如果水力学知识更强一点的小伙伴,会知道这个时候还有一个下部压力出流的问题,会导致实际出流量不会那么理想,会有增大波动的情况,但这种属于不可控情况,需要非常复杂的公式来分析。对应于下面讲到流量开关位置会提及,此处暂不详述)   


我们再来看1、2、3这三个点,假设这三个点分别是流量开关的安装位置,当然现在许多小伙伴可以一眼就看出来安装在1处或2处在稳压装置正常运行时,是没有流量信号反馈的,安装在3处的意义好像也不大,如果设计的稳压系统压力感应值都正确的话,通过压力感应就可以正常触发主泵启动,所以图示给出了这样的说法:

   这样的说法基于的理论依据就是上述内容,但是!并不能完全赞同图示的说法,因为这些都是基于稳压装置能够顺利运行,顺利触发信号的基础上,如果稳压系统无法正常启动,那么流量开关是最直接的一种启泵信号触发装置,这时水会顺利流过,基于这种稳压装置出故障水箱水流触发信号时,流量开关安装在1、2或3处的意义都是一样。那为什安装在3处的意义更大,因为就算稳压装置正常运行时,只要下端出现了出流量大的情况,比如开启一个栓口,出流量同时受到静压出流与稳压装置压力出流的影响,假设大于5L/s,对于3这个点形象来讲就是下面有一股静压出流压力在往下拉,上面有稳压的出流压力在推,所以该处的瞬时流量完全有可能在稳压泵正常运行时,就达到设定的流量开关动作值,但这种情况下3处的出流并不稳定,需要一个比较复杂的出流分析才能得出整个压力变化和流量变化的过程。这是一个展开来讲更复杂的知识点,篇幅会更多,涉及的面也非常广,笔者列一个简图,愿意讨论的小伙伴可以在平台反馈。

左图纯静压出流,打开阀门液面H会以可计算方式加速度下降,直至把系统的水都放干净。右图当同时存在静压与额外压力时,系统竖向的流态会分区,液面下降高度的变化趋势不可控。这个问题的直观衍生方向就是当循环系统(例如给排水的热水系统),水箱下置且为开式水箱时,回水要设减压限流措施,限流措施是防止系统停机时即循环泵停泵时回水管由于静压出流影响从开式水箱反溢,减压措施防止系统正常运行时及循环泵启动时(回水同时受循环泵压力与静压出流影响),回水管整个流态处于不可控状态,可能会过快回到水箱让水反溢,让管道内充满气体。
   如果完全掌握了稳压泵上置时P1为什么必须要>H2+7,这里面认真分析,涉及出流的概念,涉及静压,涉及整个稳压装置的运行,那么想必对稳压系统的认知已经不一样了,这时再回过头来看如下三个问题:
   1、说了这么多,稳压泵的扬程究竟该取多少?为什么?
   2、喷淋系统与消火栓系统的稳压装置是否可以合用?为什么?
   3、尚未废止的98S205《消防增压稳压设备选用及安装》图集,在新规的计算方式下,是否依然可以直接引用?为什么?
  工程和设计,并不只有枯燥的加班和忙碌地赶图,其实是非常有趣而踏实的,里面蕴涵的知识可以带大家认知更深度的领域,希望大家都能尊重知识,本着敬畏之心,寻根问底,在行业里发现更多的有价值的东西。上述这三个问题,笔者留点悬念和空间让思维飞,当然您也可以加入我们的讨论群,笔者会不定期分享一些平时难以见到的有趣的知识点,与大家一起爱智求真,共同挖掘一些不为人知的小秘密,同时挖掘更多的生活的小乐趣,一起成长。

                                                                                                                                       By 三馀  

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