消火栓系統(tǒng)和消防泵的探討

提要：根據(jù)國內(nèi)外消防規(guī)范和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)就消火栓系統(tǒng)和消防穩(wěn)壓泵、消防泵等幾個(gè)問題進(jìn)行探討，并提出設(shè)計(jì)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：消火栓消火栓給水系統(tǒng)穩(wěn)壓泵消防泵

作者依據(jù)中國、美國的消防設(shè)計(jì)規(guī)范以及工程實(shí)踐，就消火栓給水系統(tǒng)中的幾個(gè)問題進(jìn)行探討，以便共同促進(jìn)消防事業(yè)的發(fā)展，不當(dāng)之處請批評指正。

1.消火栓給水系統(tǒng)

1.1消火栓的栓口壓力和系統(tǒng)分區(qū)

　　我國《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16—87修訂版（以下簡稱《建規(guī)》）第8.6.2和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045—95（以下簡稱《高規(guī)》）第7.4.6條規(guī)定消火栓栓口靜水壓力不應(yīng)大于0.8Mpa，當(dāng)大于0.8Mpa時(shí)應(yīng)采取分區(qū)給水系統(tǒng)。

　　美國NFPA14《StandardfortheInstallationofStanpipeandHoseSystem》(1996Editon)中規(guī)定系統(tǒng)任何一點(diǎn)的壓力在任何時(shí)間不能超過2.41Mpa，當(dāng)栓口處靜壓力超過1.21Mpa時(shí)應(yīng)設(shè)減壓裝置。

　　我國消火栓的靜壓不應(yīng)大于0.80Mpa是系統(tǒng)分區(qū)值。消火栓的靜壓要求是鑒于消火栓的質(zhì)量——承壓力。我國《室內(nèi)消火栓》GB3445—82中規(guī)定室內(nèi)消火栓工作壓力為1.60Mpa，試驗(yàn)壓力為2.40Mpa，遠(yuǎn)大于靜壓分區(qū)值0.80Mpa，因而我國的系統(tǒng)分區(qū)值可適當(dāng)提高。在美國系統(tǒng)分區(qū)有兩個(gè)值確定，一是與我國相當(dāng)?shù)乃陟o壓不超過1.21Mpa；二是系統(tǒng)任何一點(diǎn)的壓力在任何時(shí)間不能超過2.41Mpa，這是系統(tǒng)必須串聯(lián)分區(qū)的要求。據(jù)調(diào)查，我國有不少的建筑高度在60m—70m，這樣高度的建筑物加上地下室高度和屋頂水箱高度，其總高度往往大于80m，致使消火栓系統(tǒng)要分區(qū)，造成消火栓給水系統(tǒng)設(shè)備、管道增加，投資增加。適當(dāng)提高此值或借鑒美國標(biāo)準(zhǔn)，可節(jié)省大量投資，并簡化系統(tǒng)。

　　建議靜壓分區(qū)值1.0Mpa—1.2Mpa，系統(tǒng)串聯(lián)分區(qū)值2.40Mpa。這樣既可以充分利用消火栓的承壓力，又可以節(jié)省投資。

1.2消火栓的等級

我國室內(nèi)消火栓有DN65、DN50、和DN253個(gè)規(guī)格，DN25的水喉不能單獨(dú)使用，僅可與DN65和DN50配合使用。NEPA14消火栓分為3個(gè)等級：Ⅰ級為DN65的消火栓，僅設(shè)栓口；Ⅱ級為DN40的消火栓箱，配有水龍帶和水槍的消火栓，對于輕危險(xiǎn)等級的場所可選用DN25的水喉；Ⅲ級為DN65的栓口和DN40的消火栓箱，對于輕危險(xiǎn)等級的場所，DN40的消火栓箱可改為DN25的水喉；設(shè)有自動噴水系統(tǒng)的場所，可不設(shè)DN40的消火栓箱。目前我國DN50的消火栓基本不用，DN40的消火栓沒有，DN25的水喉不能單獨(dú)使用。DN65的消火栓職業(yè)消防隊(duì)員和非職業(yè)消防隊(duì)員都可用。在美國DN65消火栓僅為職業(yè)消防隊(duì)員用。所以DN40、DN25的消火栓為自救消火栓。

建議《建規(guī)》中不設(shè)消火栓的場所均設(shè)水喉，水喉可與給水系統(tǒng)聯(lián)合。設(shè)有自動噴水系統(tǒng)的場所僅設(shè)DN65的消火栓栓口；不設(shè)自動噴水的場所設(shè)DN65的消火栓栓口和DN25的水喉。這樣既可以節(jié)省投資，又可以兼顧消防隊(duì)員專業(yè)救火和非專業(yè)人員火災(zāi)初期救火。

1.3、消火栓的位置、設(shè)置以及栓口壓力

　　我國《建規(guī)》和《高規(guī)》規(guī)定消火栓設(shè)在走道、樓梯附近等明顯易于取用的地點(diǎn)。消火栓的間距：高層為30m，多層為50m，水龍帶長度為20m—25m。消防電梯前室設(shè)消火栓，屋頂設(shè)試驗(yàn)消火栓。消火栓栓口距地高度為1.1m，美國NF—PA14規(guī)定：（1）消火栓立管亦即是消火栓（因不設(shè)栓箱和水龍帶）不應(yīng)通過危險(xiǎn)的區(qū)域，應(yīng)設(shè)于防止機(jī)械破壞和火災(zāi)破壞的地方；（2）消火栓立管和供水邊緣立管應(yīng)設(shè)于封閉樓梯間，或者位于與封閉樓梯間等效防火的位置；（3）干式系統(tǒng)的消火栓立管不應(yīng)封閉于建筑物的墻內(nèi)或壁栓內(nèi)；（4）消火栓應(yīng)置于沒有障礙物，距地0.9m—1.5m的位置。若設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時(shí)，邊緣主管可不考慮保護(hù)，給DN40的消火栓供水的立管可不考慮保護(hù)。DN65的消火栓應(yīng)位于下列位置：（a）每一個(gè)樓梯的中間樓梯平臺；(b)鄰近墻的任一邊的水平出口；(c)在從建筑物進(jìn)入走廊的每一個(gè)走廊出口；(d)在有采光頂?shù)氖覂?nèi)林蔭地的每一個(gè)走廊出口和回廊出口，或者在外部公共空間進(jìn)入室內(nèi)林陰地；（e）在去屋面的最高層的樓梯中間平臺設(shè)最不利點(diǎn)試驗(yàn)消火栓；（f）在沒有自動噴水系統(tǒng)的樓層最不利點(diǎn)到消火栓的最大距離不應(yīng)超過45.7m，在有自動噴水系統(tǒng)的樓層最不利點(diǎn)到消火栓的最大距離不應(yīng)超過61m。對于設(shè)置Ⅱ級DN40消火栓的建筑物：其任何部位到消火栓距離不大于39.7m。小于DN40的消火栓距離不大于36.6m。這樣消火栓的設(shè)置與疏散距離相當(dāng)，便于理解。我國《建規(guī)》規(guī)定民用建筑房間到樓梯口的疏散距離為20m—40m，設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時(shí)疏散距離可增加25%，即增加10m。房間門至室內(nèi)最近點(diǎn)的直線距離為15m。如果DN65的消火栓設(shè)置在樓梯間，則樓層最不利點(diǎn)到消火栓的最大距離不應(yīng)超過55m，當(dāng)設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時(shí)為65m。《高規(guī)》規(guī)定的疏散距離與《建規(guī)》相同。所以如果我國規(guī)范規(guī)定DN65的消火栓設(shè)置在樓梯間，消火栓的布置與美國規(guī)范相當(dāng)。

　　我國的消火栓布置僅消防電梯前室允許設(shè)消火栓，而樓梯間不允許設(shè)消火栓。原因是消火栓設(shè)在樓梯間會破壞樓梯間的密封性，即使得防排煙功能被削弱或被破壞，影響疏散，通常消火栓設(shè)在走廊內(nèi)。走廊內(nèi)的消火栓火災(zāi)時(shí)沒有保護(hù)，而且走廊內(nèi)又充滿煙氣，往往本層著火點(diǎn)附近的消火栓消防隊(duì)員無法取用，消防隊(duì)員要使用本層較遠(yuǎn)的消火栓或者著火層上下層的消火栓，或者由消防車供水，水龍帶沿樓梯敷設(shè)至著火層。這樣同樣會破壞封閉樓梯間的防煙功能。其實(shí)消防隊(duì)員要5min內(nèi)才能趕到，此時(shí)如建筑物內(nèi)人員還在建筑物內(nèi)，該疏散的人員已經(jīng)疏散，而無法疏散的人員僅靠疏散樓梯可能已無法實(shí)現(xiàn)。所以消火栓置于樓梯間并不影響疏散樓梯間的功能，為此建議DN65的消火栓宜設(shè)于樓梯間，DN40和DN25的自救消火栓設(shè)于走廊。

　　我國的消火栓都配有水龍帶，多年不用和不維護(hù)，到消防時(shí)基本不能使用，消防時(shí)消防隊(duì)員使用自帶的水龍帶。為此建議DN65的消火栓僅設(shè)栓口不配栓箱和水龍帶，DN40、DN25消火栓設(shè)消火栓箱和水龍帶。

1.4、消火栓栓口余壓

　　我國《建規(guī)》和《高規(guī)》對消火栓栓口出水壓力規(guī)定為：大于0.50Mpa時(shí)，消火栓處應(yīng)設(shè)減壓裝置。消火栓的充實(shí)水柱為7m、10m、13m，充實(shí)水柱對應(yīng)的消火栓最小出水壓力為16m、19m、22m。NFPA14規(guī)定：DN65消火栓的栓口處最大最小剩余壓力為0.69Mpa，對于DN40和DN25的消火栓最大最小剩余壓力為0.45Mpa，這說明美國規(guī)范對消火栓的出口壓力很重視，消火栓的栓口壓力為恒定值，大于此值可設(shè)減壓裝置，通常為減壓穩(wěn)壓消火栓。

　　消火栓栓口處的最小剩余壓力和最大壓力取決于消防隊(duì)員和使用者對消火栓反作用推力的承受能力，以及滅火對消火栓充實(shí)水柱的要求。我國消火栓栓口處最大剩余壓力0.50Mpa，最小剩余壓力為16m、19m、22m。而美國消火栓栓口處的最小剩余壓力和最大壓力為一個(gè)值，DN65消火栓為69m，小于DN65消火栓為45m。美國消火栓的間距大于我國的間距，其水龍帶的最大長度為3根25m的帶子，若去掉水帶和接口處的水頭損失，其實(shí)際栓口壓力與我國相當(dāng)。顯然美國的栓口壓力比我國的要大得多，其最小剩余壓力不僅與反推力有關(guān)，還和保護(hù)半徑有關(guān)。美國DN65的消火栓其設(shè)置與樓梯的間距相當(dāng)，即便于消火栓立管的保護(hù)、消防隊(duì)員的應(yīng)用和人員疏散。按我國目前《高規(guī)》、《建規(guī)》對疏散距離的規(guī)定，消火栓布置在樓梯間，則消火栓的間距為40m-80m，設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時(shí)為50m-100m。如水龍帶為3根25m，則可一股水注到達(dá)任何部位，如利用同一樓梯間上下層的消火栓可保證有兩股水柱到達(dá)任何部位。

　　為便于建筑物的美觀和消防隊(duì)員的實(shí)戰(zhàn)滅火以及與國際接軌，建議DN65的消火栓僅設(shè)置在疏散樓梯間內(nèi)，其間距與樓梯間的間距相當(dāng)，最大最小剩余壓力為0.50Mpa，這樣消火栓可接2根水龍帶，保護(hù)半徑會更大。DN25的水喉間距為30m，最大最小剩余壓力為0.40Mpa。

1.5、消火栓系統(tǒng)

　　我國《高規(guī)》第7.1.3條規(guī)定室內(nèi)消防給水應(yīng)采用高壓或臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，《建規(guī)》第8.6.1條規(guī)定嚴(yán)寒地區(qū)非采暖的廠房、庫房的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，可采用干式系統(tǒng)。

　　美國NFPA14把消火栓系統(tǒng)分為5個(gè)系統(tǒng)：（1）全自動干式系統(tǒng)——平時(shí)系統(tǒng)管道充滿壓縮空氣，并設(shè)有像干式報(bào)警閥一樣的裝置，允許水自動進(jìn)入開啟的消火栓，系統(tǒng)的供水設(shè)施有能力供應(yīng)并滿足系統(tǒng)消防用水量；（2）全自動濕式系統(tǒng)——平時(shí)系統(tǒng)管道為充水的濕式系統(tǒng)，其供水設(shè)施能夠自動供應(yīng)并滿足系統(tǒng)所需消防水量；（3）半自動干式系統(tǒng)——干式管道系統(tǒng)上設(shè)有像雨淋閥一樣的裝置，在每一個(gè)消火栓處設(shè)一個(gè)遙控裝置，以便允許水進(jìn)入系統(tǒng)，遙控裝置動作時(shí)，系統(tǒng)的供水設(shè)施有能力供應(yīng)并滿足系統(tǒng)所需消防水量（4）手動干式系統(tǒng)——系統(tǒng)管道為干式，且系統(tǒng)無永久的給水設(shè)施，手動干式系統(tǒng)需要的消防用水來自消防車的消防泵，并通過消防水泵接合向系統(tǒng)供水；（5）手動濕式系統(tǒng)——管道為濕式，而且連接一個(gè)小流量供水裝置以維持系統(tǒng)內(nèi)水壓，但系統(tǒng)無永久的能夠滿足系統(tǒng)所需水量的給水設(shè)施，手動濕式系統(tǒng)需要的消防用水來自消防車的消防泵，并通過消防水泵接合器向系統(tǒng)供水。

顯然《高規(guī)》所指的常高壓系統(tǒng)和臨時(shí)高壓系統(tǒng)實(shí)際都是美國規(guī)范所指的全自動濕式系統(tǒng)，《建規(guī)》所指的干式系統(tǒng)應(yīng)是美國規(guī)范所指的全自動干式系統(tǒng)或半自動干式系統(tǒng)。對于全自動干、濕式系統(tǒng)而言只要消防時(shí)系統(tǒng)能全自動并提供滿足系統(tǒng)消防所需水量即可。可見國內(nèi)對消火栓系統(tǒng)提出常高壓系統(tǒng)和臨時(shí)高壓系統(tǒng)意義不大，原因是很難找到一個(gè)真正意義上的常高壓消火栓給水系統(tǒng)，即消火栓給水系統(tǒng)任何時(shí)間不需啟動消防泵即能滿足系統(tǒng)消防所需的水量和水壓。為此建議取消常高壓系統(tǒng)和臨時(shí)高壓系統(tǒng)的概念，用全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)、手動濕式系統(tǒng)等新概念，這樣概念明確。同時(shí)鑒于國內(nèi)的實(shí)際情況，建議采用全自動干式系統(tǒng)、全自動濕式系統(tǒng)、半自動干式系統(tǒng)、手動干式系統(tǒng)4個(gè)系統(tǒng)。同時(shí)對于極為重要的建筑物采用雙水源供水系統(tǒng)，即除消防水池和消防泵供水外，增設(shè)屋頂水箱或壓力水罐供水。

1.6、消火栓設(shè)計(jì)流量

　　《高規(guī)》規(guī)定高層建筑室內(nèi)消火栓的設(shè)計(jì)流量為20L/S—40L/S，《建規(guī)》規(guī)定民用建筑室內(nèi)消火栓的設(shè)計(jì)流量為5L/S—30L/S，室外消防水量為10L/S—30L/S；廠房倉庫等設(shè)計(jì)流量為5L/S—40L/S；室外消防水量為10L/S—45L/S。設(shè)計(jì)消防歷時(shí)，甲、乙、丙類倉庫為3h，一類高層建筑為3h，其它為2h。

　　NFPA14規(guī)定Ⅰ級、Ⅲ級消火栓系統(tǒng)水力最不利消火栓立管的最小流量為31.55/s，附加立管的最小流量應(yīng)為每一根15.76L/S，但總流量不應(yīng)超過78.85L/S。Ⅱ級消火栓系統(tǒng)水力最不利消火栓立管的最小流量為6.32L/S，不需附加流量。Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級消火栓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)消防歷時(shí)均為0.5h。當(dāng)設(shè)有自動噴水系統(tǒng)時(shí)消火栓流量可減少。NFPA14規(guī)定對于與自動噴水聯(lián)合的消火栓系統(tǒng)，輕危險(xiǎn)等級、中危險(xiǎn)等級和嚴(yán)重危險(xiǎn)等級的室內(nèi)消火栓給水量有3個(gè)等級即0L/S、3.15/S、和6.3L/S；當(dāng)自動噴水與室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)聯(lián)合時(shí)，室內(nèi)外消火栓給水量輕危險(xiǎn)等級為6.31L/S、中危險(xiǎn)等級為15.77L/S和嚴(yán)重危險(xiǎn)等級為31.54L/S。由此美國設(shè)有自動噴水系統(tǒng)的建筑物室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水量大為減少。

　　所以我們可借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)有自動噴水的建筑物可適當(dāng)減少消火栓給水系統(tǒng)的給水量。

2、消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓泵

　　消防給水系統(tǒng)穩(wěn)壓是系統(tǒng)平時(shí)維持壓力的水泵，對系統(tǒng)起著監(jiān)護(hù)作用和使系統(tǒng)具有自動控制的功能。穩(wěn)壓泵的壓力可根據(jù)系統(tǒng)壓力而確定，一般穩(wěn)壓泵的壓力可根據(jù)系統(tǒng)壓力而確定，一般穩(wěn)壓泵的壓力比主泵高0.1Mpa—0.2Mpa，或者穩(wěn)壓泵壓力為主泵的1.1倍—1.2倍。但對于穩(wěn)壓泵流量的確定就有不同的說法。《高規(guī)》第7.4.8條增壓設(shè)施應(yīng)符合下列規(guī)定：對消火栓給水系統(tǒng)不應(yīng)大于5L/S；對自動噴水系統(tǒng)不應(yīng)大于1L/S。美國NFPA20《StandandfortheInstallationofCentrifugalFirePumps》(1996Edition)規(guī)定穩(wěn)壓泵（PressureMaintenanPumps/JoceyPumps/Make—UpPumps）的流量不少于系統(tǒng)正常條件下的泄漏量，壓力應(yīng)能足夠維持系統(tǒng)所需的壓力。顯然我國規(guī)定了穩(wěn)壓泵的流量的上限，而美國規(guī)定了穩(wěn)壓泵的下限。我國的穩(wěn)壓泵的流量設(shè)置要求是能滿足1個(gè)消防單元的用水量，美國是系統(tǒng)的泄漏水量。

　　自動噴水系統(tǒng)管道的泄漏水量按國家《采暖與衛(wèi)生工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3.15條規(guī)定：水壓試驗(yàn)時(shí)，10min內(nèi)壓力降不大于0.05Mpa。然后將試驗(yàn)壓力降至工作壓力作外觀檢查，以不漏為合格。《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》第6.2.3條規(guī)定水壓試驗(yàn)的測試點(diǎn)應(yīng)設(shè)在系統(tǒng)管網(wǎng)的最低點(diǎn)，對管網(wǎng)注水時(shí)，應(yīng)將管網(wǎng)的空氣排凈，并應(yīng)緩慢升壓，達(dá)到試驗(yàn)壓力后，穩(wěn)壓30min，目測管網(wǎng)無泄漏、無變形，且壓力降不大于0.05Mpa。《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268—97第10.2.13條規(guī)定：DN100的鋼管允許滲水量為0.28L(min•km)，DN150的鋼管允許滲水量為0.3L(min•km)。顯然若管道施工達(dá)到國家規(guī)范，系統(tǒng)管網(wǎng)的泄漏水量很少。作者本人曾觀察過兩個(gè)已竣工的工程，室內(nèi)管道的泄漏水主要在管道的接口處毛細(xì)作用滲漏水，以及一端與大氣接觸的試驗(yàn)排水閥門和水泵出口止回閥的泄漏水量。管道接口處毛細(xì)作用滲漏水一般形不成水滴，多在空氣中蒸發(fā)。一端與大氣接觸的閥門漏水很易觀察，及時(shí)關(guān)閉或更換閥門便不成問題。水泵出口止回閥由于關(guān)不嚴(yán)而向水池中回水，這一現(xiàn)象不易觀察，是系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏水量的一大隱患。例如一工程選用的穩(wěn)壓泵流量為1.33L/S，穩(wěn)壓泵長時(shí)間運(yùn)行亦達(dá)不到設(shè)定壓力，經(jīng)檢查是水泵出口止回閥關(guān)不嚴(yán)而向水池中漏水，更換止回閥后，穩(wěn)壓泵正常工作，而且?guī)滋靻右淮巍＿@說明系統(tǒng)的泄漏量很少很少，幾乎可以忽略不計(jì)。

　　據(jù)調(diào)查國內(nèi)外穩(wěn)壓泵的流量多選為0.5L/S—2.0L/S之間，當(dāng)系統(tǒng)無氣壓罐時(shí)停泵有水錘現(xiàn)象。鑒于穩(wěn)壓泵對系統(tǒng)有著監(jiān)護(hù)和自動控制功能的要求。我們建議穩(wěn)壓泵的流量為1.0L/S—2.0L/S，壓力為比主泵高0.1Mpa—2.0Mpa或者為主泵的1.1倍—1.2倍。穩(wěn)壓泵最好設(shè)有氣壓罐，若不設(shè)氣壓罐，應(yīng)在穩(wěn)壓泵的控制器上作文章，使之在停泵時(shí)不至于因水錘作用而頻繁啟動。

3、消防泵

　　NFPA20對消防泵的性能規(guī)定如下：水泵出流量為選定工作點(diǎn)的流量的150%時(shí)，其揚(yáng)程不小于選定的工作點(diǎn)的揚(yáng)程的65%，關(guān)閉水泵時(shí)的揚(yáng)程不大于選定工作點(diǎn)揚(yáng)程的140%。其實(shí)際是規(guī)定了水泵的性能曲線是一條平滑的曲線。我國規(guī)范對消防水泵沒有詳細(xì)的規(guī)定，致使消防水泵的選用上有不少出入。建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)參考NFPA20的規(guī)定。

　　《高規(guī)》和《建規(guī)》對消防水泵的性能沒有測試要求，NFPA20規(guī)定消防泵在出水管上設(shè)測量用流量計(jì)。流量計(jì)應(yīng)能測試水泵選定流量的175%，消防泵在出水管上應(yīng)設(shè)直徑大于89mm的壓力表，這樣水泵安裝后可全面測試水泵的性能，以便得知是否能滿足設(shè)計(jì)要求。建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中考慮這個(gè)問題。

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作者通訊處：黃曉家 100089 北京西三環(huán)北路5號機(jī)械工業(yè)部設(shè)計(jì)研究院
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