郭 濤, 任建平, 李志鵬, 錢紅艷
(北京特種工程設(shè)計研究院,北京100028)
消防水泵是消防系統(tǒng)的重要組成部分,在火災(zāi)狀態(tài)下,能否順利啟動,完成消防供水任務(wù),很大程度上影響到滅火作業(yè)進程。 現(xiàn)行相關(guān)國家規(guī)范對于消防水泵的控制啟動都給予明確要求;筆者依據(jù)近幾年完成的消防文件審查及消防驗收過程,就消防水泵控制中存在的幾個問題,做分析探討,力爭使相關(guān)設(shè)計、安裝調(diào)試、維護管理既滿足規(guī)范要求又貼合實際應(yīng)用,使工程能夠順利通過消防驗收投入使用。
國家規(guī)范中關(guān)于濕式自動噴淋系統(tǒng)的直接自動啟泵的要求,GB 50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱“《噴規(guī)》”)相比GB 50116-2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》 (以下簡稱“《火規(guī)》”)增加了高位消防水箱出水管流量開關(guān)、消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)直接啟泵的條件,同時參考GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“《栓規(guī)》”)相關(guān)規(guī)定,要求消防泵具備機械應(yīng)急操作功能。 上述3 類直接啟泵信號在國標圖集16D303《常用水泵控制電路圖》中已全部兼顧,完全滿足新版《噴規(guī)》要求。
結(jié)合《火規(guī)》、《噴規(guī)》相關(guān)規(guī)定,濕式自動系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖如圖1 所示,包含了規(guī)范要求的濕式自動噴淋泵啟動全要素條件:(1)消防泵房內(nèi)手動啟動及特殊情況下的機械應(yīng)急啟動;(2)消防控制室手動控制盤“硬拉線”直接啟動;(3)兩個獨立的報警信號“與”邏輯后,由消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動;(4)濕式報警閥壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)、消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)直接啟動等。
圖1 濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖
在具體工程設(shè)計中,電氣設(shè)計人員應(yīng)充分了解消防給水專業(yè)的系統(tǒng)構(gòu)成,特別是對直接啟動消防泵的控制要求,不能全盤照抄規(guī)范中3 個直接自動啟泵的輸入條件,而應(yīng)具體問題具體分析,根據(jù)消防給水專業(yè)設(shè)計人員提出的控制要求,有所優(yōu)化,有所取舍。
1.2.1 流量開關(guān)直接啟泵的缺陷
《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范圖示》(修正版)對消防泵的啟動要求進行了解讀與示例,表明消防給水系統(tǒng)無論是否設(shè)有穩(wěn)壓泵,直接自動啟泵條件均為高位消防水箱流量開關(guān)、消防泵出水干管上壓力開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)。 然而,在實際工程中單獨采用高位水箱流量開關(guān)作為直接啟泵信號是有缺陷的,主要原因:消防給水系統(tǒng)泄漏在工程實踐中是經(jīng)常存在的,其泄漏量的大小是由管網(wǎng)系統(tǒng)大小、管道敷設(shè)的位置(埋地或地上敷設(shè))、管網(wǎng)采用的材料、施工安裝質(zhì)量及后期維護管理等多種因素決定的,《栓規(guī)》明確規(guī)定系統(tǒng)的泄漏量可按消防用水量的1%~3%確定,這個泄漏量是根據(jù)工程實踐經(jīng)驗給出的設(shè)計泄漏量,也是系統(tǒng)補水量的依據(jù),但在工程實際運行中,系統(tǒng)的泄漏量可能大于該設(shè)計值,也可能小于該設(shè)計值。
因此,采用高位水箱出水管流量開關(guān)啟動噴淋泵,其流量開關(guān)動作設(shè)定值是較為復(fù)雜的問題,假如流量開關(guān)動作設(shè)定值為管網(wǎng)設(shè)計泄漏量,當(dāng)實際管網(wǎng)中泄漏量較大時,在噴頭沒有出水時就可能導(dǎo)致流量開關(guān)動作直接啟動消防泵,造成誤啟泵;若流量開關(guān)設(shè)定值太大(假設(shè)為設(shè)計泄漏量加一個噴頭流量),而管網(wǎng)系統(tǒng)實際泄漏量又較少,一個噴頭出水后還達不到流量開關(guān)動作設(shè)定值,噴淋泵就不會啟泵,造成責(zé)任事故。 為避免流量開關(guān)連鎖消防泵誤動作,管理人員往往將消防泵控制柜上手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動狀態(tài),使系統(tǒng)的自動啟動功能完全失效。
1.2.2 壓力開關(guān)易存在單點失效問題
圖1 中,由消防控制室聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動噴淋泵的方式,在《火規(guī)》、《噴規(guī)》中并沒有明確要求,因為濕式噴水滅火系統(tǒng)其火災(zāi)探測部件為閉式噴頭,采用濕式報警閥壓力開關(guān)直接啟泵時,并不依賴火災(zāi)報警系統(tǒng);即使在設(shè)計、安裝調(diào)試時將聯(lián)動啟動作為啟動條件之一,也是作為噴淋泵直接自動啟動的后備控制。 其具體實現(xiàn)方式為:要求壓力開關(guān)具有物理隔離的兩副觸點,一副觸點用于直接啟動噴淋泵,另一副觸點作為聯(lián)動觸發(fā)信號,與保護區(qū)內(nèi)火災(zāi)探測器報警信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動噴淋泵。
由于噴淋泵直接自動啟動與消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動用到同一個壓力開關(guān)動作信號,導(dǎo)致實際工程應(yīng)用存在以下隱患:假如濕式報警閥報警水道發(fā)生堵塞或其他原因使壓力開關(guān)不能動作,將會造成壓力開關(guān)不能直接啟泵、聯(lián)動控制也不能啟泵。筆者在進行消防驗收時就曾遇到以下情況:為檢驗壓力開關(guān)自動啟泵功能及噴頭出水后多長時間開始啟泵,打開末端試水閥2 min 后,水力警鈴沒有報警聲響,噴淋泵沒有啟動,在消防控制室查閱、打印報警數(shù)據(jù),也沒查到壓力開關(guān)動作返回信號記錄,經(jīng)與消防給水專業(yè)驗收人員分析,最終確定是濕式報警閥存在問題。
高位消防水箱出水管流量開關(guān)不宜單獨作為直接啟泵信號,但其動作報警信號與濕式報警閥保護區(qū)內(nèi)火災(zāi)報警信號(火災(zāi)探測器報警/手動報警按鈕)組成“與”邏輯,由消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動噴淋泵,是否可行? 雖然規(guī)范中沒有規(guī)定,但筆者在已完成的消防文件審查及消防驗收中,還沒有相關(guān)工程實例,但個人認為這個“與”邏輯聯(lián)動啟動噴淋泵在理論上是可行的。
首先,火災(zāi)發(fā)生基本要經(jīng)過陰燃、起火、高溫燃燒等階段,在火災(zāi)的每個階段,表現(xiàn)的物理特性是不一樣的,如在陰燃階段產(chǎn)生煙霧、在起火階段會產(chǎn)生火光、在燃燒階段產(chǎn)生高溫等,火災(zāi)自動報警系統(tǒng)都會有相應(yīng)的探測設(shè)備,如陰燃階段感煙探測器會發(fā)出報警,起火階段感光探測器會發(fā)出報警,高溫燃燒階段感溫探測器會發(fā)出報警,噴淋頭閉鎖裝置融化脫落、噴水等;對濕式自動噴淋滅火系統(tǒng)來講,當(dāng)火災(zāi)達到噴頭閉鎖裝置融化、噴頭出水情況,高位水箱出水管流量開關(guān)也會動作(需消防給水專業(yè)在調(diào)試時配合),火災(zāi)自動報警系統(tǒng)必定會收到不同探測設(shè)備發(fā)出的報警信號,將這兩個信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動消防泵,應(yīng)該比傳統(tǒng)的壓力開關(guān)與火災(zāi)探測器/手動報警按鈕報警信號組成“與”邏輯聯(lián)動啟動消防泵理論上更可靠,與濕式報警閥壓力開關(guān)直接啟泵相比(后者經(jīng)過延時繼電器延時)啟動更快,這種聯(lián)動啟動方式可對自動噴淋系統(tǒng)啟泵邏輯進行有益補充。 綜上所述,濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖可如圖2 所示進行改進。
圖2 改進后濕式自動噴淋系統(tǒng)消防泵啟動原理框圖
消防水泵應(yīng)確保從接到啟泵信號到水泵正常運轉(zhuǎn)啟動時間≤2min。 當(dāng)工頻直接啟動消防水泵時,從接通電路到水泵達到額定轉(zhuǎn)速時間不宜>30 s(功率≤132 kW)、55 s(功率>132 kW)。 消防水泵控制柜機械應(yīng)急啟動時,應(yīng)確保消防水泵在報警后5 min 正常工作。 機械應(yīng)急啟動是在消防電源正常供電,而自動控制及“硬拉線”手動控制因信號或繼電器故障不能自動或手動啟泵時,由被授權(quán)的人員在消防水泵房內(nèi)進行的緊急操作,5 min 包含了操作人員從消防控制室至消防泵房時間、應(yīng)急操作以及消防泵從啟動到正常工作的時間,在一些發(fā)達國家中規(guī)定接到火警后5 min 內(nèi)啟動消防泵,也是指手動啟動。 由此可見,國內(nèi)外關(guān)于泵房內(nèi)手動應(yīng)急啟動消防泵的時間在規(guī)定上基本是相同的,這是極端情況下發(fā)生的狀況,本文暫不討論。
消防泵啟動屬一般輕載啟動,根據(jù)消防泵功率不同,啟動時間存在一定差異;要精確計算水泵啟動時間相當(dāng)復(fù)雜,工頻情況下水泵最大啟動時間(s)一般可按下式估算:
式中,Pe 為消防水泵額定功率,kW。
據(jù)此,可估算不同功率消防水泵最大啟動時間如表1 所示。
消防泵啟動最大啟動時間 表1
以《常用水泵控制電路圖》控制原理圖XFK-1-2(消防水泵用1 備1)為例,在消防水泵控制柜接到直接啟泵信號后,經(jīng)時間繼電器延時KF3(T1 =60s),接通中間繼電器KA4 后才能真正使控制電器通電吸合啟動消防泵(啟動時間T2,極端情況T2 =Tmax),若主用泵在啟動過程中遇有故障發(fā)生,不能順利完成啟泵,經(jīng)延時繼電器(KF1 或KF2,T3 =60 s),備用泵自動啟動投入運行(T4≤Tmax),至此,消防泵在主泵故障、備用泵延時自動投入情況下完成啟動;在極端情況下,消防泵控制柜自接到直接啟泵信號,到啟動完成總用時T=T1+T2+T3+T4。
對于具體工程項目,消防泵的功率在設(shè)計階段已經(jīng)確定,所以在水泵總的啟動時間中T2/ T4 是相對固定的,如果在消防泵控制柜安裝調(diào)試工程中,不對時間繼電器KF3\KF1\KF2(延時60s)進行調(diào)整,極端情況下,整個消防水泵的啟動時間一定會超過2 min(T1+T3),當(dāng)然就不能滿足規(guī)范要求;如果在安裝調(diào)試過程中,將KF3\KF1\KF2 延時時間由60 s 調(diào)整為30 s 或更小,對于常見建筑工程中消防泵,即使在上述極端情況下,也能滿足規(guī)范《栓規(guī)》11.0.3 要求。
以132 kW 消防泵為例,依據(jù)XFK-1-2 主要材料表數(shù)據(jù),KF3\KF1\KF2 時間繼電器延時為60s,極端情況下啟泵總用時為:T =60+27+60+27 =174 s>120s,不滿足要求。 若將延時繼電器時間調(diào)整為30s,則極端情況下啟泵總用時為:T =30+27+30+27=114 s<120s,即可滿足要求。 Tmax是估算的消防泵最大啟動時間,在實際工程中應(yīng)用中消防泵啟動時間一般小于Tmax。
火災(zāi)發(fā)生時,建議在保證消防泵能夠安全可靠啟動、正常運行的情況下,在工程設(shè)計時,消防泵主要采用全壓直接啟動方式,在安裝調(diào)試時盡量縮短消防泵啟動時間。
《栓規(guī)》強制性條文要求“消防水泵控制柜在平時應(yīng)使消防水泵處于自動啟泵狀態(tài)”。 本強制規(guī)定是基于對我國大型社會活動的工程調(diào)研,在檢查中往往發(fā)現(xiàn)消防水泵處于手動啟動狀態(tài),消防水泵無法自動啟動,這會造成火災(zāi)撲救的延誤和失敗,在規(guī)范制訂時規(guī)定臨時高壓消防給水系統(tǒng)必須能自動啟動消防水泵;控制柜在準工作狀態(tài)時消防水泵應(yīng)處于自動啟泵狀態(tài),目的是提高消防給水的可靠性和滅火的成功率。 同時,為了防止采用弱電聯(lián)動信號總線控制方式時,控制軟件可能受到病毒侵害、弱電信號受到干擾無法聯(lián)動自動啟動消防泵,《火規(guī)》、《栓規(guī)》、《噴規(guī)》均有明文規(guī)定,在緊急情況下,能夠在消防控制室手動控制盤上采用專用線路(“硬拉線”)直接啟動消防泵。 為確保自動狀態(tài)下“硬拉線”有效,《常用水泵控制電路圖》給出的示范做法是當(dāng)消防泵控制柜手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位時,“硬拉線”才起作用。
《栓規(guī)》已實施多年,但在筆者近年參加的消防驗收及消防檢查中,還時常發(fā)現(xiàn)消防水泵處于手動啟泵狀態(tài),即將消防泵控制柜手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動啟動位置。 對于這個問題,大多數(shù)管理方給出的理由是防止誤啟泵,對此還會列舉很多誤啟泵造成的損失、產(chǎn)生的不良影響等加以解釋說明,甚至還會不恰當(dāng)?shù)匾谩端ㄒ?guī)》11.0.1 條2 款內(nèi)容:“當(dāng)自動水滅火系統(tǒng)為開式系統(tǒng),且設(shè)置自動啟動確有困難時,經(jīng)論證后消防水泵可設(shè)置在手動啟動狀態(tài),并應(yīng)確保24h 有人值班”。 并強調(diào)本單位管理制度非常完善,消防值班室有人24 h 值班,具有各種狀況的應(yīng)急預(yù)案等。 對這一問題,筆者認為,首先管理方/施工方從主觀上并沒有引起足夠重視;其次不知該做法在廢掉消防泵自動啟泵功能的同時,“硬拉線”直接啟動消防泵功能也不能實現(xiàn)。
若將消防泵“人為”處于手動狀態(tài),一旦火災(zāi)發(fā)生不能及時啟動提供消防水源、延誤滅火時機,在火災(zāi)事故調(diào)查及責(zé)任認定時,設(shè)計方/施工方基本上可以免責(zé),管理方應(yīng)負主要責(zé)任。 為解決將消防泵“人為”置于手動工作狀態(tài)造成火災(zāi)發(fā)生時消防泵無法連鎖/聯(lián)動啟動,甚至“硬拉線”也不能進行應(yīng)急啟泵的弊端,最好的辦法就是將“硬拉線”繞過消防泵控制柜上的手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān),確?!坝怖€”緊急啟泵始終有效。
讓“硬拉線”繞過轉(zhuǎn)換開關(guān)的實現(xiàn)方式,一是可參考原國標圖集10D303-3《常用水泵控制電路圖》相關(guān)控制原理圖,每臺消防泵在消防控制室手動控制盤上設(shè)置鑰匙式控制按鈕應(yīng)急控制消防泵啟動。二是參照文獻[6]做法:消防控制室手動控制盤上為每臺消防泵設(shè)置一對啟/停按鈕,再通過中間繼電器啟動消防泵。 這兩種“硬拉線”接線均繞過了轉(zhuǎn)換開關(guān),使“硬拉線”啟泵不受消防泵控制柜上轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動或手動狀態(tài)的影響,始終有效。
消防泵能否順利安全、可靠、快速啟動,及時提供消防水源對滅火作業(yè)至關(guān)重要,首先設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合工程實際情況對輸入條件有所取舍,優(yōu)化設(shè)計方案。 其次,設(shè)備安裝調(diào)試、運行管理人員要強化法制觀念,不斷提高運行、維修、管理水平并及時查找排除故障,本著“預(yù)防為主、防消結(jié)合”總原則,最大限度地減少降低火災(zāi)事故造成的損失。