陳德坤

（大方縣消防救援大隊(duì)，貴州 畢節(jié) 551700）

隨著現(xiàn)代化水平的進(jìn)一步提升，大型城市中氣壓系統(tǒng)給水屬于一項(xiàng)比較普遍的供水技術(shù)，由于氣壓類型的給水裝置和設(shè)備取得了快速的發(fā)展，市面上各種類型的產(chǎn)品層出不窮，其中的變壓類型的給水裝置款式繁多，在日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)的給水過(guò)程中已經(jīng)獲得了非常普遍的實(shí)際應(yīng)用。另外，定壓類型的給水裝置和設(shè)備的發(fā)展速度也比較迅速，而且有逐步替代變壓類型的給水裝置的勢(shì)頭。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程中供水環(huán)節(jié)夾帶氣體、氣罐裝置出現(xiàn)脫水、電氣裝置故障頻繁發(fā)生等問(wèn)題還存在，上述問(wèn)題其中有一些情況是因?yàn)橄嚓P(guān)裝置的選型過(guò)程欠妥造成的。為此本文給出了應(yīng)用定壓類型的氣壓消防供水的模式來(lái)代替高層建筑物設(shè)置頂層消防用水箱的供水方案，并且針對(duì)供水系統(tǒng)在框架設(shè)計(jì)進(jìn)程中有關(guān)裝置和設(shè)備在選型方面的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的討論和研究。

1 概述

根據(jù)高層民用建筑物的有關(guān)防火設(shè)計(jì)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定配備有高位消防用水箱的消防救援給水系統(tǒng)裝置的增壓水泵的出水量指標(biāo)，對(duì)于消火栓來(lái)講，應(yīng)該取小于自動(dòng)工作的噴水系統(tǒng)的氣壓類型儲(chǔ)水罐裝置的調(diào)節(jié)水量數(shù)值為最佳。當(dāng)消火栓裝置和噴水系統(tǒng)獨(dú)立使用給水系統(tǒng)的情況下，氣壓類型的儲(chǔ)水罐的出水量指標(biāo)分別進(jìn)行求和來(lái)評(píng)估和計(jì)算。補(bǔ)氣類型的氣壓儲(chǔ)水罐和隔膜類型的氣壓儲(chǔ)水罐的工況說(shuō)明中的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)中表明的是已知的參數(shù)值，其他的參數(shù)數(shù)值都要通過(guò)假定或者計(jì)算公式進(jìn)行求解來(lái)選取?；馂?zāi)事故消防救援的初期，對(duì)于火焰的撲滅過(guò)程，供水的穩(wěn)定性將會(huì)發(fā)揮決定性的作用，怎樣選取氣壓類型的儲(chǔ)水罐并選定有關(guān)的技術(shù)參數(shù)數(shù)值是一項(xiàng)重要的工作。高層建筑物消防給水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 高層建筑物消防給水系統(tǒng)

2 定壓類型的氣壓儲(chǔ)水罐替代高層建筑物的頂層設(shè)置消防用水箱的供水模式簡(jiǎn)述

現(xiàn)階段，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的定壓類型的氣壓給水裝置種類比較多，高層建筑物消防滅火用的給水裝置系統(tǒng)，主要是滿足于自救的設(shè)計(jì)理念為主。為此在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中通常是應(yīng)用由計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控的定壓類型的操作系統(tǒng)，空壓機(jī)裝置和空氣罐裝置與穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置進(jìn)行協(xié)作補(bǔ)氣運(yùn)作，以此為定壓狀態(tài)的供水操作模式。

定壓類型的氣壓給水裝置是借助計(jì)算機(jī)的控制過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能；穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置的具體型號(hào)和類別選取是采用消防救援的專用泵，隨后對(duì)于3根吸水管的蓄水池內(nèi)的取水狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行分別設(shè)置，其中穩(wěn)壓水管的接頭串接在定壓類型的儲(chǔ)水罐上，可以發(fā)揮出其穩(wěn)壓和補(bǔ)水的主要功能，另一個(gè)接頭接到消防用的管網(wǎng)上，這樣能夠發(fā)揮其應(yīng)有的功能。同時(shí)也可以應(yīng)用4臺(tái)同樣類型的水泵裝置，這樣可以構(gòu)成2臺(tái)設(shè)備使用，2臺(tái)設(shè)備進(jìn)行備用的搭配。

氣壓類型的儲(chǔ)水罐具有4道水位標(biāo)準(zhǔn)，這些水位標(biāo)準(zhǔn)的讀數(shù)分別和水位繼電器裝置的4根電極棒部位的終端接頭a1、a2、a3及a4相連接，這樣就能在不同情況下啟動(dòng)和關(guān)閉穩(wěn)壓補(bǔ)水泵裝置以及消防用水泵裝置，如果儲(chǔ)水罐中的水位數(shù)值上升到達(dá)了P4這個(gè)水位線的位置，此時(shí)穩(wěn)壓類型的補(bǔ)水泵裝置以及消防用的水泵裝置都會(huì)處于關(guān)閉的狀態(tài)。在火災(zāi)事故初始發(fā)生狀態(tài)，消防用的水槍可以2支共同使用，如果P3～P4狀態(tài)區(qū)間的時(shí)候，在消防儲(chǔ)水罐中貯備容積的顯示讀數(shù)為P3線至P4線之間的區(qū)間，空氣罐裝置可以借助電動(dòng)方式的調(diào)節(jié)閥向氣壓儲(chǔ)水罐裝置進(jìn)行補(bǔ)氣，這樣就可以保持系統(tǒng)中的壓力恒定；如果在P3線的狀態(tài)下，系統(tǒng)將會(huì)斷開(kāi)a3部位的觸點(diǎn)，此時(shí)穩(wěn)壓用的補(bǔ)水泵裝置將會(huì)啟動(dòng)工作，這樣就能供應(yīng)初期狀態(tài)的火災(zāi)救援使用的2支消防槍的用水，發(fā)揮穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置的實(shí)際供水量為10L／s的區(qū)間；如果現(xiàn)場(chǎng)的水槍數(shù)量大于2的時(shí)候（也就是消防用水的量超過(guò)10L／s的情況下），氣壓罐裝置內(nèi)的水位將會(huì)從P3點(diǎn)位下降到P2點(diǎn)位，當(dāng)系統(tǒng)從觸點(diǎn)a2的位置處斷開(kāi)之后，消防用水泵裝置的操控將會(huì)轉(zhuǎn)換為壓力傳感器裝置進(jìn)行自動(dòng)化的啟動(dòng)狀態(tài)（同樣也能夠從消防箱部位設(shè)置的按鈕裝置來(lái)對(duì)消防用水泵裝置進(jìn)行啟動(dòng)），可以向消防用的管網(wǎng)進(jìn)行供水工作；如果罐內(nèi)的壓力數(shù)值下降到P1的范圍，消防用的水泵裝置向管網(wǎng)系統(tǒng)的供水工作就將變成常規(guī)的運(yùn)行過(guò)程。

通常情況下，當(dāng)穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置進(jìn)行工作的時(shí)候，當(dāng)消防滅火系統(tǒng)中或者罐體自身的管道系統(tǒng)的接頭以及零件出現(xiàn)松動(dòng)，管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的水量出現(xiàn)滲漏或者氣體流失的時(shí)候，增壓系統(tǒng)中氣壓罐裝置中的水位線讀數(shù)由P4下降到P3的情況下，穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置就會(huì)馬上啟動(dòng)，為系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水操作，氣壓罐體中的氣體壓力因?yàn)榈玫娇諝夤扪b置的有效補(bǔ)充，能夠保持住穩(wěn)壓的狀態(tài)，一直到氣壓罐中的水位讀數(shù)上升到P4點(diǎn)位的時(shí)候才停止穩(wěn)壓泵的工作，如此進(jìn)行反復(fù)的循環(huán)操作，可以確保系統(tǒng)的水位讀數(shù)保持在P3～P4之間，這樣的化水泵裝置的啟動(dòng)容積數(shù)值可以維持恒定。如果系統(tǒng)向罐中進(jìn)行補(bǔ)水操作，水位數(shù)值將會(huì)出現(xiàn)上升的情況，此時(shí)罐中的氣體壓力數(shù)值也會(huì)隨之發(fā)生加大，此時(shí)對(duì)壓力相關(guān)的傳感器裝置可以進(jìn)行操控，首先將進(jìn)氣管道中的電磁閥裝置進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉的操作，其次將電磁類型的排氣閥裝置的排氣功能進(jìn)行開(kāi)啟，這樣就能很好地保持水泵的罐內(nèi)氣壓數(shù)值恒定。

假如對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，可以應(yīng)用人工手動(dòng)的方式來(lái)操控進(jìn)氣量的大小以及補(bǔ)水量的多少，這樣就能保證消防水滅火配備的給水系統(tǒng)進(jìn)行安全穩(wěn)定的供水作業(yè)。控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了空氣罐裝置，此設(shè)備能夠確保補(bǔ)氣量數(shù)值的恒定，并且維持一定數(shù)值的氣壓狀態(tài)的恒定，與此同時(shí)，空氣壓縮機(jī)的類型最好選取小規(guī)格或者是空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)頻率比較低的型號(hào)。穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置，需要采用和消防用水泵一致的規(guī)格，主要是為了減少補(bǔ)水需要消耗的時(shí)間以及能夠當(dāng)成同一臺(tái)消防用的水泵裝置來(lái)進(jìn)行使用。

3 氣壓罐裝置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算公式簡(jiǎn)介

3.1 氣壓罐裝置的相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)所根據(jù)的是波義耳——馬略特定律作為計(jì)算的基礎(chǔ)的：

式中：P0——罐體中沒(méi)有充水的情況下氣體的壓力（指的是絕對(duì)壓力），單位為MPa；

P1——最小設(shè)計(jì)工作狀態(tài)的壓力（指的是絕對(duì)壓力），單位為MPa；

P2——消防用水泵啟動(dòng)狀態(tài)的壓力（指的是絕對(duì)壓力），單位為MPa；

P3——穩(wěn)壓功能的補(bǔ)水泵裝置啟動(dòng)狀態(tài)的壓力（指的是絕對(duì)壓力），單位為MPa；

P4——?dú)鈮汗摅w中的最大壓力數(shù)值（指的是絕對(duì)壓力），單位為MPa；

V0——?dú)鈮汗扪b置的總體容積，單位為m3

其中的V1、V2、V3及V4——分別是對(duì)應(yīng)壓力狀態(tài)為P1、P2、P3及P4下的氣體的容積數(shù)值，單位為m3。

3.2 當(dāng)罐體內(nèi)的壓力數(shù)值從P2到P3的狀態(tài)下，罐內(nèi)儲(chǔ)存的水量數(shù)值也就等于氣壓罐裝置相應(yīng)的調(diào)節(jié)容積數(shù)值W：

將（1）式以及（2）式進(jìn)行整理之后代入到（3）式中，可得：W＝V2-V3＝V0P0P2-P0P3＝V0P0P2（1-P2P3）或者是：

上述的表達(dá)式是氣壓罐裝置在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中相關(guān)計(jì)算過(guò)程使用的基本原理和公式。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)相關(guān)的公式來(lái)評(píng)估計(jì)算所得的氣壓罐裝置的有效容積，此時(shí)就能根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果合理選用適當(dāng)?shù)墓摅w裝置的類型以及實(shí)際需要應(yīng)用裝置的數(shù)量。

4 水泵裝置的設(shè)備臺(tái)數(shù)和罐內(nèi)調(diào)節(jié)容積的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

選用2臺(tái)設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)工作，調(diào)節(jié)用水的體積能夠降低50%，因此定壓類型的氣壓給水裝置在其規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要采用一罐體雙泵裝置的設(shè)計(jì)理念。如果用水量更多的情況下最好應(yīng)用3～4臺(tái)的小規(guī)格的水泵裝置實(shí)施協(xié)同工作，這時(shí)氣壓罐裝置的總體容量將會(huì)比單一的大規(guī)格的水泵裝置工作的情況降低23%～34%左右，這是因?yàn)槎嗯_(tái)水泵裝置并聯(lián)工作的給水系統(tǒng)中的罐體裝置的容積符合流量最大的水泵裝置即可。如果是定壓類型的氣壓給水管網(wǎng)中應(yīng)用多泵裝置進(jìn)行工作，首先會(huì)增加不必要的硬件成本，其次會(huì)增大不必要的泵房空間，基建方面的成本將會(huì)顯著增加。因此氣壓類型的給水裝置系統(tǒng)通常是規(guī)劃設(shè)計(jì)成一罐體兩泵設(shè)備的模式，選用定轉(zhuǎn)數(shù)類型的離心水泵2臺(tái)，其中1臺(tái)用于日常工作，另外1臺(tái)設(shè)備為備用機(jī)，定壓類型的氣壓給水管道系統(tǒng)適合應(yīng)用一罐兩泵類型的系統(tǒng)框架，2臺(tái)小水泵裝置采用并聯(lián)的方式進(jìn)行工作，可以有效降低罐體裝置的容積數(shù)值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用定壓類型的氣壓系統(tǒng)裝置為消防滅火工作進(jìn)行給水操作可投入實(shí)際應(yīng)用，而且可以替代現(xiàn)行的高層建筑物的高層位置設(shè)置消防用水箱的模式。應(yīng)用定壓類型的氣壓給水裝置的優(yōu)勢(shì)和不足可以概括為如下幾類。

5.1 定壓類型氣壓給水方案的缺陷

假如水泵裝置的出水壓力數(shù)值需要保持在P1～P4的范圍內(nèi)進(jìn)行變動(dòng)，水泵裝置的揚(yáng)程數(shù)值需要加大△P＝P4-P1。對(duì)于房屋的建設(shè)特點(diǎn)來(lái)講，供水相關(guān)的系統(tǒng)必須具備相對(duì)比較大的調(diào)節(jié)容積的范圍，為確保不利點(diǎn)狀態(tài)下壓力數(shù)值，水泵裝置必須保證在不利點(diǎn)位置的壓力數(shù)值上的特定的無(wú)用功的區(qū)間范圍之內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，此過(guò)程中約有25%左右的能量因?yàn)樵黾訜o(wú)功水頭被消耗掉了。

5.2 警報(bào)設(shè)備

此種類型的氣壓裝置同時(shí)具備相應(yīng)的報(bào)警設(shè)備。假如消防救援系統(tǒng)出流水量比較大（也就是用水量超過(guò)2支水槍的流量10L/s的情況下），罐體中的水位會(huì)達(dá)到P2的檔位，此時(shí)水泵裝置將會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，計(jì)算機(jī)控制柜裝置也會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行聲光信號(hào)的警報(bào)動(dòng)作。

5.3 計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)

壓力數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)消防水泵裝置進(jìn)行試驗(yàn)以及日常檢查的時(shí)候，或者水泵裝置在火災(zāi)初期出水量數(shù)值小于規(guī)劃設(shè)計(jì)的水量數(shù)值的情況下，都可以有效預(yù)防消防用水系統(tǒng)出現(xiàn)超壓。

5.4 能夠及時(shí)、穩(wěn)定地向消防管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供水，符合消防任務(wù)水量及水壓的需求

借助計(jì)算機(jī)控制的相關(guān)裝置，能夠?qū)⑾到y(tǒng)中因?yàn)闈B漏以及單向閥裝置發(fā)生回水等導(dǎo)致的壓力下降和系統(tǒng)由于消防需要引起的壓降有效區(qū)分，采用適合的壓力來(lái)控制水泵裝置的啟動(dòng)操作。