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                    高层建筑消防给水系统阀门设计

                       上海申弘阀门有限公司
之前介绍直接作用式自力式调节阀在塑胶加工应用，现在介绍摘要：高层建筑消防给水系统阀门设计在高层建筑的消防给水系统中，不可避免的会有超压现象的存在。为了防止超压现象造成的各种危害，到现在，将减压阀、安全阀、泄压阀安装在水泵的出水管上是业内采取的措施之一。本文简要的讨论一下这些阀门在消防系统中的应用问题。

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在高层建筑的消防给水系统中，不可避免的会有超压现象的存在。这种现象危害很大，严重时会造成设备如管道、器材、附件等的严重损坏，轻微时也会造成给水系统的正常运行。为了防止超压现象造成的各种危害，到现在，将减压阀、安全阀、泄压阀安装在水泵的出水管上是业内采取的措施之一。在现行的各种建筑规范和消防规范中，都有相应的条款强调：要将防超压的措施应用到高层建筑的消防给水系统中。鉴于这一做法的安全性和简便、经济性，各设计院及工程上的同行普遍都赞同这一措施。通过水的减压以及泄压，水的均匀性能够得到保证，有利于可靠地为作业面积内进行供水，保证了系统设计流量使用的正确性。另一方面，还能有效地保证设备以及材料的安全性。随着社会的进步和经济建设的发展，高层建筑也越来越多的出现在城市之中。由于高层建筑造型独特，功能多元化，结构复杂，因此，这类建筑的火灾危险性也更大。为了防止和减少高层民用建筑火灾的危险性，保护国家公民的生命财产安装，在建筑物内必须设置消防给水系统。本文就结合实例，主要探讨了高层民用建筑消防给水系统的设计问题。鉴于减压和泄压的重要意义，本文简要的讨论一下这些阀门在消防系统中的应用问题。

1泄压阀的组成、原理以及其应用

1.1泄压阀是水力控制阀的一种，它保证供水系统的水压不超过规定值。其组件包括针型阀、压力表、主阀以及连接导阀等的连接管。隔膜将主阀分为两个部分，下部分为流水的通道，上部分为控制主阀阀瓣开关的控制室。同上，拥有着流水通道和控制室的导阀其实也可以看成一个泄压阀，其阀门的开启也是由其控制室进行控制。水的流量是由针型阀控制的，其作用相当于节流阀。

应用到消防给水系统中，其运行过程如下：水流通过主管道后，其中的一路控制方向为自左向右的进入水流导阀控制室。导阀处于关闭的状态时，说明设定的泄压值比水流的压力大，泄压阀内部的弹簧压力大于水的压力。另外一路控制水流经过针型阀向主阀前进，进入后产生一个压强与主流道内的压强相等。在泄压阀中，主阀阀瓣的上正面是大于下正面的，所以主阀会在上腔对阀瓣的压力下处于关闭的状态。这样的状态能够有效的解决超压的问题。如果说水流的压力在主管道内持续升高导致压力超过了设定的值，在导阀控制室内的水流压力就会增加，这样弹簧的推力就会小于水的压力，阀瓣会在下腔与上腔水流推力的差值下上升，这时水就能够打开导阀通过主阀的上腔进行快速的泄压。这样的泄压方式是在一瞬间完成，能够处理消防给水系统的突发超压问题，能够将危害解除。如果水流在主管道内继续增加，则导阀开启的大小也会越来越大，这样压差更大，系统的泄压更迅速。当然，若是出现了如室内的多个消火栓或是喷头多个被开启，主管道水流的压力减小的情况，在导阀的控制室内的压力减小，导致导阀开启量减小，主阀的上腔压力加大，使得主阀阀瓣在压力差下减小，主管道的水流压力就能被较好的保持在给水系统设定的工作压力范围之内。

1.2泄压阀的使用注意事项

①泄压阀水平安装和垂直安装都可以，但是要在安装时将阀体的水流进出口方向掌握好。一般情况下，一个泄压阀对应一个消防给水系统，不宜多装。

②如果出现泄压阀距离排水口的位置比较远，泄水管的所经过的长度大于了20m的长度，就要采取相应的措施，比如将泄水管的口径放大，比泄压阀的规格大一档即可。

③在投入使用之前，要进行消防给水系统的试压，试压的过程中若是发现系统的实验压力比所采用的泄压阀的公称压力要高的话，就要先将阀门关闭，以免出现各种零件的损坏。

④在投入使用后，若是泄压阀出现了故障，首先检查控制管路小过滤器是否堵塞，再检查管路是否畅通，主阀与导阀薄膜是否破裂，以及主阀与导阀的密封垫是否损坏。
消防给水系统设计
        由于高层民用建筑造型独特，功能多元化，结构多样，地下3层至地上8层，每层的防火分区都不同。根据《高层民用建筑设计防火规范》gb50045-95(2005年版)、《自动喷水灭火系统设计规范》gb50084-2001(2005年版)的相关规定，该建筑为一类高层建筑，设置室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、水喷雾系统。各系统消防用水量标准及一次灭火用水量见表1。
        表1消防用水量标准及一次灭火用水量

        
        2.1室外消火栓系统
        1)由本建筑西北两侧各引入一根dn200mm市政给水管，压力为0.25mpa，作为消防水源。
        2)室外消防采用低压制给水系统，由城市自来水直接供水，发生火灾时，由城市消防车从现场室外消火栓取水经加压进行灭火或经消防水泵接合器供室内消防灭火用水。
        3)室外消防为两路供水，设管径为dn200mm环状室外消火栓管道，并设室外地下消火栓6个，满足室外消防的要求。
        2.2消防水池及屋顶消防水箱
        1)根据《高层民用建筑设计防火规范》gb50045-95(2005年版)》的相关规定，该综合楼按同一时间发生一次火灾考虑，按自动喷淋系统与水喷雾系统之中用水量zui大值，再加上室内消火栓系统用水量计算消防水池容量。消防水池内贮存有3h室内消火栓灭火用水量及1h水喷雾用水量，水池有效容积594m3，水池分两格。消防泵房、消防水池设置在地下3层。
        2)屋顶水箱间设有效容积为18m3消防水箱一座，提供消防系统初期用水，并设一套消火栓和自动喷淋合用的消防增压稳压设备，维持消火栓系统及自动喷淋系统平时压力。
        2.3室内消火栓系统
        1)室内消火栓系统静水压力不超过1.0mpa，室内消火栓管道在竖向不分区。地下3层、地下2层消火栓管网为单独环状管网；地下1层至6层水平干管与竖向立管也构成环状，上干管设在6层，下干管设在地下1层；7层至15层水平干管与竖向立管也构成环状，上干管设在15层，下干管设在7层。消防水箱出水管及消防增压稳压设备出水管与15层水平干管相连。
        2)本建筑物内各层设消火栓进行保护的场所，其布置保证室内任何一处均有2股水柱同时到达。灭火水枪的充实水柱不小于10m。每个消火栓箱内均配置dn65mm消火栓一个、dn65mml25m麻质衬胶水带一条，dn65mm×19mm直流水枪一支、自救消防卷盘一套、启动消防水泵按钮和指示灯各一只。为保证消火栓栓口出水压力不超过0.5mpa，地下3层～10层消火栓采用减压稳压消火栓。
        3)室外设3套消防水泵接合器，供水管分别与室内消火栓给水管网相连。
        4)室内消火栓水泵2台采用恒压切线消防水泵，一用一备。消防水泵设有平时自动巡检功能。
        2.4自动喷淋系统
        1)采用湿式自动喷水灭火系统和预作用自动喷水灭火系统，地下2层、地下3层车库不采暖，设置预作用自动喷水灭火系统，其它为湿式自动喷水灭火系统。
        2)设计参数：商场、车库均按中危险ⅱ级设计；办公按中危险ⅰ级设计；喷水强度：商场、车库8l/min?m2，办公层6l/min?m2；作用面积160m2，zui不利点喷洒头工作压力不低于0.05mpa。
        3)系统设计
        (1)自动喷水灭火系统在竖向不分区。
        (2)设置4组为预作用报警阀(用于地下2层、地下3层)，8组为湿式报警阀，每组报警阀担负的喷洒头不超过800个。
        (3)喷洒头：地下车库采用dn15mm直立式玻璃球喷洒头，动作温度为68℃、k=80；机械停车库采用带保护网仓库型快速响应喷头，动作温度为68℃、k=115，机械停车喷头按停车的托板位置分层布置，且应在喷头的上方设置集热板；地下1层商场部采用快速响应喷头，动作温度为68℃、k=80；其余商场、办公均采用下垂式吊顶玻璃球喷洒头，向下安装，动作温度为68℃、k=80。
        (4)自动喷水灭火系统每个防火分区或每层均设信号阀和水流指示器。
        (5)泵房内设2台恒压切线喷淋消防泵,设备参数为：q=45l/s，h=1.20mpa，n=90kw。消防水泵设有平时自动巡检功能，并在出水管上装有安全泄压装置。
        (6)自动喷水灭火系统共设3套消防水泵接合器，供消防车从室外消火栓取水向室内自动喷水灭火系统补水。
        (7)为了保证系统安全可靠，每个报警阀组的zui不利喷头处设末端试水装置，其它防火分区和各楼层的zui不利喷头处，均设dn25mm试水阀。
        2.5水喷雾系统
        1)根据《民用建筑设置锅炉房消防设计规定》dbj01-614-2002规定，水喷雾系统保护对象为直燃机和燃气锅炉。
        2)在地下1层燃气直燃机房内设有水喷雾灭火系统，设计喷雾强度：9l/min?m2,水喷雾保护面积为256m2,系统设计流量为45l/s，zui不利喷头处设计压力为0.25mpa；系统工作压力为0.65mpa，干管dn150mm。系统喷水响应时间60s。水喷雾系统设置一套雨淋阀组。水喷雾喷头采用水雾用开式喷头。
        3消防设计中的注意事项
        3.1恒压切线消防水泵及防超压措施
        恒压切线消防泵的特性是从零流量到zui大流量之间的扬程变化幅度不超过5%，且小流量或零流量时不超压，此类水泵有供水压力稳定、供水可靠性高、寿命长等优点，在恒压切线消防泵启动运行的情况下，系统管网压力变化不大，系统比较安全，但在消防水泵因突然停电或其它原因造成开阀状态下水泵突然停止运转时，会发生停泵水锤，因此，在本高层综合楼设计中采用了恒压切线消防泵防止水泵运行时系统管网超压，在消防水泵出水管上安装缓闭式止回阀和泄压阀可减轻停泵水锤导致的超压危害，使消防系统更安全。
        3.2减压稳压消火栓及减压孔板的选用
        根据《高层民用建筑设计防火规范》gb50045-95(2005年版)》第7.4.6.5条规定，本工程室内消火栓系统静水压力不超过1.0mpa，室内消火栓管道在竖向不分区。消火栓栓口出水压力大于0.5mpa时，应采取减压措施，根据《自动喷水灭火系统设计规范》第8.0.5条中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜小于0.4mpa的规定，本工程设计中减压措施为：室内消火栓采用减压稳压消火栓，喷淋系统各配水管采用减压孔板。减压稳压消火栓不需要人工调试，安装方便，但不能随意设置，依据减压稳压消火栓的栓前压力、栓后压力的特性曲线(参见04s202《室内消火栓安装》p35)，当栓前压力等于0.4mpa时，栓后压力为0.25mpa，且小于0.4mpa时，栓后压力明显下降。为了保证消火栓的水枪充实水柱不小于10m的要求，当栓前压力小于0.4mpa时，不应设置减压稳压消火栓。

2减压阀的应用

2.1之前的高层建筑的消防给水系统是采用的分区给水系统，这就使得每个分区都有着一个独立的系统，这样独立的系统能保证系统间互不干扰，却不可避免的多了很多的设备以及管线，不但占用很大的空间，安装施工、维修时也比较麻烦。现今解决此现象的方法就是将多出口消防泵应用起来。有利必有弊，这种多出口消防泵的缺点就在于若是两个出口处代表的分区都发生火灾的话，那水压和流量就会出现达不到要求的问题。这一方面是需要急待改进的，而主要的改进办法就是将减压阀应用起来，利用其对消防系统进行竖向分区。

减压阀已经在给水工程中应用了数十年，从zui初的机械减压设备到现在的用压力平衡原理进行减压，有了很大的改进。根据现行的《高层民用建筑设计防火规范》gb 50045-95的7.4.6.5条之规定可知：“消火栓栓口的静水压力不应超过1.00mpa，当大于1.00mpa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50mpa时，应采取减压措施”。根据减压阀特有的静压和动压都能减掉的特点，将减压阀的阀后压力调到能够满足此分区zui不利点的水量水压处就可以对整个多出口水泵进行竖向分区。一般来说，为了提高采用减压阀应用于消防给水系统的工作可靠性，要对减压阀的规格和型号进行选择。活塞式减压阀的结构较为简单，能安全的输送类似于清水等这类的流体。而弹簧薄膜式减压阀由于机械疲劳问题的存在，其安全性在弹簧长时间的压缩疲劳下得不到较好的保证。因此，选择合适的减压阀，在安装之前对管道的清理工作等措施都要做好。在采取了以上适当的措施后，系统工作的安全性是可以得到保证的。总之，用减压阀对给水系统进行分区，其优点有以下几个方面：①设备简便。较之之前未进行竖向分区的给水系统，管线、设备等都大大的简化了。②能够保持给水系统稳定的工作性能。因为其阀前的压力不能很大的去影响阀后的压力，这样，减压阀就能适当的稳定给水系统中的压力，进而系统的工作性能也能保持稳定性。③采用减压阀能够舍去减压水箱等设备，大大的减少了安装和维修费用。

2.2在湖南某性的金融大厦内，应用了比例式减压阀为水泵给水系统进行分区。此大厦建筑总面积达到128000平方米，地面以上高度为179.8m，地下有三层结构，是一栋比较重要的综合性大厦。其安装减压阀的安装工艺如下：

①对阀门合格证书以及其外部形状等进行观察。

②对整个大厦所有的26个进口的比例式减压阀进行试压，在动、静两种状态下测试，比较减压阀的规格是否符合实际。

③在安装时增加带过滤网数目较多的y型过滤表的设置，将安全性能进一步提高。

④在各分区进行试压，完成之后清洗所有的管路，之后再进行比例式减压阀的安装。

3安全阀定压值的确定

设置安全阀也是一种比较简便、有效的防止超压现象的措施，在高层建筑的消防给水系统中有着广泛的应用。选择安全阀，除了确定其喷嘴直径，公称压力，温度范围以及材料、形式等等外，需注明的还有调压范围。调压范围是保证安全阀能够正常发挥作用，系统能够安全运行的重要参数。安全阀的三个定压值，包括开启压力、回座压力以及排放压力决定了其调压范围。现今确定安全阀定压值的方法有直接经验法以及理论公式计算法。直接经验法可以参照中国建筑工业出版社出版的管道工程安装手册进行各种参数的选取，仅仅适用于安全阀设置在水泵出水口压水管上的情形。而理论公式计算法，是根据水力学的原理，结合消防水泵的性能参数如流量、扬程等进行理论公式的推导，可以确定出安全阀的三个定压值理论公式如下

其中：z为安全阀当量喷灌处断面的位置水头；

g为重力加速度；

q，k等均为水泵的性能参数。

小结：

国在高层建筑消防给水系统设计方面还相对滞后。为此，笔者结合自己工作实践，针对如何提高高层民用建筑消防供水系统的安全性及经济性进行了探讨。但实际工程中，各种建筑形态千变万化，外部条件各不相同，应根据具体情况，在满足国家有关规范规定及当地主管部门有关条文条例的前提下，选择合理的消防给水系统，确保消防给水系统的安全可靠，节省投资。随着我国经济的飞速发展，各种高层建筑的消防系统在备受关注的同时也在逐渐的完善。由以上论述可知，对于消防给水系统中的的水泵进行合理的竖向分区，采取适合的减压措施，才能将其在火灾时应该发挥的作用发挥出来。现在国内市场上，各种阀门的样式和规格品种繁多，且质量也鱼龙混杂，在购选减压阀等时要进行严格的选择，为之后的安全隐患负责。

参考文献： 

[1]李素芳 宁昶辉.固定比例式减压阀在消防给水系统中的应用

[2]田燕 李宏.高层消防给水系统的竖向分区及超压与减压

[3]唐军 何新林 沈志伟.减压阀在建筑消防给水中的应用研究

[4]gb 50045-95高层民用建筑设计防火规范（2005年版）

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