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一、用于防止低流量空轉過(guò)熱的泄壓閥,沒(méi)有型號規格,整定壓力計算不準確。
泄壓閥設置主要目的是避免水泵低流量,同時(shí)兼作系統超壓泄壓。目前設計普遍存在缺失材料表或材料表不全,參數不全且參數錯誤的情況。
超壓泄壓,所有的安全閥均可做到,但用于避免水泵低流量,不是防超壓,不能采用泄壓閥以外的其他安全閥。
直接載荷式安全閥釋放流量偏小不適合,選用釋放流量大的安全閥又容易發(fā)生顛振或頻跳,所以用先導式安全閥,最常用的是水力控制泄壓閥,通過(guò)水力(水壓)連鎖控制泄壓閥開(kāi)啟出流,沒(méi)有中間環(huán)節,技術(shù)上最為可靠,也不能采用電氣自動(dòng)控制泄流系統。
設計成果應提供準確的泄壓閥整定壓力。整定壓力(Ps)是開(kāi)始泄壓的壓力,指泄壓閥主閥閥芯在運行條件下開(kāi)始升起時(shí)的壓力。在該壓力下,介質(zhì)呈連續排出狀態(tài),這是泄壓閥設計的基本參數。排放壓力(Pd)是指主閥排放流量達最大值時(shí)的進(jìn)口端的壓力。關(guān)閉壓力(Pb)也稱(chēng)回座壓力,是指主閥閥芯重新與閥座接觸,出口端斷流時(shí)的壓力。
整定壓力是設計重要內容,參數過(guò)高造成消防泵低流量運轉而造成事故,過(guò)低則造成系統水壓不足,影響滅火。而不少設計圖紙,漏標注整定壓力或標注成“泄壓值”,概念模糊,造成施工單位也在調整定壓力時(shí)也較為粗略。
二、泄壓閥整定壓力過(guò)高
首先談?wù)?/span>泄壓閥整定壓力如何確定?
整定壓力(Ps)是指泄壓閥主閥閥芯在運行條件下開(kāi)始升起時(shí)的壓力。在該壓力下,介質(zhì)呈連續排出狀態(tài)。這是泄壓閥設計的基本參數,是開(kāi)始泄壓的壓力,一般也稱(chēng)泄壓壓力。排放壓力(Pd)是指主閥排放流量達最大值時(shí)的進(jìn)口端的壓力。關(guān)閉壓力(Pb)也稱(chēng)回座壓力,是指主閥閥芯重新與閥座接觸,出口端斷流時(shí)的壓力。
《水力控制閥應用設計規程》(CECS144:2002),以下簡(jiǎn)稱(chēng)《控制閥規》,4.3.4規定泄壓閥的整定開(kāi)啟壓力不應小于系統設計工作壓力加0.1MPa。《水力控制閥》(CJ/T219-2017)6.6.4.2規定泄壓閥排放壓力不大于1.08Ps,回座壓力不大于Ps-0.15(MPa)。CB/T3021-2013《安全閥技術(shù)要求和性能試驗方法》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《安全閥》)3.2.1規定排放壓力不大于1.2Ps,啟閉壓差不大于0.2Ps,即回座壓力大于0.8Ps。
泄壓閥設置的目的是防止消防泵低流量過(guò)熱、防止超壓、保證系統運行壓力。選型必須控制Pb、Ps、Pd必須處于一個(gè)合理的范圍,Ps必須小于消防泵零流量揚程,否則消防泵零流量時(shí),泄壓閥不能開(kāi)啟,沒(méi)有起到防止消防泵低流量過(guò)熱的設置目的。且有一定的差值,避免設置誤差造成泄壓閥不動(dòng)作,建議當選泵揚程H≧1.0MPa,Ps=1.15H。
實(shí)際項目的設計,整定開(kāi)啟壓力大部分根據《圖示》的說(shuō)法:“超壓泄壓閥的泄壓值不應小于設計揚程的120%。”因而大部分項目存在整定壓力過(guò)高的問(wèn)題,有的按1.2H,有的按1.3H設計。
國內外消防泵產(chǎn)品標準,都沒(méi)有零流量時(shí)的壓力大于1.2H的要求,也就是說(shuō),有可能買(mǎi)到零流量壓力Ho<1.2H的消防泵且是合格產(chǎn)品,設計說(shuō)明雖照抄《消水規》5.1.6寫(xiě)明“宜大于設計工作壓力的120%”,但實(shí)際上大部分取得CCCF認證的主要消防泵產(chǎn)品,大多是Ho<1.2H(見(jiàn)下圖圖4)。個(gè)別大于1.2H,也沒(méi)超出多少,很少見(jiàn)到超1.3H的消防泵。
圖4
《消水規》5.1.6的規定爭議較大,出臺后,產(chǎn)品標準也沒(méi)有相應更新。造成大部分消防泵廠(chǎng)家繼續采用原有技術(shù)和生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)消防泵,提供產(chǎn)品資料與CCCF認證不一致,普遍給設計人員造成消防泵Ho>1.2H的假象。最關(guān)鍵的是設計人員沒(méi)有求實(shí)精神,沒(méi)有查核CCCF認證資料而進(jìn)行設計。
既然大部分消防泵零流量時(shí)的壓力小于1.2H,整定壓力大于等于1.2H,失去設置泄壓閥的意義:不能防止0流量攪拌運轉,易造成發(fā)熱變形甚至爆炸事故。
三、泄壓閥整定壓力過(guò)低
Pb不能太低,否則系統低于設計壓力而泄壓閥不能關(guān)閉,影響消防系統的使用,這也是《消水規》沒(méi)有照搬NFPA要求設置系統泄壓裝置的原因?!端刂崎y》6.6.4.2規定產(chǎn)品啟閉壓力差最大為0.15MPa,當H≦1.0MPa,若Ps=1.15H,Pb有可能<H,所以首先選泵揚程必須大于設計揚程0.1~0.15MPa,保證回座壓力大于設計揚程且有一定余量。
實(shí)際設計項目中,如室外消火栓泵、僅地下室設置噴淋的噴淋泵,揚程一般<0.6MPa,其泄壓閥整定壓力往往只比設計壓力高0.1MPa左右,導致Pb<設計壓力,若加上產(chǎn)品質(zhì)量不穩定,造成系統不能正常供水。實(shí)際測試中,存在不少系統壓力不滿(mǎn)足設計要求的情況,這是原因之一。
四、泄壓閥規格偏小。
消防泵不適合并聯(lián)運行,影響供水可靠性,原因是,即使相同品牌相同型號的消防泵,其特性曲線(xiàn)不可能完全相同,至少存在微小偏差,有可能在火災初期低流量的某一工況點(diǎn),一臺消防泵運行,造成另一臺消防泵不出水,攪拌狀態(tài)造成出水管發(fā)熱變形及事故,影響滅火,所以盡量不使用多用一備消防泵組。但目前多用一備仍是常態(tài),規范也明確允許,暫不討論。
泄壓閥不能過(guò)小。原因是考慮到并聯(lián)消防泵實(shí)際存在的壓力差,因為大部分單泵的曲線(xiàn)還是比較平緩,泄流量小導致系統管網(wǎng)壓力下降不明顯,兩臺泵都在運行,但一臺消防泵不出水,攪拌狀態(tài)造成出水管發(fā)熱變形及事故。
如泡沫噴淋系統,目前大部分地方都是統一按80L/S的設計流量,消防泵往往是40L/S,揚程80米左右,泵出水管DN150或DN200,出水干管DN200,泄壓閥、閥后泄流管采用DN100偏小,需要按并聯(lián)泵組流量選用泄壓閥、閥后泄流管,原因見(jiàn)上述內容。
泄壓閥規格偏小的情況也出現在低揚程泵系統中,設計沒(méi)有計算泄壓閥前的過(guò)濾器阻力。過(guò)濾器的壓降與流速的平方成正比,4倍流速產(chǎn)生16倍的壓降,當過(guò)濾器存在阻塞時(shí),壓降也相應放大,所以管徑也不能偏小。否則,一泄流,壓降大,很快就回座,產(chǎn)生頻跳。
五、并聯(lián)運行消防泵組泄壓閥沒(méi)有防止頻跳措施。
由于泄壓閥不能過(guò)小,且并聯(lián)運行消防泵組實(shí)際特性曲線(xiàn)過(guò)陡,泄壓閥一動(dòng),泵組揚程很快就下降到回座壓力,當泄壓閥實(shí)際產(chǎn)品啟閉壓力差較小時(shí)(《水力控制閥》限制最大壓力差為0.15MPa,沒(méi)有限制最小壓力差),泄壓閥產(chǎn)生頻跳,影響泵組運行。
防止頻跳,不能減小泄壓閥規格(見(jiàn)上論述),可以采取加大管路阻力方式,如選用濾孔孔徑小的過(guò)濾器。加大管路阻力,零流量時(shí)不減靜壓,低流量壓力增加有限,大流量減壓較大,基本與并聯(lián)運行消防泵組實(shí)際特性曲線(xiàn)相對應。過(guò)濾器具體孔徑的選用,應將過(guò)濾器的阻力流速曲線(xiàn)與泵組特性曲線(xiàn)對比選擇。也可選擇合適的、不容易產(chǎn)生頻跳泄壓閥產(chǎn)品。
六、泄壓閥規格偏大。
泄壓閥規格過(guò)大容易發(fā)生顛振或頻跳,不少一用一備消防泵系統,泄壓閥規格和閥后泄流管規格與消防泵出水干管同管徑,這種方式看起來(lái)似乎可行。但是,目前出水管管徑設計流速均較小,如40L/S消火栓泵出水管采用DN200,設計流速只有1.2m/s,而泄壓時(shí)由于壓力大,泄壓閥實(shí)際流速很大,泄壓流量是消防泵額定流量的幾倍(與泵揚程、水力損失有關(guān)),而泄壓流量達到額定流量之前,一般的消防泵揚程下降到回座壓力,更何況幾倍流量,容易引起頻跳。
防止小流量運轉,只要泄壓流量能夠達到消防泵額定流量的1/5~1/3,已經(jīng)足夠帶走電能轉化成的熱量。建議按流速2~5m/s計算選擇,消防泵揚程越高,流速選取值越大。NFPA20提供了規格對應表,GB50284-2008《飛機庫設計防火規范》9.10.4的條文解釋?zhuān)瑢FPA20規格對應表進(jìn)行簡(jiǎn)化(見(jiàn)下圖圖5),方便選用。
圖5
七、泄壓閥一般從泵房?jì)认到y側供水干管接出(見(jiàn)圖3),不能從流量測試裝置、試水管路接出。
原因如下:
1.測試管路的控制閥常閉,僅僅在需要測試時(shí)才打開(kāi),而泄壓閥必須長(cháng)期開(kāi)啟。
2.測試必須關(guān)閉泄壓閥,增加環(huán)節和遺漏可能。
泄壓閥本身是安全閥的一種,閥前是不允許存在閥門(mén)的,因為閥門(mén)誤關(guān)閉使泄壓閥組失效,但泄壓閥有檢修調試等需要,必須存在檢修閥門(mén),閥門(mén)需帶啟閉標志。泄壓閥從測試管路接出時(shí),測試必須關(guān)閉泄壓閥,測試完畢需開(kāi)啟。
3.測試設備檢修、送檢時(shí)關(guān)閉測試管路的控制閥(見(jiàn)圖3的閥門(mén)⑥),造成泄壓閥失效。
4.雖然泄壓閥設置目的防水泵低流量,但事實(shí)上同時(shí)起到防系統超壓的作用。不宜在消防泵出水管控制閥前接出。
八、一個(gè)系統(即一組消防泵)可以共用一套泄壓閥組,當系統壓力需要嚴格控制超壓時(shí),建議泄壓閥組一用一備。
需要通過(guò)泄壓閥組嚴格控制系統不超壓的系統,包括柴油機泵宜設一用一備泄壓閥組,詳見(jiàn)劉植蓬《柴油機消防泵組及泵房-設計及應用!》(消防資源網(wǎng))。
泄壓閥組一用一備,目的是增大安全度而不是增大泄流量,建議設兩組泄壓閥組時(shí),管徑宜再減半級(按照NFPA20的建議再適當下調),且兩組泄壓閥的整定壓力應有一定差距,至少相差0.02~0.05H,小揚程泵取0.05,避免同時(shí)動(dòng)作導致壓力下降過(guò)快而產(chǎn)生頻跳。
九、泄壓閥周邊同樣需要維修、調試空間
泄壓閥的整定壓力不是一成不變的。當消防泵老化、葉輪磨損造成水泵實(shí)際揚程下降后,整定開(kāi)啟壓力也應相應調整。水泵每季度測試后,若測試數據有較大變化,需要相應調整泄壓閥。
十、泄壓閥后泄水管必須回流水池
泄流量有可能很大,不回流水池可能造成消防水池蓄水過(guò)早泄光。尤其是泡沫噴淋系統,一個(gè)噴頭開(kāi)啟導致全部消防泵啟動(dòng),消防泵低流量需要泄壓排水,幾乎80L/S的流量在排走,造成蓄水量不足,同時(shí)也容易淹掉泵房。
十一、當水池最高水位高于泵房天花時(shí),泄壓閥后泄水管管口應設于水池最高溢流水位之上進(jìn)入水池,且泄壓閥后泄水管最低處應設放空閘閥及針孔閥。
泄水管沒(méi)入水中,泄壓閥后一直有水,存在背壓?;蛘唠m將泄水管管口設于水池最高溢流水位之上,但若泄水管最低處沒(méi)有放空閘閥及針孔閥,泄流后水也沒(méi)法排走,也存在背壓。背壓使整定壓力的設置準確度下降,泄壓閥的自動(dòng)調節可能產(chǎn)生不利后果。
這種錯誤,常見(jiàn)于消防水池設于地下一層,泵房設于地下二層項目,見(jiàn)下圖圖6。
圖6
十二、泄水管管徑宜按泄壓閥規格放大一級,減少阻力和背壓。
當管路過(guò)長(cháng)且彎頭多(局部損失大)時(shí),泄壓閥后泄水管宜再加大一級。
十三、泄壓閥后泄水管應獨立排至消防水池,不應與其他消防系統泄水管合用,不宜與測試管路排水管合用排進(jìn)水池。
多套消防系統泄壓閥后泄水管合用,當火災時(shí)多套消防系統啟動(dòng)且處在初期小流量狀態(tài),多套系統的泄壓閥需動(dòng)作,先動(dòng)作系統造成共用泄水管產(chǎn)生背壓,影響其他消防系統泄壓閥動(dòng)作,尤其是不同系統揚程差距大項目,如一類(lèi)高層住宅項目,室內消火栓泵H=160m或180m(山地項目),車(chē)庫噴淋泵H=50M,消火栓系統泄壓后,影響噴淋系統泄壓閥開(kāi)啟。
十四、泄水管需遠離消防泵吸水口,或者采用消音消波穿孔套管
所有措施目的是防止產(chǎn)生氣泡被消防泵吸入,NFPA20推薦泄水管口插入水中,個(gè)人建議按下圖圖7采用消音消波穿孔套管。
圖7
十五、泄壓閥前應有過(guò)濾器和壓力表,設計不另設壓力表時(shí),材料表中必須注明泄壓閥自帶壓力表。
一些設計和《圖示》在泄壓閥前漏設過(guò)濾器。雖然一些泄壓閥的導閥前控制管路自帶過(guò)濾器,但主管沒(méi)有濾器,存在塊狀固體物質(zhì)堵塞控制管路及控制腔下腔進(jìn)水孔道的可能。一些絲狀物質(zhì)也有可能纏在閥瓣位置造成關(guān)閉不嚴?!犊刂崎y規》5.5.1也規定泄壓閥組必須配置過(guò)濾器。
十六、泄壓閥整定壓力低于穩壓裝置停泵壓力,造成不時(shí)泄水。
室外栓臨時(shí)加壓系統,主泵揚程低,易出現。還有個(gè)別噴淋系統,穩壓裝置設于地下室,也經(jīng)常出現,如噴淋主泵H=1MPa,穩壓裝置啟停泵壓力分別為0.92MPa、1.26MPa(選自17S205),第三類(lèi)是個(gè)別多層民用建筑,最不利消火栓只需0.25MPa,穩壓裝置沒(méi)有盡量按最小壓力控制。上述三種情況經(jīng)常出現穩壓裝置停泵壓力高于泄壓閥整定壓力。
穩壓裝置停泵壓力不宜過(guò)高,可以加大氣壓罐容積,在保證調節容積大于150L前提下,加大α數值,避免穩壓裝置啟停泵壓力大于整定壓力。
十七、泄壓閥整定壓力低于屋頂水箱壓力,造成屋頂水箱漏水到消防水池。
常見(jiàn)于高層住宅項目,僅地下車(chē)庫或配套公建設置噴淋,壓力不高,水泵揚程不大,由于泄壓閥整定壓力必須低于Ho,屋頂水箱壓力高于泄壓閥整定壓力,造成系統失效。
解決辦法有兩個(gè),一是屋頂水箱出水管加減壓閥組,二是適當提高噴淋泵揚程,具體采用哪種方式,需要具體項目分析。
十八、泄壓閥整定壓力大于屋頂水箱出水管減壓閥組后安全閥整定壓力。
安全閥整定壓力,設計人員一般均是參照《圖示》建議,按高于減壓閥后靜壓0.4MPa,沒(méi)有前后對照和分析進(jìn)行調整。如在超高層項目,由于消防泵揚程高,經(jīng)常出現安全閥低于泄壓閥整定壓力的情況。上述高層住宅項目地下車(chē)庫噴淋系統也存在。這種情況,火災初期低流量時(shí),消防泵泄流不是首先開(kāi)啟泄壓閥,而是減壓閥組安全閥動(dòng)作排水,造成消防蓄水浪費及存在風(fēng)險。
《安全閥》3.2.1規定排放壓力不大于1.2Ps,啟閉壓差不大于0.2Ps,有可能某些產(chǎn)品回座壓力過(guò)低,造成消防泵可能在低于設計壓力工況下長(cháng)期運行,影響滅火。
十九、穩壓設備與消防系統管網(wǎng)的連接沒(méi)有設置止回閥,但泄壓閥整定壓力大于穩壓設備的安全泄壓閥整定壓力。
《消防氣壓給水設備》(GB27898.1-2011)5.12.6規定:設備的出水主干管道上應設置安全泄壓閥,其開(kāi)啟壓力不應大于設備最高工作壓力的110%,其回座壓力不應低于設備最高工作壓力的85%。當穩壓設備額定壓力接近系統壓力時(shí),且穩壓設備與消防系統管網(wǎng)的連接漏設止回閥時(shí),消防泵泄流不是首先開(kāi)啟泄壓閥,而是穩壓設備安全閥動(dòng)作排水。
許多地方的設計,消防管道沒(méi)有按《消水規》8.2.8規定按系統工作壓力選擇管材,而是設計工作壓力,暫且不論對錯。穩壓設備《消水規》雖沒(méi)有要求,也宜按系統工作壓力選型,按設計工作壓力選型的,也沒(méi)有問(wèn)題。但當消防泵揚程接近1.0、1.6MPa時(shí),出現系統泄壓閥整定壓力(1.2、1.92MPa)大于穩壓設備的安全泄壓閥整定壓力(1.1、1.76MPa)。
上述這幾個(gè)問(wèn)題的解決不難,設計人員先得熟悉系統原理和進(jìn)行參數計算,并全面復核各種指標并相應調整即可。
二十、穩壓設備與消防系統管網(wǎng)的連接有設置止回閥,但系統沒(méi)有設置水錘消除器。
《消水規》8.3.3規定:當消防水泵出水管上設有囊式氣壓水罐時(shí),可不設水錘消除設施。因此不少項目沒(méi)有設置水錘消除器,但沒(méi)有注意到穩壓設備后存在止回閥,不能消化水錘。