水消防系统的设计见解

于华贵
（武汉石化设计院，湖北 武汉 430082）

　　摘要：水消防是消防设计中的一个重要组成部分，现行的规范中对水消防的设计还存在一些盲点。本文在查阅大量资料的基础上结合实际工作经验，对水消防设计中系统规模的确定、水泵设置、联锁控制、管网及辅助设施的布置等作了较详细的阐述。
　　关键词：消防给水；稳高压；联锁控制；消防管网
　　中图分类号：TU998.1
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2002)05-0060-03

　　在规模经济的要求下，工业生产装置或贮罐区规模不断大型化，其消防要求在不断提高。如何进行有效的水消防系统设计？消防规范没有对相关的技术要求和设计参数作明确的规定，往往让设计人员无从下手，无法准确把握。笔者经广泛查阅有关资料，结合自己在设计中的体会，对水消防系统的设计进行了总结。

1 水消防系统规模的确定

1.1 供水范围的确定原则
　　为减少消防泵房的设置，节约工程投资和平时的设备维护，设计人员总希望消防系统覆盖的范围尽可能大些。但笔者认为，一味扩大系统的供水范围，将导致消防水泵扬程过高、电机功率过大，对电源的要求更高。另外由于消防水泵扬程大，导致消防泵房近处管网压力过高，从而对管材及施工要求高，并且为了达到管网的均衡供水，需要设置大量减压措施。当供水范围过大时，根据规范要求，同一消防系统可能要考虑两处火灾的同时发生，因而增加了消防水泵和管网的供水量，也给消防施救带来困难。系统过大，稳压水泵的供水量增加，从而增加了日常运行费用。因此，消防系统的供水范围应经过经济技术比较确定。笔者认为，系统供水范围以在最不利情况下室外管网总水头损失≤0.2～0.3MPa为宜。
1.2 消防水量的确定
　　系统内装置及罐区分别进行计算，取最大值作为系统消防供水量。贮罐消防冷却水量的计算，因介质及类型的不同根据规范要求的冷却供水强度进行计算。工艺装置的消防用水量，应根据其规模、火灾危险性类别等综合考虑确定。当确定有困难时，石油化工装置消防用水量可按表1选定。

表1 石油化工装置消防用水量 装置类型 消防用水量/(L·s^-1) 中型 大型 石油化工 150～300 300～450 炼油 150～230 230～300 合成氨及氨加工 90～120 120～150

2 水泵的设置

2.1 消防水泵的设置
　　消防水泵的流量应能满足系统范围内最大消防水量的要求。消防水泵的扬程计算，应按消防环网中一条主干管发生故障时，其余的主干管仍能通过全部消防水量的前提下，计算最不利点所需要的水泵扬程。如果局部水头损失无法准确计算，可为沿程水头损失的10％～20％。最不利点的确定应充分考虑最大的消防水量、系统中距消防泵房的最远点、系统中地势最高等综合因素考虑，分别进行计算比较确定。
　　消防水泵根据消防流量和压力和要求，选用流量－扬程曲线平缓的泵型。综合分析目前各类型水泵的供水性能，一般选用S型离心泵比较适合实际工程的需要，其系列特别是大型泵的系列较多，便于设计选用。除选用S型离心泵以外，有时也可采用多级离心泵，但使用较少，主要问题是多级离心泵的扬程容易满足要求，但流量都较小，不容易满足设计要求而且效率比较低，泵体外形体积也较大。
　　消防水泵出水管上的自动控制阀门按其阀后管网压力为零时选用较为安全，而不应考虑平时管网维持的压力，便于管网无压时能顺利地将出水管上的阀门打开。为了消防水系统平时的测试需要，在消防水泵出水管与消防水池之间需设旁通管路，以供平时测试之用。
2.2 稳压水泵的设置
　　稳压水泵设计应尽量选用流量－扬程曲线陡落的泵型。稳压泵的扬程根据消防系统的要求确定，稳压范围不宜过高，压力过高对管网材质和施工要求高，整个系统也易发生泄露现象，可适当低于消防水泵的扬程，但最小扬程不得低于最不利点设备所需的静压头的要求。因工业水消防系统供水范围较大，设计中一般采用连续运行的方式，故其流量较民用建筑消防中的稳压泵大。对石油化工企业而言，稳压泵流量一般可选择10～50m3/h，扬程70～80m，但应以消防系统的大小确定。稳压水泵可不设自启动。
2.3 水泵数量的确定
　　因消防水泵只是在消防时才使用，故消防水泵的设置不必过分考虑运行组合达到最低能耗的要求。为减少消防水泵的台数，简化消防时仪表、电气间联锁的环节，减少消防泵的面积，笔者认为消防水泵和稳压水泵均采用1用1备的形式较好，改造项目有可利用的旧设备外，备用泵和工作泵尽量采用同型号泵，电源采用双回路。如不能保证双回路，应采用内燃机作为备用动力源，泵房设计应考虑可储备机组连续运转6h的油料。

3 联锁要求

　　有关规范仅要求消防水泵自动控制，但未作详细的规定，因此对不同的设计人员采用的联锁形式可谓五花八门。笔者认为本着能实现消防水泵自启动、故障状态下自保和及时报警的基本要求，仪表、电气的联锁宜从简设置，一方面可节约投资，另一方面可避免因联锁过于复杂而导致故障率高，反而会影响系统的正常使用，并增加了维护量。
　　稳高压消防最基本的要求就是消防水泵能自启动。当管网压力（可设定在稳压水泵的出水母管上）降至设定值时（石化企业一般为0.65～0.7MPa），压力报警并输出信号启动消防水泵。如第1台消防水泵故障不能启动，则自动启动第2台消防水泵。当水泵出水管阀前压力达到设定值时自动开启出水管上的控制阀门，完成向消防管网送水的过程（整个过程在1～2min内完成）。为避免因出水管阀门故障不能开启而导致水泵长期无泄放运转过热并且不能及时向消防管网送水的情况出现，设定了当消防水泵出水管问前压力达到一定值时自动关泵关阀的消防水泵自保措施。
　　消防水泵启动后应联锁停止稳压泵工作并自动关闭其出水阀。
　　消防水池应设置液位计和液位高、低报警，补水管应设置自动控制阀门。当消防水池水位低于高水位时，补水管开始补水，直至水位至高水位时停止补水并同时发出液位高报警。当消防水池降至低水位时，发出液位低报警，并同时输出停泵信号，保证水泵的安全运行。
　　管网压力、消防水池的液位、所有报警信号和水泵运行状态及自动控制阀门的开闭状态均引入消防泵房控制室和企业消防控制中心，以便于及时了解系统的情况。
　　消防水泵现场和控制室均设置手动开停水泵和阀门的按钮。

4 消防管网及辅助设施的设置

4.1 消防管网设置
　　装置及罐区防火堤外四周消防管线应环形布置，如装置内有消防通道，则沿消防通道也应布置消防管线并与装置四周管线环形连接。当几个占地面积较少的装置在一起时，为减少管线敷设，可将这几个装置作为整体在其四周环状布置管线，必要时采用支管引入装置的形式补充设置消防设施。环状管网应用阀门分成若干独立管段，每个管段上消防设施的布置不应超过5个。消防管网可与企业生产水管网设置连通管，连通管上设置止回阀，保证消防管内的水不流向生产水管网。
4.2 回流管的设置
　　因水消防系统一般是独立的消防给水系统，绝大部分时间管网内的水处于静止状态。我国目前消防管网大部分采用钢管，而不流动的水易孳生厌氧菌，其对钢管会产生生化腐蚀，这种腐蚀多为点蚀，对钢管的破坏性极大。因此把消防管网设计成流动状态是很有必要的，这一点很容易被设计人员所忽视，应引起足够的重视。把消防水设计成流动状态，当消防系统较小时不难做到，而对消防系统供水范围较大时就有一定的难度，但至少应将消防主管内的水设计成流动状态。为保证消防管网内水量的相对稳定，要求系统内的回流水应进入消防水池，不应为减少回流管的设计而将该部分水作它用，更不能就近排放。回流水量尽可能少，能保证管网内的水处于流动状态即可，避免回流量过大而影响消防时的水量和增加平时稳压泵的运行功率。
4.3 泄压设施的设置
　　消防水泵出口应设置泄压设施，以防止消防水泵在无泄放运转时过热，以及在灭火初期泄用水量少，大功率消防水泵开启后管网压力猛增的可能性。泄压设施出口水应回流至消防水池，并应能直观地看到泄压装置放出的水。泄压设施可采用安全阀或将消防水泵测试用的回流管上的阀门设置为自动控制问等形式。
4.4 排气设施的设置
　　为保证管网的供水能力，管网上应设置自动排气阀。自动排气阀的设置应根据整个管网的实际情况确定，一般在每一上坡最高点和长距离组成缓升（降）坡每隔400～800m可设排气阀，在需排气的较小范围内也可设排气管。自动排气阀的口径为主管径的1/8为宜。为避免管内负压对管道的破坏，排气阀应能吸气。自动排气阀下应设置阀门并注意冬季保温。
4.5 减压设施的设置
　　消防设施应根据自身的工作压力设置减压孔板、减压阀等减压设施，以保证消防设施的安全和消防给水系统的均衡供水，达到节水和消防水量合理分配的目的。
4.6 放空阀的设置
　　应在系统的低点设置系统放空阀，尽量就近布置在阀门井内。如附近没有阀门井，应专设放空井，井内设排污坑。
4.7 压力表的设置
　　为便于观察管网中的压力以及管网故障情况下利于分析原因，消防管网应设置压力表。压力表应在装置或罐区的四周设置，便于观察并做好冬季保温工作。

5 消防设施的设置

　　装置或贮罐区四周应设置消防水炮和消火栓等消防设施。为保障消防设施的有效使用，应布置在被保护对象外延的15m之外和消防设施有效保护范围之内，并避开障碍物和便于操作。消防水炮的喷射范围内如有阻挡水流的障碍物，则该消防水炮不应计算在该障碍物后方的被保护对象的有效数量内。消防设施的选用压力等级应与管网设计压力配套。消火栓的布置不宜大于60m，并应采用DN150mm的地上式消火栓。消防水炮应是直流－水雾两用水嘴，流量以30～40L/s为宜并可调节，布置间隔宜采用80m，并根据周围是否有障碍物而调整。当装置内有消防通道时，应沿消防通道布置消防水炮和消火栓。对装置内甲、乙类重要设备，而附近又没有消防主管时，应分别引入支管设置消防设施就近保护。消火栓可不设控制阀门。消防水炮立管下应设置便于操作的蝶阀或球阀，并做好外露立管的保温措施。对罐区防火堤外的消防水炮，其安装高度应高于防火堤顶并确保水流能覆盖罐根，必要时可设固定遥控水炮。

6 结语

　　选择合理的水消防系统形式并进行优化设计，从而建立一套有效的水消防系统对保障企业的安全生产至关重要。设计人员应不断总结经验，以提高消防设计的水平，保证工业装置的安全运行。

参考文献：
[1]GB50160-92，石油化工企业设计防人规范[S]．

作者简介：于华贵（1970～），男，江西九江人，学士，工程师，武汉石化设计院系统室主任，电话（027）86515662转55683，[email protected]（单位）。