淺析地鐵車站消防泵自動啟泵設(shè)計壓力

李廣，張淑娟

（1.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院，上海 200235；2.海逸恒安項目管理有限公司，山東 濟南 250013）

2014 年，為了進一步提升消防用水的安全性，我國相關(guān)部門編制并實施了《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014），其中，根據(jù)不同場景的特點，對消防水泵的控制方式作出了詳細(xì)規(guī)定，要求消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)、高位水箱出水管上的流量開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號直接自動啟動消防水泵。需要注意的是，在消防系統(tǒng)內(nèi)，若利用穩(wěn)壓泵產(chǎn)生的流量開關(guān)當(dāng)作報警信號，則不可直接將消防泵啟動。針對這一規(guī)定要求，我國很多地鐵車站消防栓系統(tǒng)建設(shè)時，均采用了消防水泵、消防穩(wěn)壓泵及氣壓罐的模式，并以電接點壓力表為主要工具，對泵的啟動進行控制。但需要注意的是，相對于常規(guī)民用建筑來說，地鐵車站消火栓系統(tǒng)存在較大差異，不可簡單遵循上述規(guī)定中的內(nèi)容，若只是按照上述規(guī)定相關(guān)內(nèi)容對消防泵啟動壓力進行設(shè)計，則很容易出現(xiàn)較大的誤差，影響消防泵啟動的精確性，使其無法在實際當(dāng)中發(fā)揮出最大的作用。所以，為了確保消防泵在地鐵車站運行時發(fā)揮出最大的作用，應(yīng)采用更加合理的方式對啟泵壓力予以計算，以得到更加精確的壓力值，為整個地鐵車站安全、穩(wěn)定運行打下堅實基礎(chǔ)。

1 消防泵的構(gòu)成

消防泵是地鐵車站運行中的重要組成部分，直接關(guān)系到整個地鐵車站的運行效果。對于現(xiàn)代地鐵車站常見的消防泵來說，主要有六大模塊構(gòu)成，分別如下。

（1）泵體。又稱為泵殼，是整個消防泵的主體，用于對其他各模塊、元件的支撐與固定，并與安裝軸承的托架連接到一起。

（2）葉輪。為消防泵的核心元件，通過葉輪的快速旋轉(zhuǎn)，使消防泵內(nèi)部產(chǎn)生較高的壓力，在該壓力的作用下，將消防介質(zhì)傳送出去，以達到消防滅火的目的。為了保證消防泵能夠穩(wěn)定運行，在葉輪安裝前，需要進行相應(yīng)的靜平衡實驗，以選擇最佳的葉輪元件，且葉輪內(nèi)外表面應(yīng)保持光滑，降低葉輪與水流間的摩擦力，從而減少水的損耗。

（3）泵軸。為消防泵內(nèi)部各元件的連接元件，將電動機啟動后，在泵軸的作用下，將轉(zhuǎn)矩傳輸給葉輪，從而實現(xiàn)葉輪的轉(zhuǎn)動。

（4）密封環(huán)。又叫作減漏環(huán)。消防泵運行過程中，若葉輪進口與泵殼間存在較大的縫隙，則會在高壓的作用下，使得水順著分析流入低壓區(qū)，減少了泵的出水量，從而影響消防效率。若縫隙較小，則會增加葉輪與泵殼間的摩擦力，加快兩個元件的損壞速度，降低整個消防泵的使用年限。針對這一情況，為了提升設(shè)備內(nèi)部的回流阻力，并防止出現(xiàn)內(nèi)漏問題，提升整個消防泵的使用時間，則需要在泵殼與葉輪外緣相應(yīng)位置處，安裝特定的密封環(huán)，以間兩元件的縫隙控制到0.25 ～1.10mm，確保消防泵可以安全、順利運行。

（5）軸承。安裝在泵軸上，用于對泵軸的支撐。現(xiàn)代機械領(lǐng)域內(nèi)，存在兩種類型軸承，一種為滾動軸承，為了減少軸承的摩擦阻力，需要向軸承內(nèi)添加適量的黃油，以此提升軸承的潤滑性，通常來說，用油量控制在軸承體積的2/3 ～3/4。若使用量過多，會導(dǎo)致軸承異常發(fā)熱，若使用量過少，不僅會產(chǎn)生異響，而且還會加快軸承的磨損速度。另一種為滑動軸承，需要添加適量的透明油，以此提升軸承的潤滑性，油液必須添加至有違線以上。消防泵運行時，軸承的溫度通常處于60°～85°，范圍內(nèi)，若溫度異常升高，則應(yīng)尋找出原因，并制定出相應(yīng)的處理方法。

（6）電機?？煽醋飨辣玫男呐K，通過電機的轉(zhuǎn)動，將電能轉(zhuǎn)換成機械能，以此為葉輪的快速轉(zhuǎn)動提供驅(qū)動力。

2 案例介紹

2.1 某地鐵車站消防系統(tǒng)布置情況

本次研究當(dāng)中，選擇某地鐵車站作為研究對象，對消防泵自動啟泵設(shè)計壓力展開了研究。該地鐵車站共由兩層構(gòu)成，一層深度為10m，屬于站廳層，用于開展乘客安檢、車票購買等工作，二層深度為15.4m，屬于站臺層，用于乘客等待列車。在車站站廳層的一側(cè)，構(gòu)建了消防泵房，內(nèi)部放置了多種消防設(shè)備與工具，其中包括：消防泵，共2 臺，互為備用；消防穩(wěn)壓泵，共2 臺，互為備用；氣壓罐，1 套。對于該站所處地區(qū)來說，采用的是雙路水源供水模式，供水量符合相關(guān)規(guī)定的要求，通過相關(guān)部門檢查與審批后，該站未建設(shè)消防水池，對火災(zāi)處理時，消防泵由市政管網(wǎng)直接抽水加壓供車站消火栓系統(tǒng)使用。在車站內(nèi)部，按照環(huán)狀的模式，均勻的對消防管道進行布設(shè)，在車站的最右側(cè)，將消防環(huán)網(wǎng)接出，具體如圖1 所示。

圖1 某地鐵車站消防系統(tǒng)布置情況

2.2 給水系統(tǒng)介紹

通過對某地鐵車站室外給水系統(tǒng)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，壓力峰值為0.31MPa，屬于非保證壓力，壓力谷值為0.14MPa。屬于保證壓力，管線的埋設(shè)深度是1.5m。消火栓系統(tǒng)運行時，在車站的內(nèi)部，用水量是20L/s；在出入口及各區(qū)間中，用水量是10L/s。消火栓安裝時，與地面相距1.1m，電接點壓力表安裝時，與泵房地面相距3.0m；對于消防管道來說，采用的是DN150 熱鍍鋅鋼管。

3 超越管及消防穩(wěn)壓泵的設(shè)置

3.1 市政管網(wǎng)供水能力分析

針對上述供水系統(tǒng)的介紹，結(jié)合相關(guān)規(guī)定可知，現(xiàn)有供水管網(wǎng)基本符合初期火災(zāi)的處理需求。相關(guān)規(guī)定中指出，地鐵車站建設(shè)時，無須安裝高位消防水箱，可由市政管網(wǎng)直接供水，因而需要在消防泵處，安裝相應(yīng)的超越管，其中，在最不利點消火栓1 處，靜水壓控制在0.21 ～0.38MPa，符合規(guī)定要求。在消防泵自動啟泵時，若利用電接點壓力作為信號，則應(yīng)設(shè)置合理的出口壓力參數(shù)，車站出現(xiàn)火災(zāi)時，將消火栓口打開，當(dāng)出口壓力實際值低于預(yù)設(shè)參數(shù)后，泵會自動啟動。

由伯努利公式可知，各管網(wǎng)點間存在緊密聯(lián)系，具體為：

3.2 消防泵啟動分析

在消防泵啟動分析時，先要作出下述假設(shè)：火災(zāi)發(fā)生初期，消火栓開啟數(shù)量在2 個以下。市政管網(wǎng)壓力處于峰值條件下，管內(nèi)無水流流動時，對電接點壓力表予以檢測，可得到壓力值是0.37MPa。出現(xiàn)火災(zāi)后，將消火栓打開，在不計速度水頭的情況下，水流通過倒流防止器后，將會消耗0.02MPa 的水頭，在供水壓力保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，壓力表的檢測值是0.35MPa。在管網(wǎng)壓力谷值的條件下，繼續(xù)按照上述方案進行檢測，可得到壓力值是0.18MPa。

通過上述分析能夠發(fā)現(xiàn)，市政管網(wǎng)運行時，水壓存在一定的波動，火災(zāi)剛剛出現(xiàn)而將消火栓打開后，壓力表示數(shù)將會不斷改變，很難獲得最終的壓力值。若將壓力參數(shù)設(shè)置成0.2MPa，在火災(zāi)剛剛出現(xiàn)后，管網(wǎng)壓力處于0.20MPa，而壓力表的示數(shù)是0.24MPa，超出啟泵壓力預(yù)設(shè)值，使得消防泵不能正常啟動，無法對火災(zāi)進行處理。如果啟泵壓力參數(shù)在0.2MPa 以上，則當(dāng)管網(wǎng)壓力降低到0.14MPa 后，壓力表顯示值是0.18MPa。消防泵動作。因此，為了進一步提升消防系統(tǒng)的滅火能力，應(yīng)合理地設(shè)計自動啟泵壓力。

4 消防泵控制壓力的設(shè)定

火災(zāi)處理時，先要確定出合理的消防水泵揚程，具體來說，可通過下述公式推導(dǎo)而得：

其中，P表示水泵揚程，單位為MPa；k2表示安全常數(shù)；Pf表示管線內(nèi)部沿程水頭的損耗量，單位為MPa；Pp表示部分區(qū)域水頭的損耗量，單位為MPa；H0表示給水管網(wǎng)在消防水泵入口處的設(shè)計壓力值的高程到最不利點消火栓的幾何高差，單位為m；P3表示最不利點消火栓所需的設(shè)計壓力，單位為MPa。

壓力設(shè)計分析時，假如最不利點消火栓壓力為0.25MPa 時穩(wěn)壓泵處的壓力值為P，則穩(wěn)壓泵啟泵壓力按照P+0.10MPa 考慮，穩(wěn)壓泵的停泵壓力可以按照P+0.15MPa 考慮；此時，消防泵的啟泵壓力P0取低于穩(wěn)壓泵啟泵壓力0.07MPa，即P0=P+0.03MPa，以此P0當(dāng)作最終的啟泵壓力。市政管網(wǎng)供水壓力較低，不符合直接供水壓力的要求，在火災(zāi)剛剛出現(xiàn)后，壓力表示數(shù)則會在P0以下，以此驅(qū)動消防泵運行。反之，如果供水壓力較大，在火災(zāi)剛剛出現(xiàn)后，壓力表的示數(shù)則會在P0以上，即便消防泵未運行，也會對火災(zāi)進行處理。

5 消防泵自動控制模式

正常條件下，可通過消防穩(wěn)壓泵與氣壓罐的方式，向管網(wǎng)內(nèi)補充水分，若管網(wǎng)壓力低于PS1后，穩(wěn)壓泵將自動運行，而當(dāng)網(wǎng)管壓力高于PS2后，穩(wěn)壓泵則自動關(guān)閉?；馂?zāi)剛剛出現(xiàn)時，消火栓開啟，使得管網(wǎng)內(nèi)部壓力逐漸下降，對于栓口出水量來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過穩(wěn)壓泵供水量，使得網(wǎng)管壓力在最短的時間降低到P0以下，從而驅(qū)動消防泵啟動。即便消防泵沒有啟動，由于管網(wǎng)壓力較高，壓力也會超過P0，從而對火災(zāi)進行處理，

6 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代地鐵車站運行過程中，應(yīng)針對車站所處區(qū)域市政管網(wǎng)情況，結(jié)合車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點、消防系統(tǒng)建設(shè)情況等因素，通過合理的方式，設(shè)置最佳的自動啟泵壓力，確保地鐵車站出現(xiàn)火災(zāi)的初期，可自動驅(qū)動消防泵運行，及時對火災(zāi)進行處理，以降低火災(zāi)對車站及乘客生命安全的危害性。