浅谈工业厂区消火栓给水系统设计中常见的几个问题.doc

浅谈工业厂区消火栓给水系统设计中常见的几个问题张宝天1，董振兴2，孙华3（1. 辽宁北方建筑设计院有限责任公司，110001；2. 沈阳凯城房屋开发有限公司，110141；3. 抚顺市房产公用设计研究院 113008）摘要：根据工程实践和国家相关规范、国内外相关技术文献，针对工业厂区内消火栓给水系统设计当中的消防水源选择、消防供水管网形式、室内和室外消火栓的布置及干式室内消火栓给水系统的设计措施等几个方面的问题提出了笔者的看法。关键词：消火栓；消防水箱；消防水池；干式消火栓；防火分区在日常设计工作中，民用建设项目任务数量总体多于工业建设项目，但民用建设项目间相似性和通用性较大，工业建设项目中各单体建筑由于生产工艺的不同往往有较大差别，此外工业建筑通常在地理位置、环境供水条件及火灾燃烧和发展特性方面与民用建筑存在着一定的差异，因此，在民用建筑消防给水设计工作中总结的经验有时不能直接照搬于工业建筑设计中。在设计资料的数量和深度方面，对工业项目中消防给水系统设计的一般规律的介绍和民用建筑设计领域相比也有较大差距。因此，有必要总结工业建设项目的特点，分析其消防给水系统的设计方法和技术措施，以保证消防给水系统的经济性和可靠性。本文就工业厂区内消火栓给水系统设计中常遇到的几个问题谈一谈自己的看法，期望与同行一起探讨。1. 消防水源的选择工业厂区的消防水源可有多种选择，具体需要结合厂区的实际条件合理取舍。建筑设计防火规范(以下简称建规)规定：“消防用水可由城市给水管网、天然水源或消防水池供给，利用天然水源时，其保证率不应小于97%，且应设置可靠的取水设施。”因此，城市给水管网、天然水源和消防水池均可作为工业厂区消防用水的来源。1.1. 城市给水管网作为消防水源工业园区一般远离城市居住区，具体的资用水源情况根据园区选址、总体规划情况而有所不同。新建工业园区一般设有独立完善的园区给水基础设施，资用水量通常可以满足消防用水要求。工业园区给水系统的供水压力暂无专门的标准。城市给水工程规划规范规定：“城市配水管网的供水水压宜满足用户接管点处服务水头28m的要求。”若将此处规定的服务水头用于室内消火栓给水系统，按SN65室内消火栓流量为5L/S、衬胶水龙带长为25m计算，此时消火栓栓口所需压力约为17.3m，在不考虑管网阻力损失的情况下（一般相对较小），此服务水头可满足10.7m高处消火栓的用水要求，若按层高3m计算，约为建筑第四层消火栓处。因此，城市给水管网通常只能作为四层以下建筑室内消火栓的供水水源。目前工业厂区的办公楼、科研楼、生活楼等超过四层者已比比皆是，因此，城市给水管网直接作为厂区室内消火栓系统的水源往往有些力不从心，无法保证室内消防用水的可靠性。城市供水管网一般最低压力较为恒定，除前述的28m水头外，建规规定：“在城市、居住区、工厂、仓库等的规划和建筑设计时，必须同时设计消防给水系统。城市、居住区应设市政消火栓”，同时规定：“当采用低压给水系统时，室外消火栓栓口处的水压从室外设计地面算起不应小于0.1MPa。”国内一些城市亦将市政消火栓所需的最低供水压力最为城市供水管网的最低服务水头，如重庆市城乡规划给水工程规划导则（试行）规定：“城镇配水管网的供水压力宜满足用户接管点处服务水头不小于28m的要求，且应保证市政消火栓所需最小供水压力，不得小于10m水头。”因此，笔者认为可将城市供水管网作为工业园区内各厂区室外消火栓给水系统的消防水源，形成低压制室外消防给水系统。室内消火栓给水系统应采用临时高压制，以水池或自然水体及加压泵站作为室内消防水源。1.2. 天然水体作为消防水源有些地区（如一些三角洲地区）室外水资源丰富，建筑物常常紧邻天然水体，因此可考虑充分利用天然水体作为消防水源。消火栓系统对水质没有特殊要求，有资料分析显示，地面水环境质量标准属类以内的自然水体，经过过滤等初步处理后，就能满足消防给水系统的要求。因此，凡枯水期水位保证率在97%以上，能可靠取水的无污染的自然水体，经初步处理后，便可作为消火栓系统的消防水源。1.3. 消防水池作为消防水源临时高压消防给水系统的水源由消防水池和高位消防水箱提供，可认为此系统有1.2个消防水源。其中，消防水池为1个消防水源，高位消防水箱为约0.2个消防水源，这是因为消防水池（最少）提供1个小时的消防用水量，高位消防水箱提供10分钟的消防用水量。因此，消防水池是临时高压消防给水系统可靠性的重要保障。笔者在工程实践中注意到，由于生产工艺的需要，工业厂区内往往设有清净下水池、污水处理池、循环水池、事故收集池等专用水池，其中循环水池用于工业冷却水循环系统，这种水池水量常年恒定，且水池补水一般都有较详实的水质分析资料，因此很适合作为替代专用消防水池的消防水源。需要注意的是，利用工业冷却循环水池作为消防水源的先提条件是冷却循环蓄水量大于消防用水量，根据工业循环冷却水处理设计规范规定，循环冷却系统水容积宜小于循环冷却水量的1/3。其次，作为消防水源的循环冷却水池应有保证消防用水量不被动用的措施，保证水池内常年蓄有足够的消防用水量。综上所述，工业厂区内主要应采用消防水池作为消防水源，在有条件时可充分利用工业循环冷却水池作为消防水池。由于消防水池实际使用率很低且造价不菲，因此笔者认为消防水池并不是每个厂区都要有，可在整个工业园区内按照循环冷却水用水大户进行分区，形成多个区域消防给水系统，由较大的循环冷却水池为所在区域内的各厂区提供消防用水，这样可能降低各方成本。2. 消防供水管网形式根据前文的论述，可充分利用工业园区内的城市供水系统，在各厂区内设生活、生产和室外消火栓共用的室外给水管网。室内消火栓给水系统以消防水池（或满足要求的循环冷却水池）或自然水体作为火灾延续时间内的消防水源，以厂区内较高建筑顶层的高位消防水箱作为火灾初期和维持管网水压的消防水源，形成临时高压室内消火栓给水管网。值得注意的是，依据建规规定，民用建筑室外消火栓的布置应满足保护半径不大于150m、间距不大于120m的原则，这是因为城市街区道路通常按160m160m方格规划，按室外消火栓保护半径150m计算，为保证任意建筑有两个室外消火栓保护，室外消火栓的间距应为126.9m约为120m。在工业园区内，厂区跨度甚至单个厂房的长度往往超过160m，且厂房形状和相对位置多变，因此，严格按照建规的规定布置室外消火栓有时并不能够适应其建筑特点，笔者注意到，类似城市规划以道路分隔，厂区通常以围墙分隔，因此在厂区内布置室外消火栓时，可沿厂区围墙布置，同时结合各建筑的室外消防用水量及室外消火栓保护半径综合考虑，即做到满足室外消防用水量要求，又较容易符合室外消火栓距离建筑外墙不小于5m、距离道路不大于2m的规定，同时便于消防员利用室外消火栓阻止火灾由本厂区向相邻厂区蔓延。3. 室内消火栓的布置及干式消火栓给水系统的设计措施3.1. 室内消火栓的布置工业厂区内的建筑物通常包括厂房、库房、办公建筑及生活建筑。室内消火栓的布置原则主要是建规的如下规定：（1） 室内消火栓的间距应由计算确定。高层厂房（仓库）、高架仓库和甲、乙类厂房中室内消火栓的间距不应大于30m；其它单层和多层建筑中室内消火栓的间距不应大于50m；（2） 室内消火栓的布置应保证每一个防火分区同层有两支水枪的充实水柱同时到达任何部位。建筑高度小于等于24m 且体积小于等于5000m3 的多层仓库，可采用1 支水枪充实水柱到达室内任何部位。此外，笔者认为室内消火栓不宜暗装在建筑外墙内，否则容易发生结露现象，引起消火栓箱所在位置墙体潮湿，箱内如有消防水泵启动按钮则金属触点容易锈蚀，北方则可能在冬季发生管道冻结现象。3.2. 干式消火栓给水系统设计措施工业厂区内的生产、储存用建筑有相当数量是不采暖的，这是因为一些生产工艺在生产时产生热量较多，导致生产时厂房内空气温度较高，时常要依靠机械通风来消除室内余热，但停止生产时室内温度骤然下降；仓库建筑由于室内不常有人员停留，因此也多不采暖。在冬季有冰冻现象的北方，其室内消火栓给水系统就会有冰冻的危险。对此，建规规定：“严寒和寒冷地区非采暖的厂房（仓库）及其它建筑的室内消火栓系统，可采用干式系统，但在进水管上应设置快速启闭装置，管道最高处应设置自动排气阀。”但建规及相关条文说明并没有详细阐述干式系统的设计原则、快速启闭装置的种类及自动排气阀的性能要求。此外，自动喷水灭火系统设计规范规定干式系统的配水管道充水时间不宜大于1分钟，而建规没有对干式消火栓给水系统的管道充水时间做出规定。根据火灾中各燃烧阶段的发展规律，火灾初期到轰燃发生前的这段时间是控制火势、扑灭火灾的理想阶段，轰燃发生后将难以在火场可燃物烧光之前将其扑灭。各国对轰燃发生时间的统计显示，轰燃发生的时间为起火后的5-10分钟，因火场可燃物种类、数量和通风条件的不同而有所差异，且随着大量塑料材料、可燃装饰物、大面积窗体的应用，轰燃发生的时间可能变得更短。干式消火栓给水系统在使用时需要排除管网内的空气，因而不能立即向火场供水，因此笔者认为有必要将系统充水过程控制在轰燃发生之前，否则当系统设计为干式系统时，室内消火栓的作用将难以体现。笔者认为，可采取以下措施来提高干式消火栓给水系统的可靠性：（1） 使干式消火栓给水系统的充水时间在5-10min内并尽量缩短。（2） 在系统入口设置快速启闭装置。根据建规规定，干式消火栓给水系统入口应设快速启闭装置，但规范没有对此装置作出进一步的解释和说明。在设计中较多采用电动阀作为快速启闭装置，市场上各类电动阀门种类繁多，工作特性也有很大差别。笔者查阅现行相关国家规范，发现我国尚没有电动阀的专门生产标准，只有机械工业部发布的行业标准工业过程控制系统用电磁阀JB/T 7352对此类阀门的特性作出了要求，由该标准的规定可以看出，工业过程控制系统用电磁阀（以下简称电磁阀）是一类可根据控制信号自动启闭的阀门，其可在一定的温度、湿度、过流压强下正常工作，因此笔者倾向选用电磁阀作为干式消火栓给水系统入口的快速启闭装置。（3） 与火灾自动报警系统联动，并在系统入口设压力开关或水流指示器。通常设计中，消火栓给水系统和室内火灾自动报警系统并不联动，笔者建议在干式消火栓给水系统中由火灾自动报警系统开启入口电磁阀，因为火灾探测器往往在火灾发生较短的时间内就会发出报警信号，与之联动可为开启入口阀门、向管网内充水赢得时间。而入口电磁阀开启之后，水流靠高位消防水箱的压差作用向室内消火栓管网内流动，水流开启压力开关或推动水流指示器从而发出控制信号启动消防水泵，此时系统内的空气便可迅速排除，但应注意做好消防水泵和管网的超压保护措施。（4） 系统末端设快速排气阀门。在建规规定中，也没有对快速排气阀门的特性作出要求。笔者认为应采用系统设计流量作为快速排气阀选型的依据，因为排气阀门属于被动排气，排气速率取决于系统充水过程进行的快慢，而最快的充水方式就是启动消防水泵向室内管网充水，此时系统内充水量与排气量在不考虑空气的可压缩性的条件下是相等的，因此用室内消火栓系统设计流量作为快速排气阀排气速率是恰当的。此外，宜在环状管网的不同管段设置，或不同防火分区的至少两个防火分区内设置，保证消火栓系统始终处于备战状态。4. 结语工业园区是火灾多发地，例如据安徽省消防总队统计，安徽省内平均每天有一起发生在工业园区内的火灾，造成直接经济损失达4万元。 因此，积极探索如何提高消防给水设施在这类火