高層民用建筑消防管路減壓閥

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之前介紹高壓管路氮氣減壓閥組協(xié)調(diào)工作，現(xiàn)在介紹高層民用建筑消防管路減壓閥案例分析：
超高層消防原則及設(shè)計要點：通常情況下，超高層建筑高度均超過普通消防車的救火高度,所以其設(shè)計更應(yīng)遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的設(shè)計理念，提高建筑的自防自救能力，采取可靠的防火措施，消防設(shè)計做到安全適用、技術(shù)、經(jīng)濟合理。

高層民用建筑消防管路減壓閥消防給水系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮的規(guī)范要求設(shè)計要點：①根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50045-95)(2005年版)第7.4.6.5條規(guī)定，消火栓栓口的靜水壓力不應(yīng)大于1.00MPa,當大于此值時，應(yīng)采取分區(qū)給水系統(tǒng)。消火栓栓口的出水壓力大于0.5MPa時，應(yīng)采取減壓措施。②根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(2011年征求意見稿)第4.3.2.3條規(guī)定，消防給水系統(tǒng)任何時間和地點系統(tǒng)的壓力不宜超過2.4MPa。本工程建筑高度為143.6m，總建筑面積約為10.8萬平方米。地下一層為車庫、變配電室及設(shè)備用房；地下二層為車庫、生活、消防水泵房及消防水池等；一層～十二層、十四～二十三層、二十五～三十七層為辦公，十三層及二十四層為（轉(zhuǎn)換層）避難層，避難層內(nèi)設(shè)有空調(diào)室外機機房、水泵房、電氣用房及風機房等；頂層為風機房、電梯機房及水箱間等；屋頂設(shè)，所以消防滅火必須立足于自救，因而消防供水設(shè)計的安全可靠性就變得尤為重要。本工程設(shè)有室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)、自動噴水系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50045-95)(2005年版)及《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50084-2001)(2005年版)的要求，確定消防用水量如下：
  減壓閥是通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的,并依靠介質(zhì)本身的能量控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定的自動閥門。

管道減壓閥結(jié)構(gòu)分類
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥根據(jù)減壓原理和結(jié)構(gòu)型式的不同，減壓閥可分為比例式減壓閥和可調(diào)式減壓閥。其中：比例式減壓閥，是依據(jù)其閥腔內(nèi)減壓活塞進出口兩端感應(yīng)面積的差異，實現(xiàn)進、出口壓力成一定比例關(guān)系的減壓閥，依據(jù)進口壓力設(shè)定出口壓力；可調(diào)式減壓閥，是根據(jù)水力差動控制原理或水力先導(dǎo)控制（由減壓先導(dǎo)閥控制主閥）原理，以出口壓力的設(shè)定值為準，自動調(diào)節(jié)閥瓣的開啟度和流量，實現(xiàn)出口壓力的減壓和穩(wěn)定，并與進口壓力的關(guān)聯(lián)度較小，可通過彈簧調(diào)節(jié)裝置，對減壓閥出口壓力進行有效調(diào)整。
    減壓閥是通過調(diào)節(jié)，講進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的觀點看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。

減壓閥的基本性能
    (1) 調(diào)壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力 P2 的可調(diào)范圍，在此范圍內(nèi)要求達到規(guī)定的精度。調(diào)壓范圍主要與調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)。
    (2) 壓力特性：它是指流量 g 為定值時，因輸入壓力波動而引起輸出壓力波動的特性。輸出壓力波動越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。
    (3) 流量特性：它是指輸入壓力—定時，輸出壓力隨輸出流量 g 的變化而變化的持性。當流量 g 發(fā)生變化時，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動就越小。

常用減壓閥選用原則：
    1.減壓閥進口壓力的波動應(yīng)控制在進口壓力給定值的 80％～105％，如超過該范圍，減壓閥的性能會受影響。
    2.通常減壓閥的閥后壓力 Pc 應(yīng)小于閥前壓力的 0.5 倍，即 Pc<0.5P1。 減壓閥的每一檔彈簧只在一定的出口壓力范圍內(nèi)適用，超出范圍應(yīng)更換彈簧。
    3.在介質(zhì)工作溫度比較高的場合，一般選用先導(dǎo)式活塞式減壓閥或先導(dǎo)式波紋管減壓閥。
    4.介質(zhì)為空氣或水（液體）的場合，一般宜選用直接作用薄膜式減壓閥或先導(dǎo)式薄膜式減壓閥。
    5.介質(zhì)為蒸汽的場合，宜選用先導(dǎo)活塞式減壓閥或先導(dǎo)波紋管式減壓閥。
    6.為了操作、調(diào)整和維修的方便，減壓閥一般應(yīng)安裝在水平管道上。

設(shè)計選用 
    1 基本規(guī)定;
    2 給水系統(tǒng)減壓方式的選擇和減壓閥設(shè)置;
    3 給水系統(tǒng)減壓閥的選型與設(shè)計參數(shù)確定;
    4 消防給水系統(tǒng)減壓方式的選擇和減壓閥設(shè)置;
    5 熱水系統(tǒng)給水方式的選擇和減壓閥設(shè)置;
    6 管道直飲水系統(tǒng)減壓方式的選擇和減壓閥設(shè)置;
 
（1）方案研究和比較
以本工程為例，在滿足超高層建筑消防設(shè)計要求的前提下，按照并聯(lián)分區(qū)供水、減壓閥減壓分區(qū)供水、串聯(lián)分區(qū)供水等不同的消防供水方式，分析各類消防給水系統(tǒng)的優(yōu)缺點和適用范圍。
A、并聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)：
本工程按照此系統(tǒng)可分為高、中、低三個區(qū)。其中，地下二層～十三層為低區(qū)，十四～二十三層為中區(qū)，二十四層以上為高區(qū)。低、中區(qū)消防給水由設(shè)于地下二層低區(qū)消火栓給水泵組供給；高區(qū)消防給水由設(shè)于地下二層高區(qū)消火栓給水泵組供給；高區(qū)消火栓系統(tǒng)的穩(wěn)壓依靠屋頂消防水箱間的穩(wěn)壓設(shè)備確保；中、低區(qū)消火栓系統(tǒng)的穩(wěn)壓依靠屋頂消防水箱靜水壓力確保。系統(tǒng)設(shè)置如附圖1所示。
并聯(lián)分區(qū)供水方式在一百多米的超高層建筑消防供水中應(yīng)用較為廣泛，系統(tǒng)將供水設(shè)施集中放置在地下設(shè)備房內(nèi)，各區(qū)獨立運行，確保各分區(qū)的消防供水要求。
本系統(tǒng)各分區(qū)系統(tǒng)簡化、互不影響，運行和管理操作簡單，便于系統(tǒng)維護?？紤]水泵揚程的局限性和系統(tǒng)的承壓能力，結(jié)合規(guī)范對系統(tǒng)壓力不宜超過2.4Mpa的要求，本系統(tǒng)不適合應(yīng)用于建筑高度超過180米的超高層建筑。

B、減壓閥減壓分區(qū)給水系統(tǒng)：
減壓閥減壓分區(qū)是指通過比例式減壓閥或可調(diào)式減壓閥按照規(guī)范要求的系統(tǒng)壓力限值，將系統(tǒng)分成若干個分區(qū)供水的系統(tǒng)。本工程按照此系統(tǒng)分為高、中、低三個區(qū)，其中地下二層～十三層為低區(qū)，十四～二十四層為中區(qū)，二十五層以上為高區(qū)，各分區(qū)均由設(shè)于地下二層消防泵房內(nèi)的兩臺消防水泵組統(tǒng)一供水，其中低區(qū)和中區(qū)通過減壓閥減壓后供給。系統(tǒng)設(shè)置如附圖2所示。
該方案設(shè)計時應(yīng)注意：減壓閥設(shè)置應(yīng)考慮閥前閥后壓力比值一般不宜大于3：1，當一級減壓閥減壓不能滿足要求時，可采用減壓閥串連減壓。減壓閥串連減壓不宜超過2級。同時，為了確保減壓閥組的正常工作，提高系統(tǒng)的安全性，設(shè)計中宜在減壓閥前后兩側(cè)均增設(shè)壓力傳感器，實時監(jiān)控減壓閥的工作情況。
與并聯(lián)供水設(shè)計方案相比，此方案是在并聯(lián)方案的基礎(chǔ)上，通過分別在中、低區(qū)分別增設(shè)一套比例減壓閥組并減少一組消防供水泵組來實現(xiàn)。此方案構(gòu)成簡潔明了，減少了各分區(qū)的獨立供水設(shè)備，大大降低了初始投資。但是由于低區(qū)和中區(qū)的供水壓力均通過減壓閥減壓來實現(xiàn)，因而減壓閥的可靠性就成為了系統(tǒng)安全與否的關(guān)鍵。同時，各個分區(qū)共用消防水泵供水，如果消防泵故障,將影響整個建筑消防給水系統(tǒng)安全使用。筆者認為，減壓閥分區(qū)供水的方式適用于一般高層建筑的消防供水中，作為對可靠性要求較高的超高層消防供水并不適宜。
 
C、串聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)：
串聯(lián)分區(qū)供水是超高層建筑消防供水中常見的一種形式，系統(tǒng)結(jié)合避難層的設(shè)置將各區(qū)水泵分別串聯(lián)加壓，以滿足各分區(qū)的消防供水要求。本工程按照此系統(tǒng)可分為高、中、低三個區(qū)。地下二層～十三層為低區(qū)，十四～二十三層為中區(qū)，二十四層以上為高區(qū)。系統(tǒng)設(shè)置如附圖3所示減壓閥設(shè)置方式的確定應(yīng)遵循下列原則
    1.主干管減壓應(yīng)采用并聯(lián)減壓方式；
    2.分層支管減壓，可采用單閥減壓方式；
    3.進、出口壓力之比大于3：1時，宜采用串聯(lián)減壓方式；
    4.減壓閥氣蝕校核不合格時，應(yīng)采用串聯(lián)減壓方式；
    5.超高層建筑，宜設(shè)置中間轉(zhuǎn)輸水箱進行垂向分區(qū)，分區(qū)內(nèi)可采用串聯(lián)減壓、并聯(lián)減壓、單閥減壓等減壓方式。
    6.減壓分區(qū)的垂向距離：采用上位進水方式的不宜大于24m，要求安靜的區(qū)域不宜大于18m；采用下位進水的不宜大于18m；采用中位進水的，可依據(jù)進水具體位置，介于18m~24m之間。
與前兩種供水方案相比，此方案增設(shè)了轉(zhuǎn)輸供水系統(tǒng)，因而系統(tǒng)構(gòu)成相對比較復(fù)雜，火災(zāi)時同時啟用的用電負荷較大，設(shè)備分散，前期投入和后期管理的要求較高。但該系統(tǒng)安全性較高，隨著消防設(shè)備性能近年來的逐步提高，串聯(lián)分區(qū)供

案例總結(jié)：
通過對該超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計與討論，形成如下幾點結(jié)論：
（1）結(jié)合本工程比較與討論，超高層建筑消防給水系統(tǒng)不宜采用減壓閥減壓分區(qū)。
（2）超高層建筑消防給水系統(tǒng)可結(jié)合建筑物高度，低于180米的建筑宜采用并聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)供水；超過180米的建筑宜采用串聯(lián)分區(qū)給水系統(tǒng)供水。
近年來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，土地資源越來越稀缺，眾多超高層建筑在各地不斷涌現(xiàn)，各種消防理念逐步完善，各種新的消防技術(shù)也不斷地應(yīng)用到這些實際工程當中。設(shè)計工作者只有在實踐當中不斷摸索，學(xué)習(xí)新理念、開拓新思維，實踐新方法同時積極與消防部門進行征詢，以保證消防設(shè)計的合理性、安全性，以期更好的保障人民群眾的財產(chǎn)安全。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：膜片式減壓閥材料性能