消防水泵是消防给水系统中的核心组件,直接关系到室内消火栓系统、自动喷水灭火系统能否及时动作、灭火,是整个灭火系统启动的关键。自2013年起,国家标准先后颁布了《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116,以下简称“报警规”)、《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974,以下简称“水消规”)、《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084,以下简称“自喷规”),为了进一步解释说明规范条文,中国建筑标准设计研究院出版了《火灾自动报警系统设计规范》(14X505-1图示,以下简称“火规图示”)和《常用水泵控制电路图》(16D303-3,以下简称“电路图”)。经过与相关规范并结合实践对全压消防水泵启动控制电路相应的对比,对消防水泵全压启动电路进行梳理并解析总结。

“水消规”中对消防水泵的控制要求主要涉及第11章。其中11.0.4条主要是规定了消防水泵自动启动方式的采集信号,有利于提高系统启泵的可靠性和及时性;11.0.5条主要是规定了消防水泵应具备的自动和手动两种启泵方式的基本控制功能,目的是确保消防水泵的可靠性以及灾后控制、维修的要求。11.0.7-1条主要保证远程启泵的可靠性,采用专线方式启动水泵;11.0.12条主要考虑因控制箱二次元器件及控制线路故障导致自动或手动无法启泵时,通过机械应急装置来启泵;11.0.16-4条是保证水泵巡检时出现启泵命令或启泵时出现巡检命令相互间应有可靠的互锁保护。

“自喷规”中对消防水泵的要求主要涉及11.0.1～11.0.4条。11.0.1～11.0.3条主要就湿式系统、干式系统、预作用系统、雨淋系统和自动控制水幕系统的自动启泵方式进行了规定;11.0.4条主要就自动喷水灭火系统消防水泵自动、远程启动和现场手动应急操作3种启动方式进行了规定。“自喷规”与“水消规”对消防水泵启泵方式要求基本一致。

“报警规”第4章消防联动控制设计分别对消防系统中涉及的自动喷水灭火系统、消火栓系统、气体灭火系统、防烟排烟系统等相关联动系统进行了规定。其中涉及消火栓泵与喷淋泵的要求如下:

“报警规”中对消火栓泵的规定主要涉及4.3.1～4.3.3条。其中4.3.1条主要规定了消火栓泵的自动启动方式,这与“水消规”11.0.4条是一致的,但主要进一步补充了“直接控制启动消火栓泵,联动控制不应受消防联动控制器处于自动或手动状态影响”的要求,进一步提高了系统启泵的可靠性。4.3.2条主要规定了消火栓泵手动控制方式的具体做法,进一步明确了“水消规”中11.0.5和11.0.7-1条要求。4.3.3条主要规定了消火栓泵信号在联动控制器的反馈要求。

针对消火栓泵联动启动控制电路,“火规图示”对消防给水系统的控制电路图进行了诠释,其对消防水泵全压启动控制电路见图1。

“报警规”中对喷淋泵的规定主要涉及4.2.1～4.2.4条。其中4.2.1主要规定了湿式系统和干式系统的喷淋泵自动、手动的控制方式以及信号反馈要求,这与“自喷规”11.0.1条是一致的,也进一步补充了“直接控制启动喷淋消防泵,联动控制不应受消防联动控制器处于自动或手动状态影响”的要求、规定了喷淋泵手动控制方式的具体做法,进一步明确了“自喷规”11.0.4条要求。同样4.2.2～4.2.4条分别就预作用系统、雨淋系统、自动控制水幕系统的喷淋泵自动、手动的控制方式及反馈信号进行了规定。

针对湿式/干式自动喷水灭火系统喷淋泵联动启动控制电路,“火规图示”对消防给水系统的控制电路图进行了诠释,其对消防水泵全压启动控制电路见图2。

在具体实践中,“电路图”对消防给水系统的控制电路图进行了诠释,其对消防水泵全压启动控制电路见图3。

根据“水消规”“自喷规”“报警规”“火规图示”“电路图”的要求,消防水泵控制方式级别由先到后可排列为:自动控制→手动控制→现场应急控制。

在消防水泵自动控制中,其主要通过连锁控制和消防联动来实现,消防联动控制是连锁控制的后备启动方式,消火栓及自动喷水灭火系统启动方式如下:

(1)消火栓系统中连锁启泵控制通过高位水箱出水管上的流量开关、消防水泵出水主干管上压力开关动作即该系统自身条件完成的;消防联动启泵通过消火栓按钮报警信号与按钮所在区域的任一探测器或手动火灾报警按钮两者信号组合由联动控制器发出命令来实现。

(2)湿式自动喷水系统连锁启泵控制触发信号有3种,即高位水箱出水管上的流量开关、消防水泵出水主干管上压力开关、报警阀组的压力开关;消防联动启泵仅通过报警阀组上压力开关和报警阀组防护区域内的任一火灾探测器或手动火灾报警两者信号组合由联动控制器发出命令来实现。由于“自喷规”和“报警规”实施时间的差异,依据“自喷规”的新要求,建议消防联动启泵可通过上述连锁触发信号,即高位水箱出水管上的流量开关、消防水泵出水主干管上压力开关、报警阀组的压力开关分别和报警阀组防护区域内的任一火灾探测器或手动火灾报警两者信号组合联动启泵,作为连锁启泵的后备信号。

(3)干式自动喷水系统连锁启泵与湿式系统连锁控制基本相同,只是在系统侧管网上增加快速排气阀前的电磁阀开启信号,可以通过干式报警阀组压力开关的一组开点作为开启电磁阀的连锁触发信号,同时干式报警阀组压力开关的一组开点连锁停止供气的空压机,需要注意的是压力开关应选用4组触点。消防联动控制信号与湿式自动喷水灭火系统相同。

(4)雨淋系统分电动启动和传导管启动2种启动方式。两者的连锁启泵控制与湿式系统相同。系统首先要让雨淋阀组的控制腔泄压继而打开雨淋阀,对于电动启动系统控制腔泄压可以通过防火分区内的火灾自动报警系统2只感温探测器或者1只感温探测器和1个手动报警按钮动作信号联动逻辑信号打开报警阀组报警管路上的电磁阀;而传导管系统则通过传导管上连接的闭式喷头控制泄压。在雨淋阀组打开后,电动启动雨淋系统的联动控制启泵与湿式系统类似,而传导管启动雨淋系统在联动控制中没有作具体要求,建议将连锁启泵的触发信号的反馈信号通过联动控制器发出命令来启动雨淋系统。

(5)预作用系统分仅有火灾自动报警系统直接控制,或由火灾自动报警系统和充气管道上设置的压力开关控制2种控制方式。2种控制方式的连锁启泵控制均与湿式系统相同。由火灾自动报警系统直接控制预作用装置的电磁阀控制,是通过防火分区内的火灾自动报警系统2只感烟探测器,或者1只感烟探测器和1个手动报警按钮动作信号联动逻辑信号打开的;对于由火灾自动报警系统和充气管道上设置的压力开关控制的系统,则是由火灾探测器或手动报警按钮信号与充气管道上压力开关来控制预作用装置的电磁阀。预作用管网上快速排气阀前的电磁阀开启,其控制与干式系统相同,同时预作用装置压力开关的1组开点连锁停止供气的空压机,预作用装置的压力开关应选4组触点。预作用报警阀组打开后,联动控制启泵对于前者,通过以上连锁触发信号,与该防护区内的任一火灾探测器或手动火灾报警按钮两者信号组合,由联动控制器发出命令来实现;对于后者,通过预作用装置充气管路上的压力开关的动作信号,与该防护区内的任一火灾探测器或手动火灾报警按钮两者信号组合,由联动控制器发出命令来实现。

在消防水泵手动启动中,无论是消火栓系统,还是自动喷水灭火系统,消防水泵都是通过消防控制室内手动控制盘来实现的。在消防水泵现场应急操作中,主要通过消防水泵控制箱和机械应急控制2种方式实现。因此进一步细化消防水泵控制方式级别可以排列为:连锁控制→联动控制→手动控制盘控制→消防水泵控制箱就地控制→机械应急控制。

在具体实践中,对比“电路图”与“火规图示”中“湿式消火栓系统联动控制图示”,在消防联动控制器手动控制盘控制消防水泵方式上两者有明显区别,即图3要求水泵控制箱转换开关置于自动状态,而图1和图2对此控制方式是在转换开关前级接入,对控制箱的转换开关位置无要求。“报警规”4.3.1～4.3.4条、4.3.2条中规定自动喷水灭火系统、消火栓系统手动控制方式是将消火水泵控制箱的启动、停止按钮用专用线路直接连接至消防联动控制器的手动控制盘,实现直接手动控制消火水泵的启动、停止。若手动控制盘启、停按钮仅作为水泵控制箱远程启、停水泵的异地操作,则水泵控制箱转换开关应置于手动状态,但“电路图”要求在控制箱转换开关置于自动,这与“报警规”4.3.2条要求不一致。中国建筑标准设计研究院2010年出版的《常用水泵控制电路图》(10D303-3)与图1和图2基本一致,只是控制用的电压和电源位置不同,其中启动电源采用控制箱内部的AC220V电源控制,图1和图2采用消防控制室DC24V集中电源控制,在实际工作中,目前很多物业管理单位将消防设备的控制箱转换开关置于手动位置,不利于火灾时及时启动消防水泵,从控制的可靠性来看,建议施工中依据图1和图2的控制方式,控制电源采用水泵控制箱DC24 V要更为可靠合理。

“水消规”中11.0.2条规定 “消防水泵不应设置自动停泵的控制功能,停泵应由具有管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定”。根据图1和图2分析,当湿式消火栓系统中高位水箱流量开关或主干管上的压力开关动作后,图1中KF3时间继电器得电动作,其常开接点经过延时接通,KA4中间继电器动作并通过其自身(KA4常开接点)形成电气自保持,图2中位于自动控制回路中的常开接点接通,水泵保持自动运行。当流量开关或压力开关自行或人为复位后,水泵并不会停止,只有人为将图1中“S”旋钮开关断开或“SF4”按钮按下。“S”旋钮开关和“SF4”按钮分别位于水泵控制箱和消防控制室,实现自动不停泵。

《通用用电设备配电设计规范》和《低压配电设计规范》中都强调“断电比过载造成的损失更大时,应使过载保护动作于信号”,即热继电器只用于报警,不做用于停泵,但在图3中,消防水泵控制原理图所标注的热继电器,在手动和自动状态下,启动水泵时热继电器都能够动作并停泵,只在该泵作为备用泵时才会工作在热继电器无法停泵的状态,这与《通用用电设备配电设计规范》和《低压配电设计规范》要求相悖,按上述2本规范控制回路中热继电器在水泵出现一般故障时应该只发出报警信号水泵继续工作,当水泵出现严重故障导致该回路主开关跳闸,同时消防信号继续保持的情况下,系统才会延时启动另外一台备用水泵。在“水消规”中13.2.6-5条中对消防水泵的故障切换调试与上述2本规范一致,在《自动喷水灭火系统设计手册》中对此也作出了阐述。因此,建议消防水泵在运行过程中热继电器动作,不应停止消防水泵,只用于报警。

在手动控制方式中,消火栓泵与喷淋泵的启动方式是一致的,均由多线控制盘上对应泵的启动/停止按钮来实现对消防泵的启停控制。根据图3分析,手动控制方式下1#和2#水泵都能同时启动,1用1备的消防水泵在设计时一般只考虑1台水泵运行,控制箱上级断路器和电缆仅按照1台水泵的容量考虑,在误操作时会导致断路器跳闸,甚至导致电缆损坏。因此,建议在对应水泵控制电路中分别串接对方接触器的闭点,达到电气互锁,保证火灾时只能启动主泵或者备用泵。

目前消防水泵都会配置自动巡检功能,作为消防水泵的自动巡检设备会定期定时对消防泵进行变频启动,防止水泵长期静止出现故障,但由于这样会出现2个控制系统同时控制1台水泵的状况,所以2个控制系统之间必须配置电气连锁线路,即当巡检控制系统在正常巡检启动水泵时,水泵突然收到消防信号需要启泵,此时巡检控制系统必须通过连锁信号立即停泵,防止电源倒送至巡检柜内变频器导致烧毁,同时在消防水泵已经运行时巡检控制系统检测到运行信号则不应投入巡检运行。对于消防水泵机械应急启泵装置,该装置在水泵控制柜内二次控制系统失灵的情况下,可以人为强制启泵,但目前各个厂家所生产的强制启动元件并未设置启动反馈信号接点,这样会导致控制柜在强制运行时失去了与巡检柜的电气联锁,万一此时巡检柜动作会将产生严重后果。所以建议在强制启动装置中增设可靠的运行反馈接点与巡检柜进行连锁用于完善安全连锁机制。

消防水泵是建筑消防安全中重要的组成部分,为了使消防水泵能及时启动,必须要保证电气线路设计与施工的可靠性,应严格依据规范要求,并结合建筑实际情况进行施工,以保证消防水泵启动的可靠性和安全性。