在消防给水系统设计中,经常要求管路布置为环状形式以提高系统供水的可靠性,当系统一处发生故障检修时,能够操作相应的检修阀门将检修范围限制在局部,而其他部位仍可正常运行。因此环状管路上必须正确设置检修阀门,不合理的阀门布置方式会对系统检修时的运行带来隐患。图1是一种常见的室内消火栓系统环状管路布置形式,两路供水引入管接入系统水平环管,并在接入点之间设置检修阀门F。此处忽略了一个问题,由于阀门本身可能发生检修,当水平环管上的阀门F检修时,整个系统将处于停用状态,由此降低了系统的运行保障水平。

　　 通常情况下,当系统停用不会造成重大损失或危险隐患时,可以忽略阀门本身检修的小概率事件。但对于运行保障要求非常高的消防给水系统,则需要对此加以考虑。一些规模较大的消防给水系统常有局部改造的情况发生,如果由此导致整个系统处于停止状态,会对建筑正常使用的部分带来安全风险。因此,对于消防给水环状管道系统,当某个阀门的检修导致整个系统停止运行或导致系统不符合检修运行要求时,应将阀门自身的检修纳入设计要求。

　　 环状管路上阀门设置的数量和部位,应当与环状管路的运行保障水平相一致,而不应降低其可靠性,即阀门设置应满足系统在检修状态下的基本运行要求。另一方面,由于水消防系统中阀门的开闭状态是一个重要的监管项目,阀门数量过多会增加系统维护管理的复杂程度,同时阀门本身也是潜在的检修点。本文主要讨论满足系统在检修状态下基本运行要求的最少阀门设置(以下称基本阀门设置)。

　　 将环状管路系统中由多只检修阀门封闭围合的一个连续部位视为一个检修单元,显然,不允许同时发生检修的部位应处于不同的检修单元。当作为分隔边界的检修阀发生检修时相邻的检修单元将不能运行,因此,系统在检修状态下不允许同时停止工作的检修单元应处于不相邻的位置,此为基本阀门设置需要满足的原则。

　　 以下讨论几种常见的消防给水环状管路系统的基本阀门设置。

　　 《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974-2014,以下简称“水消规”)8.1.6 条规定:室内消火栓环状管道检修时,关闭的竖管不超过一根,当系统竖管超过4根时,可关闭不相邻的2根竖管;竖管与供水横干管相接处应设置阀门。

　　 图2是典型的室内消火栓系统管道布置形式下的基本阀门设置(此处省略高位水箱等无关设施)。与图1相比,在水平环管上串联增设一只检修阀,或者说在两路进水管各自所在的检修单元之间插入了一个起分隔作用的检修单元Fz1-Fz2,从而避免了图1中阀门F检修时整个系统停用的情况发生。当水平环管上阀门Fz1检修时,系统工作状态如图3a所示,虚线表示关断停用的管道,停用部分为F1x-F2x-F3x-Fz2所构成的一个扩大检修单元。可以看出,为了保证不同时关闭两路供水,供水1与供水2之间的任何一条通路上应至少有两只检修阀门。

　　 “水消规”要求各竖管与横干管相接处设置阀门,由此各竖管检修单元已经处于不相邻的位置:在上部,各竖管由检修单元F1s-F2s-F3s-F4s-F5s分隔,在下部由检修单元F1x-F2x-F3x-Fz1和检修单元Fz2-F4x-F5x分隔,在考虑检修阀自身检修的情况下,仍可满足“水消规”关于竖管关闭的检修运行要求。例如当竖管阀门F2x检修时,系统工作状态如图3b所示,停用部分为F1x-F3x-Fz1-F2s所构成的一个扩大检修单元。

　　 当系统仅有两根竖管时,设计中经常会出现如图4a的阀门设置方式,此时如果阀门Fs检修,两根竖管必须同时关闭,不符合规范要求。因此应按图4b的阀门设置方式。

　　 在图2布置形式的基础上,改变引入管的接管位置,如图5所示,此布置方式省去了水平主环管上的检修阀,同样可保证两路进水管处于不相邻的检修单元,满足阀门检修要求。例如,当阀门F2x检修时,系统工作状态如图6所示。

　　 需要说明的是,阀门设置方式的不同会影响供水最不利点位置和最不利水流通路的确定,在进行系统水力计算时需特别注意。

　　 当有多个系统消防水泵从分成两格的消防水池吸水时,通常会采用共用吸水总管的布置方式,并将同一系统的消防水泵分设于不同的检修单元。此处的两格消防水池与前面讨论的两路供水情况类似,不同之处在于每格消防水池储存约一半的消防总用水量,因此当其中一格水池发生检修时,系统可用水量仅为设计水量的一半左右。最简单的管道布置和基本阀门设置如图7a所示,可以保证任何一处检修时,系统仍可正常运行。

　　 采用图7b的布置方式可以降低检修运行时只有一半消防用水量可用的发生概率。假定阀门的检修概率相同均为P(F),管道的检修概率为P(G),水池的检修概率为P(S)。 图7a中,当检修单元F1x-F1z-F1检修时,将只有一格水量可用,发生概率可近似等于3P(F)+P(S)+P(G);而图7b中,当检修单元F1-F3检修时,将只有一格水量可用,发生概率近似等于2P(F)+P(S)+P(G)。

　　 当布置条件许可时,图7c的布置方式可减少阀门的设置数量,并达到与图7b相同的检修时的运行保障效果,例如:当检修单元F1-F3 检修时,水池S1停用。

　　 实际工程中情况复杂,各部位的检修概率受到多种因素的影响,比如管道和阀门的规格尺寸、管道长度、安装条件、环境因素等等,因此采用何种布置方式应结合工程实际条件确定。

　　 例如,考察图7中3种布置方式下备用泵的停用概率:图7a中检修单元F1x-F1z-F1检修时,各系统备用泵停用,停用概率为P(图7a)≈3P(F)+P(S)+P(G);图7b中检修单元F1-F1x-F1z-F5或图7c中检修单元F1-F1x-F1z-F2 检修时,各系统备用泵停用,停用概率为P(图7c)=P(图7b)≈ 4P(F)+P(G)。当水池设于室外、水池和吸水管室外部分检修风险较大时,P(图7a)式中的P(S)和P(G)较大,此时采用图7b、图7c的布置方式并将检修阀F1、F2、F3、F4置于环境条件较好的室内,可降低备用泵的停用概率。

　　 采用集中消防给水方式的系统,向各单体或子系统供水的主管均布置为环状管路或两路供水形式,当其中一路发生故障时,另一路须能满足全部供水,以此做为集中消防给水环状管路系统在检修状态下的基本运行要求,讨论以下2 种布置方式。

　　 图8a是双路输水主管布置形式,当总管某处或某处引入管阀门检修时,各单体为一路供水状态,系统仍可正常运行,满足环状管路检修的基本要求。这种布置方式省去了主管上的检修阀,系统简单,缺点是每路主管整体为一个检修单元,当其中任意一处检修时需要关闭所有单体受影响的一路进水管,当系统规模较大时检修操作较为繁琐,影响范围较大。

　　 图8b是输水主管环状布置形式和阀门设置,各单体引入管处于不相邻的检修单元,管路中包括检修阀在内的任意一处需要检修时,均可保证各单体至少有一路进水。 例如图8b中总管阀F检修时,仍能保证受影响的2#楼、3#楼有一路供水。由此也可看出,当某处发生检修时,受检修影响需要进行操作的部分仅为相邻的两个单体,检修操作的范围得到控制,而不受系统规模大小的影响。

　　 上文讨论的是几种常见的环状管路布置,实际工程中管路布置的形式多样,而检修阀的设置仍需遵循同样的原则:不允许同时停用的检修单元应处于不相邻的位置。例如图8b的布置中,当系统管路较长时,会考虑增设连通管构成新的环路以减少水头损失,如果连通管两端所连接的检修单元不允许同时停用,此连通管上应设置至少两只检修阀以形成一个分隔检修单元。

　　 本文讨论满足环状管路系统检修运行要求的基本阀门设置,实际工程中根据具体情况和要求,会适当增加阀门的设置。例如,从满足环状管路系统检修运行要求来看,图8a、图8b中单体引入管上的阀门并非必须的基本阀门设置,设置该阀门可方便维护管理,同时也符合设计惯例;类似图2、图5 的室内消火栓系统,当竖管数量较多时,可考虑在水平环管适当位置增设检修阀,以控制受影响检修单元的规模,方便维护管理。