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柴油機消防泵組及泵房-設計及應用

                                              柴油機消防泵組及泵房-設計及應用


一、柴油泵房是否必須為獨立建築?

規範:《消水規》:當采用柴油機消防水泵時宜設置獨立消防水泵房,並應設置滿足柴油機運行的通風、排煙和阻火設施。

建議:宜為獨立建築,確有困難可附建於建築內,並參照柴油發電機房要求布置、分隔。

二、附建泵房防火分隔

規範:《建規》;《消水規》

參考規範:《建規》
三處規範均規定不低於2.00h 的防火隔牆和1.50h 的不燃性樓板分隔,開向疏散走道的門,《消水規》要求甲級門,《建規》要求乙級門。按甲級門設計,且直通安全出口。

三、布置樓層

規範:《消水規》
參考規範:《建規》2,;《民電規》
建議:附建柴油泵房宜設在首層,確有困難設於地下一層,且設置在靠外牆部位,當設於地下一層若頂板上為室外場所且便於通風排熱時,也可不靠外牆。考慮油箱的存在,應按發電機房要求,不能布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰。
不論是消防泵房還是發電機房,規範均允許條件具備時設在地下二層,宜為獨立建築的柴油泵房不建議設在地下二層。

四、柴油泵房平麵布置

規範:《消水規》;
建議:1.柴油泵操作麵要求簡單,一些柴油泵廠家僅要求700~800的檢修寬度即可,有條件可加大檢修寬度。
《<消防給水及消火栓係統技術規範>實施指南》(趙鋰 薑文源等, 2016)建議考慮散熱原因加大距離。
2.一般將柴油泵布置在端牆處,避免熱風吹向其他設備,也便於泵房內氣流組織設計。有條件時采用排風管接到直通室外的風井,避免室內空氣混合。
3.柴油泵可以從地下室運送,柴油泵寬一般小於1.5m,泵房內主通道淨寬度應適當加大,至少1.5m。泵房設備入口門宜為1.5m~2m寬。
4.當柴油泵散熱及尾氣排在泵房內時,空間適當加大,同時加強通風。
平麵參見下圖(資料來源:筆者參與設計的印尼某項目水施圖紙)

五、泵房淨高

規範:《消水規》
參考規範:柴油發電機房淨高要求見《民電規》
建議:柴油機機組高度與功率有關,400KW以下3米淨高即可,由於泵房淨高受製於出水管閥門附件的尺寸,建議泵房淨高為3.5~4米。參見下圖(資料來源:筆者參與設計的印尼某項目水施圖紙)

六、消聲和減振

規範:《城鎮水規》;《消水規》
參考規範:《民電規》
觀點:柴油泵兼有柴油機和泵的運行噪音、振動。消防泵平時不使用,每周、每月啟泵一次,每季度測流量壓力,每年測試係統啟動,都產生噪音,但時間短,對噪音標準低的建築,影響小,有條件不與敏感房間毗鄰(或上下),與敏感房間毗鄰(或上下)時采取惰性基礎等措施消聲和減振。

七、泵房暖通

規範:《消水規》;

參考規範:《民電規》;《空調規範》6.3.7。
觀點:1.柴油泵房應設置獨立的送、排風係統。其送風量應為排風量與柴油機組燃燒所需的空氣量之和。
2.柴油泵房送、排風係統,應視為消防設施,供電需按與服務建築相同的消防負荷級別,柴油泵房送、排風係統失效等同於柴油泵失效。
建議:1.《消水規》規定泵房通風宜按6次/h設計,當柴油泵直接散熱到泵房內時不適合,應根據散熱量、混合空氣允許最高溫度與補風(室外空氣)溫度差計算。
補風空氣溫度可按夏季通風室外計算溫度,采用曆年最熱月14時的月平均溫度的平均值。泵房內混合空氣最高溫度不宜高於40℃。最高散熱量可由產品提供,或者參考《全國民用建築工程設計技術措施-防空地下室》(2009年)的計算公式和參數。

2.泵房氣流組織需要合理設計,避免短路。柴油機散熱排氣沒有通過風管連接風井時,排風口應在散熱器附近。
3.有條件時,柴油機機頭散熱器不散熱到泵房,建議通過風管接到室外或直通室外的風井,避免室內混合,降低風量,此時泵房通風宜按6次/h設計。
4.條件允許時可采用遠置冷卻,即就是通過循環泵將散熱器外置(室外等處),遠置冷卻時,泵房通風宜按6次/h設計。
5.寒冷及嚴寒地區,需設置預熱、采暖措施。采暖溫度不應低於10℃,但當無人值守時不應低於5℃。

八、泵房環境衛生

參考規範:《民電規》;。
建議:為了便於保持泵房的環境清潔,可在機組基礎的中部布置凹槽,在機組基礎四周布置淺溝,以便於衝洗汙水和柴油、機油。泵房應設有洗手盆和落地洗滌槽。

九、是否必須強調采用丙類柴油?

觀點:《建規》嚴禁民用建築儲存甲乙類物品,-35、-50號等型號柴油閃點低於60℃,屬於乙類可燃液體,雖然我國大部分地區不需要使用閃點低於60℃的柴油,但避免附建柴油泵房誤使用乙類可燃液體,宜在設計說明及采購要求明確。

十、柴油泵房是否設置排煙設施?

規範:《建規》
觀點:電動機消防泵泵房既無可燃物無人停留,人員僅僅是巡查和維保,按《建規》不需設排煙設施。柴油泵房無人停留存在油箱,按《建規》也不需設排煙設施。但柴油泵房已具備散熱通風係統,建議利用已有的散熱通風係統兼作排煙設施。
十一、一類高層附建柴油泵房是否設置火災探測係統?
規範:《建規》條文說明 :除個別火災急險性小的部位,如衛生間、泳池、水泵房等外,需要在該建築內全部設置火災自動報警係統。
建議:建議設置。柴油泵泵房存在油箱,不建議除外。

十二、柴油泵、電泵泵組自動控製要求

針對柴油泵、電泵泵組的自動控製,缺乏成熟和統一的做法,國家標準圖集16D303-3 《常用水泵控製電路圖》中,也無此控製電路圖,設計成果也沒有提供控製要求,技術人員對自動控製也缺乏研究。泵組的控製器還可以按GB/T 21208-2007《低壓開關設備和控製設備 固定式消防泵驅動器的控製器》(簡稱《控製器》)要求配置,設計成果需要明確柴油泵、電泵之間的控製關係。
參考規範:《消水規》;《控製器》
建議:1.與電動機消防泵控製箱相互獨立,且柴油泵必須作為電動機消防泵的備用泵,不能互為備用。
2.滅火係統中的啟泵信號直接接入電動機消防泵控製箱,不宜同時接入柴油泵控製箱。電動機消防泵控製箱的啟泵故障信號“與”滅火係統中的啟泵信號作為柴油泵控製箱的自動開機啟泵信號,線路接入柴油泵控製箱。同時,消防控製室的聯動控製盤,將電泵故障信號“與”滅火係統中的啟泵信號作為柴油泵聯動控製啟泵信號,控製盤也設遠程人工啟泵(柴油泵)功能。
3.柴油泵控製箱的啟泵故障信號接到消防控製中心報警,接到報警後權限人員迅速趕到泵房,應急強製啟動柴油泵。同樣按《消水規》要求,確保報警後5.0min內正常工作。非停電狀態可以首先嚐試應急強製啟動電泵。
4.柴油泵、電泵混合泵組的柴油泵控製箱和電泵控製箱必須機械電氣連鎖,禁止並采取措施防止兩泵並聯運行。
兩泵並聯運行,兩泵特性曲線不一致易導致小泵小流量運行甚至0流量運行。另外,兩泵並聯運行,揚程相差不大,易造成止回閥失靈,柴油泵或電泵反轉,柴油泵反轉導致柴油機反轉。柴油機反轉,由排氣管進氣、消音器內積存的積碳粉末吸入氣缸,會加劇氣缸與活塞及活塞環的磨損;同時機油泵反轉,不能向潤滑部分輸送機油,造成燒瓦抱軸事故,甚至燒毀爆缸。所以防止事故發生,必須強製要求機械電氣連鎖,防止兩泵並聯運行。

十三、泄壓閥

建議:柴油泵必須設置泄壓閥組,且泄壓閥泄壓能力必須大於電動機泵,至少再加大一級管徑,且應設兩組,一套泄壓閥失靈還有第二套泄壓。
電動機消防泵在零流量時壓力最大1.4H,但柴油泵有可能超速運轉,假如柴油泵額定轉速時其零流量時最大壓力1.4H,由於轉速與揚程平方成正比,當柴油機最大轉速120%尚未停機之前,增加20%轉速可能增大44%的揚程,柴油泵零流量時壓力遠大於1.4H。甚至在超速斷路裝置失靈情況下,超壓超流量更嚴重。
柴油機超速時,流量和壓力同時上升,泄壓閥過小時,即使開啟出流,係統降壓有限,所以泄壓閥需加大。

十四、止回閥

建議:柴油泵必須選用質量可靠止回閥,且在止回閥前設壓力開關,壓力高於水池最高水位時報警,目的是防止柴油機反轉造成損失。
同理,柴油泵不適合應用於消防高位水箱和消防水池水池水位差較小的項目,至少高差10米以上。壓差太小,易造成止回閥失靈,柴油機反轉。
緩閉止回閥是否會造成損害,或許時間短沒有問題,需要實驗證實,尚無多次實驗得出結論之前,建議謹慎使用。

十五、維護保養

規範:《消水規》;GB25201-2010《;。
建議:規範缺乏對柴油機部分提出維保要求,比如檢查柴油機各組成配件,檢查積碳、潤滑油、冷卻液等,建議增加此工作內容。

探討建議

探討一、一類高層附建柴油泵房是否設置自動滅火係統:

規範:《建規》
參考規範:《建規》 ;《霧規》
觀點:1.《建規》一類高層及以上建築內的純電泵消防泵房設噴淋與否有不同看法,個人認為不適合用水滅火場所不設,設了反而影響泵房使用可靠性,另外泵房失火也難以保證消防泵啟動滅火。柴油泵房由於存在可燃物建議設置自動滅火係統。
2.不宜用噴淋。柴油泵房不宜參照發電機房設噴淋,柴油泵房存在柴油可燃物,又存在電動機、控製櫃等電氣設備,設噴淋後電機、控製箱需要保護(參見石崢嶸老師專題文章:《》)。柴油發電機房采用噴淋是符合安全度原則,不考慮再三出現意外情況下對柴油發電機房進行滅火。柴油泵房設噴淋則違反安全度原則,柴油泵房發生火災,柴油泵、電泵都可能同時無法使用,噴淋係統難以保證生效,除非柴油泵、電泵分設於不同消防泵房。
另外,油類火災最理想的滅火劑是泡沫,水不合適,噴水後,燃燒的油上浮隨水流淌擴大火災。
3.慎重采用全淹沒氣體滅火係統。柴油機散熱器常用冷卻風扇降溫,直接散熱到泵房,除了遠置冷卻,泵房可以密閉外,但遠置冷卻很少采用,其他降溫方式,即使柴油機停機也不馬上停止冷卻。消防水池往往與泵房相通,泵房密閉問題較為複雜,如采用全淹沒氣體滅火係統,應處置好防護區的密封性問題。
4.宜用細水霧滅火係統。細水霧適合油類火災且適合電氣設備場所,適合全淹沒也適合局部應用,即使是全淹沒係統且開口多不易密閉,僅需要在開口上方增設噴頭。《霧規》沒有消防泵房的滅火參數要求,可參照發電機房的相關規定,且由於開口多,全淹沒係統設計持續噴霧時間建議提高到30min,當所有開口均能在滅火啟動同時關閉且設置油箱間,仍按發電機房采用20min。

可采用泵組式係統,但泵組所在位置應與柴油泵房進行防火分隔或設於其他房間。沒有分隔,如同噴淋係統一樣,泵房火災可能影響滅火係統啟用。若采用瓶組式,可直接設在泵房內。

探討二、日用燃油箱儲量:
規範: ; ;及《消水規》: 柴油機消防水泵的供油箱應根據火災延續時間確定,且油箱最小有效容積應按1.5L/kW配置,柴油機消防水泵油箱內儲存的燃料不應小於50%的儲量 。
問題:1.與《消水規》兩者規定不一致。前者要求燃油箱有效容積至少保證4h。後者要求有效容積按1.5L/kW配置
設備供應商按產品標準生產並取得認證,提供合格產品,油箱容積基本固定,一般產品柴油泵、油箱不分設(見下圖,圖片來源:百度搜索),不便於加大油箱。若設計按《消水規》要求定購產品,設備供應商需要調整產品,又產生調整後的產品與認證產品不符的問題。
2.《消水規》規定,存在不能滿足三小時用量的風險。
柴油泵一般功率越大效率越高,常用泵單位耗油量約0.3~0.35L每千瓦時(高於發電機),如100KW柴油泵,3小時100L左右。若按1.5L/kW配置,油箱容積150L,柴油儲量最小50%時,隻有75L,不能滿足三小時用量。
3.柴油發電機日用油箱一般儲存8h用量,最不利時50%的儲量還能滿足4h,加油周期長。柴油泵本來油箱容積小,加油頻率大增加的人工成本遠大於設備成本,建議參照發電機儲存8h用量。盡量采用分體式油箱,增設油箱間,提高儲量,既保證滅火時間同時節省維保費用。

探討三、尾氣管:    
規範:
參考規範:《民電規》
觀點:目前沒有不許柴油泵尾氣管直接排至泵房內的要求,但存在風險,影響滅火期間管理人員進入泵房應急啟動以及處理緊急狀況。
建議:有條件時建議排氣管須接至室外或煙井,排氣管及煙井不宜過長,否則排氣背壓高,尾氣排放乏力,影響使用。限製泵房設置樓層,也有方便尾氣排放的目的。尾氣排氣管由廠家設計計算,建築設計單位應預留土建條件(如預埋鋼套管、預留土建井道等)和足夠安裝空間。

探討四、柴油泵是否能自動停泵:

規範:《消水規》:消防水泵不應設置自動停泵的控製功能。
;:除超速斷路裝置動作使柴油機停車外,柴油泵組不得自動停機,隻能手動操作停機。
參考規範:《民電規》
觀點:柴油泵宜自動停機
首先,雖然柴油泵具備自動保護停機功能會帶來自動控製方麵出現故障造成停機停泵的風險,但柴油泵不同於電動機消防泵,電動機消防泵都是主泵且互為備用,柴油泵完全是備用泵,在電動機消防泵停電或其它原因失效後動作,在安全度原則上沒必要考慮再三意外情況。因而柴油泵可以降低運行保證要求,自動保護應參照同為備用身份的柴油發電機。
《民電規》隻要求發電機不需備用功能時自動停機:“當市電恢複供電後,應自動切換並延時停機”,雖沒有提倡故障自動停機,也沒有限製。但低自動化程度的發電機設備逐漸淘汰,自動化柴油發電機組得到全麵應用,自控停機、自動保護停機又是GB/T4712-2008《自動化柴油發電機組分級要求》中最低一級的最基本自動化要求。
其次,電泵不自動停泵還能繼續供水滅火,柴油泵即使不能自動停機停泵,最終也不能運行,不能正常供水,並可能造成嚴重事故,更重要的是有可能造成柴油泵完全損壞,失去最後由人工啟動滅火的機會。
電泵不自動停泵有三種情況,一是不設過載保護,不設長延時脫扣器;二是熱繼電器信號僅報警,不斷開接觸器。三是消防水池最低水位僅報警,不停泵。第一、二種情況消防泵可繼續運轉,保證消防用水的可靠供給。

柴油泵不自動停泵,不能繼續保證係統運行,隻有帶來危險。

非消防用柴油機泵組自動停機有下列情況:三次啟動不成功停機、水溫高保護停機、油壓低保護停機、燃油油位低保護停機、電池故障保護停機、水池低水位保護停機等功能。
機組三次啟動不成功、電池故障不停機也沒多大用處,蓄電池也無法提供多次啟動電力(蓄電池組的容量應能滿足6次啟動循環的要求),不自動停機可能耗盡電力,造成最後啟泵機會--人工應急手動啟動無法進行;燃油油位低不保護停機,沒油還能怎麽用?水溫高、油壓低不保護停機,可能帶來事故,也不能保證供水。當然,保護停機的控製參數可適當加大,如燃油油位低保護停機,可以在油箱全空才停機。
再次,對《消水規》 “消防水泵不應設置自動停泵的控製功能”的理解,個人認為是指消防係統的控製功能中不能出現“設置自動停泵的控製功能”,而不是產品本身不能自動保護停機。否則,電泵的短路保護,瞬時脫扣器動作導致電泵停電停泵,以及柴油泵超速斷路裝置動作停機停泵,都與《消水規》矛盾。滅火期間消防泵不能輕易停泵,是消防泵的目標,為實現目標可以犧牲消防泵,既不能實現目標又損壞消防泵的措施是不可取的,因此柴油泵應根據自身特點另行製定自動停泵保護要求。


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