高層民用建筑消防管路減壓閥

                             高層民用建筑消防管路減壓閥

                                上海申弘閥門有限公司

之前介紹高壓管路氮氣減壓閥組協調工作，現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,所以其設計更應遵循“預防為主，防消結合”的設計理念，提高建筑的自防自救能力，采取可靠的防火措施，消防設計做到安全適用、技術、經濟合理。

高層民用建筑消防管路減壓閥消防給水系統設計時應考慮的規范要求設計要點：①根據《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-95)(2005年版)第7.4.6.5條規定，消火栓栓口的靜水壓力不應大于1.00MPa,當大于此值時，應采取分區給水系統。消火栓栓口的出水壓力大于0.5MPa時，應采取減壓措施。②根據《消防給水及消火栓系統技術規范》(2011年征求意見稿)第4.3.2.3條規定，消防給水系統任何時間和地點系統的壓力不宜超過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（轉換層）避難層，避難層內設有空調室外機機房、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，所以消防滅火必須立足于自救，因而消防供水設計的安全可靠性就變得尤為重要。本工程設有室內外消火栓系統、自動噴水系統、氣體滅火系統等。根據《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-95)(2005年版)及《自動噴水滅火系統設計規范》(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,并依靠介質本身的能量控制與調節系統的調節，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保持恒定的自動閥門。

管道減壓閥結構分類
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥根據減壓原理和結構型式的不同，減壓閥可分為比例式減壓閥和可調式減壓閥。其中：比例式減壓閥，是依據其閥腔內減壓活塞進出口兩端感應面積的差異，實現進、出口壓力成一定比例關系的減壓閥，依據進口壓力設定出口壓力；可調式減壓閥，是根據水力差動控制原理或水力先導控制（由減壓先導閥控制主閥）原理，以出口壓力的設定值為準，自動調節閥瓣的開啟度和流量，實現出口壓力的減壓和穩定，并與進口壓力的關聯度較小，可通過彈簧調節裝置，對減壓閥出口壓力進行有效調整。
    減壓閥是通過調節，講進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質本身的能量，使出口壓力自動保持穩定的閥門。從流體力學的觀點看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節流元件，即通過改變節流面積，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。然后依靠控制與調節系統的調節，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保持恒定。

減壓閥的基本性能
    (1) 調壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力 P2 的可調范圍，在此范圍內要求達到規定的精度。調壓范圍主要與調壓彈簧的剛度有關。
    (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適用，超出范圍應更換彈簧。
    3.在介質工作溫度比較高的場合，一般選用先導式活塞式減壓閥或先導式波紋管減壓閥。
    4.介質為空氣或水（液體）的場合，一般宜選用直接作用薄膜式減壓閥或先導式薄膜式減壓閥。
    5.介質為蒸汽的場合，宜選用先導活塞式減壓閥或先導波紋管式減壓閥。
    6.為了操作、調整和維修的方便，減壓閥一般應安裝在水平管道上。

設計選用 
    1 基本規定;
    2 給水系統減壓方式的選擇和減壓閥設置;
    3 給水系統減壓閥的選型與設計參數確定;
    4 消防給水系統減壓方式的選擇和減壓閥設置;
    5 熱水系統給水方式的選擇和減壓閥設置;
    6 管道直飲水系統減壓方式的選擇和減壓閥設置;
 
（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計要求的前提下，按照并聯分區供水、減壓閥減壓分區供水、串聯分區供水等不同的消防供水方式，分析各類消防給水系統的優缺點和適用范圍。
A、并聯分區給水系統：
本工程按照此系統可分為高、中、低三個區。其中，地下二層～十三層為低區，十四～二十三層為中區，二十四層以上為高區。低、中區消防給水由設于地下二層低區消火栓給水泵組供給；高區消防給水由設于地下二層高區消火栓給水泵組供給；高區消火栓系統的穩壓依靠屋頂消防水箱間的穩壓設備確保；中、低區消火栓系統的穩壓依靠屋頂消防水箱靜水壓力確保。系統設置如附圖1所示。
并聯分區供水方式在一百多米的超高層建筑消防供水中應用較為廣泛，系統將供水設施集中放置在地下設備房內，各區獨立運行，確保各分區的消防供水要求。
本系統各分區系統簡化、互不影響，運行和管理操作簡單，便于系統維護。考慮水泵揚程的局限性和系統的承壓能力，結合規范對系統壓力不宜超過2.4Mpa的要求，本系統不適合應用于建筑高度超過180米的超高層建筑。

B、減壓閥減壓分區給水系統：
減壓閥減壓分區是指通過比例式減壓閥或可調式減壓閥按照規范要求的系統壓力限值，將系統分成若干個分區供水的系統。本工程按照此系統分為高、中、低三個區，其中地下二層～十三層為低區，十四～二十四層為中區，二十五層以上為高區，各分區均由設于地下二層消防泵房內的兩臺消防水泵組統一供水，其中低區和中區通過減壓閥減壓后供給。系統設置如附圖2所示。
該方案設計時應注意：減壓閥設置應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，提高系統的安全性，設計中宜在減壓閥前后兩側均增設壓力傳感器，實時監控減壓閥的工作情況。
與并聯供水設計方案相比，此方案是在并聯方案的基礎上，通過分別在中、低區分別增設一套比例減壓閥組并減少一組消防供水泵組來實現。此方案構成簡潔明了，減少了各分區的獨立供水設備，大大降低了初始投資。但是由于低區和中區的供水壓力均通過減壓閥減壓來實現，因而減壓閥的可靠性就成為了系統安全與否的關鍵。同時，各個分區共用消防水泵供水，如果消防泵故障,將影響整個建筑消防給水系統安全使用。筆者認為，減壓閥分區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、串聯分區給水系統：
串聯分區供水是超高層建筑消防供水中常見的一種形式，系統結合避難層的設置將各區水泵分別串聯加壓，以滿足各分區的消防供水要求。本工程按照此系統可分為高、中、低三個區。地下二層～十三層為低區，十四～二十三層為中區，二十四層以上為高區。系統設置如附圖3所示減壓閥設置方式的確定應遵循下列原則
    1.主干管減壓應采用并聯減壓方式；
    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，宜采用串聯減壓方式；
    4.減壓閥氣蝕校核不合格時，應采用串聯減壓方式；
    5.超高層建筑，宜設置中間轉輸水箱進行垂向分區，分區內可采用串聯減壓、并聯減壓、單閥減壓等減壓方式。
    6.減壓分區的垂向距離：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，此方案增設了轉輸供水系統，因而系統構成相對比較復雜，火災時同時啟用的用電負荷較大，設備分散，前期投入和后期管理的要求較高。但該系統安全性較高，隨著消防設備性能近年來的逐步提高，串聯分區供

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