磁翻板液位计在应急消防中的应用

 

一、前言

       GB50016—2014《建筑设计防火规范》第8.44条：“设置临时高压给水系统的建筑应设置消防水箱（包括气压水罐、水塔、分区给水系统的分区水箱）”，消防水箱一般需要设置液位监控，比如磁翻板液位计侧装就地显示或者远程监控，“消防水箱应储水10min的消防用水量。”但是很多建筑由于建筑艺术要求（如圆形顶的大剧院）或建筑支撑强度不够（如钢结构厂房或仓库）等不能设置高位消防水箱，在这种情况下就选择应急消防气压给水设备。

 

       传统的应急消防气压给水设备的消防用水和压缩气体储存在同一个气压水罐内，其中压缩气体占用气压水罐2/3以上的容积，消防用水占用气压水罐容积不到1/3，利用压缩气体的膨胀把消防用水压进消防管网，用于应急消防。这种结构的应急消防设备的气压水罐的体积往往较大，有的甚至用两个或者更多的气压水罐组合才能满足要求，这样就大大增加了设备占用空间，从而增加了泵房的建设费用与产品运输和安装难度，而且从气压水罐压出的消防用水的压力持续下降，消防压力不稳定。这一技术难题给大量的工程消防泵房设计带来了很大的困难。

 

       应急消防气体顶压给水设备就是把传统应急消防气压给水设备的气压水罐中的压缩气体分离出来，利用波意尔定律和空气可压缩的特性将气体进行高倍压缩，单独储存在高压气瓶组内，不但气室的容积大幅度减小，而且实现了气水完全分离。再通过大流量气体减压装置减压后，与气压水罐联接。

 

二、应急消防气体顶压给水设备组成和工作原理

       应急消防气体顶压给水设备由气压水罐、稳压装置、集装装置、止气装置、磁翻板液位计液位监控和电控系统等组成。气压水罐中储存消防用水，气瓶组储存气体。设备运行时，稳压装置稳压，整个系统内维持一定的压力。当发生火情时，由弱电控制的顶压装置开起，把气瓶组储存的高压气体释放出来，经大流量减压装置减压到消防工作压力状态后，进入气压水罐，采用全置换顶压方式置换出气压水罐内的水，顶入消防管网，进行应急消防灭火。该产品的具体工作原理如图1所示，设备运行参数见表1。稳压泵或隔膜气压罐稳压泵工作时将水送至给水管网和气压水罐。由于系统泄漏等原因造成消防管网压力下降，当消防管网系统压力下降到设定稳压压力下限值SP 1时，稳压泵或隔膜气压罐稳压泵开始运行；当消防管网系统压力上升至稳压压力上限值SP 2时，稳压泵或隔膜气压罐稳压泵停止运行。如此周而复始，对消防官网进行稳压。

 

       当发生火情时，消防装置投运，稳压泵无法维持管网压力，当消防管网系统压力降至SP 3时或消防信号输入，顶压装置开起，集装装置储存的高压氮气经过减压器减压到设定的消防压力P后进入气压水罐，将气压水罐里的消防用水顶入消防管网，并向消防管网提供稳定压力P、持续10min的消防用水。当气压水罐中的液位下降到设定值SN 1时，止气装置关闭，防止气压水罐中的气体进入消防管网，该设备运行结束。

 

三、应急消防气体顶压给水设备采用的设计理论与关键技术

       应急消防气体顶压给水设备是根据目前消防气压给水设备产品的现状在理论和结构在以下几个方面进行创新。

1. 首次采用气、水分完全离方式

       在传统应急消防气压给水系列产品中首次采用气、水分完全离方式，如图2和图3所示。

 

       把传统应急消防气压给水设备的气压水罐中的压缩气体分离出来，利用波意尔定律和空气可压缩的特性将气体进行高倍压缩，单独储存在高压气瓶组内。一般情况下，应急消防气体顶压给水设备所配置的集装装置中的单个气瓶容积为40L，zui高充气压力为11MPa，不低于10MPa。如果消防压力为1.0MPa，应急消防用水为12m³，所需要的气瓶数量为：根据波意尔定律 

          P1V1=P 2V2 （1）

         式中 P 1——消防工作标准压力，即1.0MPa+0.1MPa； P 2——气瓶中的气体标准压力，即10MPa+ 0.1MPa； V1——设备工作完毕后的气体体积，即集装装置中气瓶组的总容积与气压水罐置换水容 积之和，12m³+40L·n =12000L+40L·n，其中n为气瓶数量；

 V2——集装装置中气瓶组的总容积，即40L·n。代入式（1）可得

 

（1.0MPa+0.1MPa）（40L·n+12000L）=40L·n（10MPa+0.1MPa） （2）

 

       经计算得 n≈36.67。由于10min消防应急用水12m³为zui小规定的水量，气瓶数量圆整后为n=40。

 

       由上述计算得出，应急消防气体顶压给水设备消防前的气室容积仅为传统的消防气压给水设备的气室容积的1/10，并且消防压力越小，气室的压缩比例越大。又由于传统的应急消防气压给水设备所需要的压缩气体占用气压水罐2/3以上的容积，从而得出应急消防气体顶压给水设备气压水罐的容积仅为传统的消防气压给水设备中的气压水罐的1/3，既减小了设备占用空间，又降低了气压水罐的运输和安装难度。

 

       磁翻板液位计在应急消防中起到的是液位测量监控和报警作用，应急消防气体顶压给水设备采用了稳压效果好、技术非常成熟的稳压泵与隔膜气压罐组合的稳压方式，代替了传统的应急消防气压给水设备通常采用空压机或补气泵和补气罐组合的稳压方式，实现了应急消防气体顶压给水设备稳压系统气、水完全分离。

 

2. 首次使用大流量气体减压技术

       大流量减压技术（见图4）在气体输配工业中应用广泛，技术已经成熟，但在消防气压给水产品中使用尚属首次。

 

       为了保证在消防压力状态下的消防水的流量，在气瓶组和顶压装置之间设置高压减压装置。从气瓶组释放出来的压缩气体经减压装置减压到消防压力后，再经顶压装置进入气压水罐，把气压水罐中的消防用水压进消防管网进行消防，并且为了保证设备消防用水的输出流量，气瓶组释放气体的流量必须大于消防用水的流量。因此，根据消防用水的输出流量，计算设备中气瓶组减压器或减压阀的口径和数量，选择合适输出气体流量的减压器或减压阀，以保证气体的流量能满足置换出消防用水的流量。

 

       目前在应急消防气体顶压给水设备集装装置气瓶组中的减压方式有两种，一种方式是把所有的气瓶出口串联起来，在气体汇流排管道上集中采用一组或多组减压器进行减压；另一种方式是在每个气瓶出口处安装一件减压阀进行减压。无论哪一种减压方式，都必须保障减压器或减压阀的总的气体输出流量。

 

3. 首次推出全置换顶压理念

       采用气、水分完全离的方式，把消防用水储存在气压水罐中，把置换消防用水所需的气体储存在高压气瓶内，在气瓶组和气压水罐之间设置顶压装置。顶压装置由控制柜文本控制器面板中设定的压力控制或消防中心的消防信号控制。当发生火情时，由于消防装置投运，稳压装置无法维持管网压力，当管网压力降到控制文本控制面板中设定的压力或有消防信号输入时，顶压装置开起，把气瓶内压缩气体释放出来，经过减压装置减压后，再经顶压装置进入气压水罐，把气压水罐中的消防用水从气压水罐中顶入消防管网，并向消防管网提供持续10min的消防用水。当气压水罐中的液位下降到设定的液位后，止气装置关闭，气压水罐内除很少一部分水外都充满气体，这就是全置换顶压理念。该产品由于应用了全置换顶压技术，不但大大减小了气压水罐的容积和气室空间，而且提高了产品的自动化控制技术程度，使产品运行更加可靠稳定、维护更简便。

 

4. 止气功能

       应急消防气顶顶压给水设备采用气体把气压水罐中的水顶入消防管网进行应急灭火，如果设备没有止气装置，气体在把气压水罐中的水全部顶出后就会进入消防管网，这是消防规范所禁止的。

 

       传统的应急消防气压给水设备采用在气压水罐出水口管道内设置浮球组合，气压水罐内消防用水即将排除的时候，浮球自动下降而落到密封面上，从而阻止气体进入消防管网。这种方式的止气装置在使用过程中经常出现泄漏、抖动等运行不可靠的现象。

 

       应急气体顶压给水设备的止气装置由气动蝶阀、旁通管路和气源管路组成（见图5），而气源由集装装置提供。气动蝶阀通过磁翻板液位计超低液位开关控制自动、快速关闭，从而防止气体进入消防管网。

 

5. 在强电源切断的情况下正常运行、起动

       在发生火情的时候，外强电源往往被切断，做为应急消防产品，必须保证在外强电源切断的情况下也要自动起动进行灭火。

 

       应急消防顶压给水设备控制柜（见图6）文本面板、PLC系统运行、消防过程中需要运行的顶压装置、止气装置、压力检测和液位检测等电源都是DC24V。该产品配套控制柜中设置一用一备蓄电池组，可为设备控制柜所需要的控制电力提供DC24V的电源，并且保证在强电源切断后蓄电池可提供90h的控制电力用电量，从而保证在发生火情的时候，强电源被切断的情况下，设备能自动起动进行消防。

 

四、结语

       应急消防气体顶压给水设备在应急消防气压给水产品中首次应用气水完全分离方式、大流量气体减压技术和全置换顶压理念等创新理念和技术，整个结构和工作流程在应急消防气压给水产品都属首次设计，节省空间，运行稳定、可靠，是一种能代替高位水箱的新型固定灭火产品。适用于一些不适合设置高位水箱，但又必须设置高位水箱的场所，如机场、剧院等，也可以完全代替传统的应急消防气压给水设备。