丁寶華，楊愛新

(1.中海油石化工程有限公司,山東 濟(jì)南 250013; 2.濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250200)

0 引言

GB 50794—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[1]實(shí)施以來,越來越多建設(shè)地位于北方的工程中采用了干式消火栓系統(tǒng),并由此產(chǎn)生了一系列的問題。

干式消火栓系統(tǒng)在消防規(guī)范中早有介紹并在項(xiàng)目中應(yīng)用,但在電氣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖集中一直未曾提及,各類文獻(xiàn)中也很難找到有關(guān)干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案的介紹。進(jìn)行干式消火栓系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)時(shí),能夠參考的資料也只有文獻(xiàn)[2]第67頁中的“干式消火栓系統(tǒng)示意圖”,但該圖深度無法滿足電氣專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)的要求。另外,不同設(shè)計(jì)院、圖審機(jī)構(gòu)、驗(yàn)收部門、設(shè)備廠家對干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案也有著不同的理解,導(dǎo)致工程中干式消火栓系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)方案五花八門,有的甚至存在明顯的安全隱患。因此,找到一種合理、可靠且滿足規(guī)范要求的干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案勢在必行。

本文結(jié)合工程實(shí)例,對干式消火栓系統(tǒng)常見的電氣控制方案進(jìn)行了分析,并提出了一種新的解決方案。

1 干式消火栓系統(tǒng)介紹

顧名思義,濕式消火栓系統(tǒng)是指平時(shí)消防水管中充滿水的消火栓系統(tǒng),干式消火栓系統(tǒng)則指的是消防水管平時(shí)處于無水狀態(tài),發(fā)生火災(zāi)時(shí)打開設(shè)在進(jìn)水管上的閥門向消防水管內(nèi)充水,充水后干式消火栓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成濕式系統(tǒng)[3]。文獻(xiàn)[1]規(guī)定:“室內(nèi)環(huán)境溫度不低于4 ℃,且不高于70 ℃的場所,應(yīng)采用濕式消火栓系統(tǒng)”“室內(nèi)環(huán)境溫度低于4 ℃或高于70 ℃的場所,宜采用干式消火栓系統(tǒng)”。室內(nèi)環(huán)境溫度經(jīng)常低于4 ℃時(shí),需要考慮管內(nèi)一直充水會出現(xiàn)冰凍的危險(xiǎn),因此北方冬季無采暖的建筑物或敞開式廠房中常采用干式消火栓系統(tǒng)。

文獻(xiàn)[1]規(guī)定:干式消火栓系統(tǒng)的充水時(shí)間不應(yīng)大于5 min。設(shè)計(jì)時(shí)通常會在進(jìn)入建筑物前的供水干管上設(shè)置2個(gè)電磁閥或電動閥,電磁閥或電動閥設(shè)置在閥門井內(nèi),發(fā)生火災(zāi)時(shí)通過室內(nèi)消火栓按鈕開啟電磁閥或電動閥供水。因?yàn)殡姶砰y啟動時(shí)間短且價(jià)格便宜,而電動閥啟動時(shí)間長且價(jià)格較高,多數(shù)工程采用失電開啟型電磁閥(DC 24V/AC 24V),部分工程也會采用電動閥(AC 380V)。

2 電氣設(shè)計(jì)方案分析

在項(xiàng)目提資階段,消防專業(yè)給電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)條件通常較為簡單。一般要求如下:“消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管上設(shè)置快開式電磁閥(DC 24V),電磁閥采用失電開啟型;在室內(nèi)消火栓箱處設(shè)置手動按鈕,平時(shí)室內(nèi)管網(wǎng)保持無水,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)通過室內(nèi)任一消火栓箱處的手動按鈕打開電磁閥供水?！币蛱豳Y階段無訂貨資料,消防專業(yè)無法給出電磁閥功率,也很難給出更詳細(xì)的控制要求。

本文將結(jié)合工程實(shí)例,對干式消火栓系統(tǒng)電氣控制方案按照有、無火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)分別來進(jìn)行分析。

2.1 無火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)時(shí)的干式消火栓系統(tǒng)

某工業(yè)廠房內(nèi)未設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng),項(xiàng)目建設(shè)地位于北方且無采暖,消防專業(yè)設(shè)置了干式消火栓系統(tǒng)并在進(jìn)水管上設(shè)置失電開啟型電磁閥。這種情況下,因?yàn)閺S房內(nèi)無火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),無法獲得DC 24V電源。電氣專業(yè)一般會建議電磁閥電壓選擇AC 24V,設(shè)計(jì)簡易接線方式如圖1所示。

圖1中,電磁閥采用AC 24V電源供電,現(xiàn)場設(shè)置1個(gè)電磁閥控制箱,將AC 220V電源送至控制箱,箱內(nèi)設(shè)置AC 220V/AC 24V變壓器為電磁閥供電。如圖1所示,將廠房內(nèi)所有消火栓箱處手動按鈕的常開接點(diǎn)(自保持)并聯(lián)后通過中間繼電器ZJ轉(zhuǎn)換為常閉接點(diǎn),然后與電磁閥供電回路串聯(lián)。正常狀態(tài)下,所有消火栓箱處手動按鈕接點(diǎn)均處于斷開狀態(tài),電磁閥處于得電關(guān)閉狀態(tài)?；馂?zāi)狀態(tài),按下廠房內(nèi)任一消火栓箱處手動按鈕,ZJ線圈得電,與電磁閥串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ斷開,電磁閥失電開啟,從而給室內(nèi)消火栓管網(wǎng)充水。

該方案中,需要按鈕提供一對無源常開接點(diǎn)(AC 24V),但大多數(shù)品牌消火栓按鈕只有一對DC 24V常開接點(diǎn)或者沒有常開接點(diǎn)。如采用圖1所示方案,將不能直接利用消火栓按鈕作為啟動電磁閥的按鈕,需要在每個(gè)消火栓箱處額外設(shè)置手動按鈕。

另有一種觀點(diǎn):將所有消火栓箱處手動按鈕的常閉接點(diǎn)(帶自鎖)首尾串聯(lián),然后接入電磁閥供電回路也可實(shí)現(xiàn)上述功能,無需增加中間繼電器,簡易接線方式見圖2。

圖2中手動按鈕采用常閉接點(diǎn)與電磁閥供電回路串聯(lián),當(dāng)按鈕接觸不良或所在線路斷線時(shí),電磁閥會誤動作,導(dǎo)致水管內(nèi)充滿水。如廠房內(nèi)消火栓箱數(shù)量較多,對應(yīng)設(shè)置手動按鈕數(shù)量較多,電磁閥誤動作的幾率將會顯著增加。

當(dāng)電磁閥電壓選用AC 220V,其他條件不變時(shí),上述圖1、圖2方案仍可采用,需注意按鈕、中間繼電器電壓也應(yīng)選擇AC 220V。此時(shí),直接采用AC 220V為電磁閥供電,其他接線方式同圖1、圖2?？紤]到電磁閥一般安裝于地下閥門井內(nèi),采用AC 24V更為安全,工程中一般推薦選擇AC 24V電磁閥。

2.2 有火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)時(shí)的干式消火栓系統(tǒng)

某工業(yè)廠房內(nèi)設(shè)置了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng),其他條件同2.1,這種情況下,一般電磁閥電壓選擇DC 24V。

2.2.1 常見做法及問題分析

常見做法為:在電磁閥附近設(shè)置一個(gè)模塊箱,模塊箱內(nèi)設(shè)有輸入輸出模塊,電磁供電和控制通過輸出模塊,信號反饋通過輸入模塊,所有消火栓按鈕均通過信號總線接入火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)。簡易接線如圖3所示。

本文分兩種情況對圖3方案進(jìn)行分析。

1)建筑物內(nèi)單獨(dú)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱時(shí),DC 24V電源通過電源箱直接引接。發(fā)生火災(zāi)時(shí),按下任一消火栓按鈕,消火栓按鈕信號通過總線反饋至火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)主機(jī),火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)以此為判據(jù)發(fā)出指令來實(shí)現(xiàn)電磁閥斷電開啟,理論上可實(shí)現(xiàn)按下消火栓按鈕直接開啟電磁閥的要求。另有觀點(diǎn)認(rèn)為:該接線方案屬于聯(lián)動控制,還應(yīng)增加通過硬接線將消火栓按鈕與電磁閥相連來直接控制電磁閥的開啟。

2)建筑物未單獨(dú)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱時(shí),DC 24V電源直接通過聯(lián)動電源總線接入。這種情況下未考慮電磁閥容量和電流的大小,電磁閥可能會無法供電而一直處于打開狀態(tài)。分析如下:

干式消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管以DN100以上居多,對應(yīng)設(shè)置的電磁閥功率一般在30 W以上,以電磁閥功率30 W為例,電流約為1.25 A。一般火災(zāi)報(bào)警控制器總線回路電流為200 mA,遠(yuǎn)小于電磁閥額定電流。因此,根本無法通過火災(zāi)報(bào)警電源總線為電磁閥供電。

上述方案(1)理論上可行,屬于有爭議的方案;方案(2)則屬于明顯的錯(cuò)誤方案。

2.2.2 建議解決方案及分析

1)項(xiàng)目情況介紹。本項(xiàng)目建設(shè)地位于山東省濰坊市,為一大型精細(xì)化工項(xiàng)目,其中10多個(gè)廠房/倉庫采用了干式消火栓系統(tǒng)。各廠房/倉庫內(nèi)均設(shè)置了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng),有部分廠房/倉庫未單獨(dú)設(shè)置聯(lián)動電源。

2)消防專業(yè)設(shè)計(jì)要求。每個(gè)廠房/倉庫的干式消火栓系統(tǒng)進(jìn)水管入戶處設(shè)置了2個(gè)失電開啟型電磁閥(DC 24V,32W),2個(gè)電磁閥分別位于建筑物兩側(cè)的閥門井內(nèi),要求消火栓箱內(nèi)設(shè)置消火栓按鈕,火災(zāi)時(shí)可通過任意一個(gè)消火栓按鈕均可同時(shí)啟動2個(gè)電磁閥供水。

3)電氣控制方案分析。

a.建筑物內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱。以成品車間為例,該建筑物共5層,正常環(huán)境,室內(nèi)共設(shè)置了25個(gè)消火栓按鈕,建筑物內(nèi)設(shè)置了單獨(dú)的火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱,可提供DC 24V電源。簡易接線如圖4所示。

該方案需專門設(shè)置1個(gè)電磁閥接線箱,消火栓按鈕與電磁閥之間的接線均通過接線箱,DC 24V中間繼電器ZJ1,ZJ2安裝在接線箱內(nèi)。

圖4(a)中,所有消火栓按鈕均通過信號總線接至火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)。圖4(b)中,將建筑物內(nèi)所有消火栓按鈕的常開接點(diǎn)并聯(lián)后通過中間繼電器ZJ1轉(zhuǎn)換為常閉接點(diǎn)與電磁閥供電回路串聯(lián);中間繼電器ZJ2線圈通過圖4(a)中I/O模塊供電,ZJ2的常閉接點(diǎn)也與電磁閥供電回路串聯(lián)。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),按下建筑物內(nèi)任一處的消火栓按鈕,該消火栓按鈕常閉接點(diǎn)閉合并自保持,中間繼電器ZJ1得電,與電磁閥供電回路串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ1斷開,電磁閥失電開啟,從而給室內(nèi)管網(wǎng)充水。同時(shí),該消火栓按鈕動作信號通過火災(zāi)報(bào)警總線反饋至火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)主機(jī),火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動斷開中間繼電器ZJ2電源,與電磁閥供電回路串聯(lián)的常閉接點(diǎn)ZJ2斷開,電磁閥失電開啟。

b.建筑物內(nèi)未設(shè)置火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱。以中間體車間為例,該建筑物共4層,為爆炸危險(xiǎn)2區(qū)環(huán)境,室內(nèi)共設(shè)置了72個(gè)消火栓按鈕,因火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)較少,故建筑物內(nèi)未設(shè)置單獨(dú)的火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動電源箱。此種情況下,電磁閥的供電可采取以下兩種方案:

方案1:在建筑物內(nèi)增加1個(gè)防爆型DC 24V電源箱為電磁閥供電,電源箱采用AC 220V輸入,DC 24V輸出,其他同圖4方案。

方案2:在附近正常環(huán)境的建筑物內(nèi)設(shè)置集中式DC 24V電源箱,同時(shí)為附近多個(gè)建筑物內(nèi)的干式消火栓系統(tǒng)提供DC 24V電源,其他同圖4方案。

4)線路電壓降計(jì)算。采用上述3)b.中的方案2時(shí),需要根據(jù)電磁閥功率、電纜截面、距離等計(jì)算線路電壓降,并以此來判斷電磁閥是否能夠正常工作。

以本項(xiàng)目中間體車間為例,DC 24V電磁閥為2個(gè),通過設(shè)在附近變配電室內(nèi)的集中式DC24V電源箱供電,電磁閥供電電源線選擇NH-KVV-2×4電纜,距離約為200 m。根據(jù)電磁閥廠家資料,電磁閥功率為32 W,正常工作電壓為DC 19.2 V～28.8 V,即電壓允許波動范圍為±20%。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要保證電磁閥端電壓不低于19.2 V,否則電磁閥將因?yàn)殡妷哼^低無法關(guān)閉一直處于打開狀態(tài)。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(第四版)》第861頁式9.4-1和式9.4-2:

絞入系數(shù)Cj=1,電阻溫度系數(shù)α=0.004,ρ20=0.017 2 (Ω·mm2)/m,實(shí)際工作溫度按θ=70 ℃。

導(dǎo)線溫度為70 ℃時(shí)的銅線芯電阻率ρ70=0.020 64 (Ω·mm2)/m[4]。

電壓損失百分?jǐn)?shù)計(jì)算公式(見式(1)):

(1)

其中,P為線路功率;L為線路長度;U為標(biāo)稱電壓;S為線路截面。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得式(2):

(2)

由式(2)計(jì)算結(jié)果22.93%>20%,可知無法滿足電磁閥正常工作電壓。可采取加大電纜截面、適當(dāng)提高DC 24V電源箱出口電壓等方法解決。本項(xiàng)目中將DC 24V電源箱出口電壓調(diào)整為DC 25V,由式(1)計(jì)算電壓損失百分?jǐn)?shù)約為21.14%,電磁閥端電壓約為19.72 V>19.2 V,滿足電磁閥正常工作電壓的要求。

3 結(jié)語

以上為作者結(jié)合電氣設(shè)計(jì)、消防驗(yàn)收過程中遇到的各種問題,對干式消火栓系統(tǒng)采用失電開啟型電磁閥時(shí)的電氣控制方案進(jìn)行了分析,并提出了自己的解決方案,供各位電氣設(shè)計(jì)同行參考。實(shí)際工程中當(dāng)遇到干式消火栓系統(tǒng)中采用雨淋閥或電動閥時(shí),電氣專業(yè)可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)。