消防稳压水罐计算

消防稳压水罐计算
消防系统中稳压水罐的容积和运行
参数应如何计算
摘要2014年10月1日，《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）正式实施，此次颁布实施的规范对消防稳压水罐提出新的要求，现在对消防稳压水罐的选型不同于以前。

结合其他现行规范，阐述消防系统中稳压水罐的容积和运行参数应如何计算。

关键词消防稳压水罐；隔膜式气压水罐；临时高压消防给水系统Calculation of voltage stabilizing tank fire
How to calculate the volume and operation parameters of stabilizing tank
in fire control system
Abstract《Technical code for fire protection water supply and hydrant systems》（GB50974-2014）formally implemented in October 1,2014.The promulgation of the standard put forward new requirements for voltage stabilizing tank fire.The selection of voltage stabilizing tank on fire now is different from the bined with other current specifications, expounds the volume and operation parameters of the pressure stabilizing tank in fire control system should be how to calculate.
Key words voltage stabilizing tank fire；Diaphragm pneumatic tank；fire protection water supply system of temporary high pressure.
0 引言
在火灾发生时，消防系统对人类生命及财产安全起到至关重要的作用。

目前大多数工程采用临时高压消防给水系统，增压稳压设备为该系统中不可缺少的组成部分。

本文将对增压稳压设备中稳压水罐的容积和运行参数应如何计算，做简短阐述。

本文以隔膜式消防稳压水罐示例。

1 计算原理
本文计算过程中主要依据玻意耳定律（玻—马定律），PV=nRT；当n、T一定时 V、P成反比。

根据玻—马定律，可推知气压罐在不同充水量的状态时，气压罐内空气体积和罐内压强的关系。

将规范要求作为已知条件或是限定条件，代入到计算过程中，最终可得到气压罐满足要求时的运行状态以及运行参数。

2 消防气压水罐容积计算
2.1 计算前设定所需的参数
2.1.1 q h——稳压泵设计流量
稳压泵流量可根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014（以下简称《消规》）5.3.2条计算：
《消规》5.3.2条内容为：“1.稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄露量和系统自动启动流量；2.消防给水系统管网的正常泄漏量应根据管道材质、接口形式等确定，当没有管网泄漏量数据时，稳压泵的设计流量宜按消防给水设计流量的1%~3%计，且不宜小于1L/s；3.消防给水系统所采用报警阀压力开关等自动启动
流量应根据产品确定。

”根据以上要求计算稳压泵流量，单位为m 3/h 。

2.1.2 V s1——通过稳压泵设计流量计算所需消防气压罐的稳压水容积（此值区别于2.1.3中稳压水容积V s ）
《消规》5.3.4“设置稳压泵的临时高压消防给水系统应设置防止稳压泵频繁启停的技术措施，当采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h 计算确定”
V s1=n
cq h
4 2.1.1
V s1 通过稳压泵设计流量计算所需消防气压罐的稳压水容积（m 3）；
q h 稳压泵的计算流量（m 3/h ）； c 安全系数（宜采用1.0~1.3）； n 水泵在一小时内启动次数。

将q h 值带入式2.1.1可计算出V s1值，V s1为已知数。

2.1.3 气压罐工作状态时的运行参数
P 1——稳压罐保持系统最不利点处水灭火设施在准工作状态的最低静水压力（表压），
P 2——稳压罐压力降至系统自动启泵时的压力（表压）， P s1——稳压泵启泵压力（表压）， P s2——稳压泵停泵压力（表压）。

右图2.1为隔膜式气压水罐示意图： V x ——消防贮水容积
V ap ——缓冲水容积 V s ——稳压水容积
V 效——隔膜式气压水罐总有效容积 V 总——隔膜式气压罐总容积
β——气压水罐的容积系数，隔膜式气压水罐β取1.05
α——气压水罐的工作压力比，宜在0.5～0.9范围内取值。

2.2 计算 2.2.1计算过程：
先选择气压水罐型号，可将气压水罐容积做为已知量，利用玻意耳定律，推导出气压水罐运行参数P 1、P 2、P S1、P S2、α值。

2.2.2 计算：
V 总
=βV
效
2.2.1
根据玻意耳定律（玻—马定律），当n 、T 一定时 V 、P 成反比，则有：
（P 1+0.098）V 效=（P 2+0.098）（V 效－V x ） 整理得: P 2=
x
效效
V －V V (P 1+0.098）－0.098 2.2.2
注：本次计算中压力值单位均为MPa 。

《消规》5.3.4“有效储水容积不宜小于150L ”，计算时可指定V x 值，P 1值跟据工程计算得到，V 效通过式2.2.1计算得到，将以上值带入式2.2.2中，可得到P 2值。

根据《消规》5.3.3.2“稳压泵的设计压力应保持系统自动启泵
图2.1 隔膜式气压罐
压力设置点处的压力在准工作状态时大于系统设置自动启泵压力值，
且增加值宜为0.07MPa~0.10MPa”。

增加值用ΔPo表示，则有:
P S1=P2+ΔPo 2.2.3
注：ΔPo宜为0.07MPa~0.10MPa，已满足《气压给水设计规范》
（CECS 76:95）4.3.9“缓冲水容积下限水位压力P s1与贮水容积上限
水位压力P2的压差ΔP，一般可取0.02MPa”的要求。

根据《气压给水设计规范》（CECS 76:95）4.3.10“稳压水容积
上、下水位的压力差ΔPs应不小于0.05MPa”。

则有：
P S2=P s1+ΔPs 2.2.4
工作压力比：
α=（P1+0.098）/（P S2+0.098） 2.2.5
2.3校核
2.3.1校核内容：
（1）《消规》5.3.4“设置稳压泵的临时高压消防给水系统应设
置防止稳压泵频繁启停的技术措施，当采用气压水罐时，其调节容积
应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h计算确定……”
即：V s≥V s1（V s1在式2.1.1中已求出）
（2）《气压给水设计规范》（CECS 76:95）4.3.6.4“稳压水容
积不得少于50L”
即：V s≥50L
校核V s 值，满足（1）（2)条要求。

由于，通过稳压泵设计流量计算所需消防气压罐的稳压水容积V s1时，按照启泵极限次数15次/h ，安全系数最小1.0时，稳压泵最小流量3.6m 3/h （1L/s ），计算得最小V s1=
15
46
.30.1⨯⨯=0.06m 3=60L>50L/s ，即满足（1)条时，已经满足（2)条。

所以校核V s 是否大于V s1。

2.3.2计算稳压水容积V s （区别于2.1.2中的V s1） 通过玻意耳定律（玻—马定律），可推出：
（P 1+0.098）V 效 =（P 2+0.098）（V 效－V x ） =（P s1+0.098）（V 效－V x －V ap ）
=（P s2+0.098）（V 效－V x －V ap －V s ） 2.3.1 整理后，可得：
V s =（P 1+0.098）V 效 （
0.098+Ps11－0.098
+Ps21
） 2.3.2
将式2.2.2、2.2.3、2.2.4带入2.3.2，得： V s =（P 1+0.098）V 效 （
ΔPo
0.098+P V －V V 1
1x
+）（效效－
ΔPs
ΔPo 0.098+P V －V V 1
1x
++）（效效
） 2.3.3
初次计算时，V x 取0.15m 3，ΔPo 取0.07MPa ，ΔPs 取0.05MPa ，得出V s 值。

注：V x 、ΔPo 根据规范要求取值，ΔPs 初次计算时取下限，此后校核时，将逐渐增加此值。

2.3.3校核
当V s<V s1，应增大ΔPs值，重新带入式2.3.3进行校核。

若V s 仍然小于V s1，继续增大ΔPs值，重复以上步骤，直至V s≥V s1。

通过式2.2.5求得α值，校核α值此时是否在0.5~0.9之间，若不满足，应选择更大容积的气压水罐。

2.4 结果
通过调试，满足校核后，此时得到的参数，即为气压罐满足消防要求时的运行参数。

3 举例分析
以某一生产厂家提供的产品型号做为参考：
气压罐型号对照表
3.1 举例一
某一工程消火栓系统采用临时高压消火栓系统，增压稳压设备采用上置式，设置在屋顶消防水箱间内。

采用隔膜式增压稳压水罐。

通过分析计算，P1值为0.15MPa，q h 值为1L/s，V s1值为66L。

由于计算量大，且重复性高，适合于计算机来完成。

利用VB软件将以上计算和校核过程编写为一个计算软件，软件在校核时，设定ΔPs值每次增加0.0005MPa。

以下为计算结果：
（1）总容积为：0.838 m3时（即型号为SQ800）
气压罐选用型号SQL800-0.6MPa。

（2）总容积为：1.440 m3时（即型号为SQ1000）
选用型号SQL1000-0.6MPa。

不再演示型号：SQ1200的气压罐的运行参数。

根据以上参数，选用型号SQL800-0.6MPa即可，此时满足要求，又比较经济合理。

3.2 举例二
某一工程消火栓系统采用临时高压消火栓系统，增压稳压设备采用下置式，设置在地下消防泵房内。

采用隔膜式增压稳压水罐。

通过分析计算，P1值为 1.1MPa，q h 值为1.2L/s，V s1值为79.2L。

计算结果：
（1）总容积为：0.838 m3时（即型号为SQ800）
此时P s2大于设备最大工作压，该型号不能满足要求。

（2）总容积为：1.44 m3时（即型号为SQ1000）
选用型号SQL1000-1.5MPa。

（3）总容积为：2.488 m3时（即型号为SQ1200）
选用型号SQL1200-1.5MPa。

该工程可根据实际情况，选择型号SQL1000-1.5MPa或SQL1200-1.5MPa。

4 小结
“《气压给水设计规范》4.3.10条：稳压水容积上、下水位的压力差ΔPs应不小于0.05MPa”和“《消规》5.3.4条：设置稳压泵的临时高压消防给水系统应设置防止稳压泵频繁启停的技术措施，当采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵启泵次数不大于15次/h 计算确定……”此两条规定都是对气压罐稳压水容积提出限定条件，即气压罐应同时满足以上两个条件。

本文在计算过程中先满足前者要求，然后将后者作为校核内容，通过校核最终达到两个条件均满足。

规范对气压罐的其他要求均作为限定条件，已代入到计算过程中。

从而最终计算结果即为所需气压罐的型号和其运行参数。

参考文献
[1]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014
[2]《气压给水设计规范》CECS 76:95。