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通常,管道工程师关心的是另一种类型的冲洗。在之前发表的一篇专栏文章中,详细讨论了正确冲洗地下消防水管的原因和好处(“地下加压消防环形供应管道的冲洗”,2022年5月,https://bit.ly/3oOBaVE)。
在本专栏中,我们将在上一篇文章的基础上,讨论如何制定强有力的冲洗计划,并回顾几个如何充分冲洗消防水管的示例程序。我们不仅探讨了冲洗的最低代码要求,还重点介绍了行业最佳实践。
制订冲厕计划
冲洗过程的最佳执行始于周密的计划。冲洗计划应包括如何冲洗装置中每一段新铺设的地下管道。因此,冲洗计划可能相对简单,也可能异常复杂。
根据我们的经验,冲水计划最好在附有注释的消防现场平面图或民用公用事业平面图上提出,说明每次冲水操作的顺序和要求(如果不止一次)。该计划还应说明地上冲洗出口设备以及如何控制冲洗流量。
冲洗计划应考虑以下因素:
1.管道段的标识及其冲洗顺序。对于直接安装,整个新铺设的管道是从现有主管道到消防引线的服务分支,识别很简单。
然而,对于更大的、校园范围的、由多个消防泵供电的环形私人消防管道,制定一个最小化水流量的计划是至关重要的。
这项分析应确定冲厕水将流经的地上冲厕出口。分析还应该确定管网上的哪些分段阀应该关闭或打开,以便在单一方向上隔离100%的冲洗流量,以达到所需的速度。
坚固的计划将减少加倍或重新冲洗先前冲洗过的管段的数量。例如,如果按一定顺序冲洗几个管段,随后的冲洗将导致潜在的碎片移动到已经冲洗过的管道部分,那么已经冲洗过的部分将需要再次冲洗以清除任何碎片。几乎在每一种情况下,都有一个最佳的冲洗顺序来最小化返工。
一些冲洗顺序的存在可能只是为了将任何碎屑“推”到管道的更大的环形部分,以便在后续操作中冲洗。这是一种常见的方法,可以最大限度地减少返工。
2.代码要求的冲洗速度和流量。这是一个很大的领域,典型的地下管道冲洗程序达不到采用标准的要求。
地下管道的适当冲洗是水流速度和水流持续时间的函数。冲洗的常见工业做法是在地面上的连接点连接一或两个软管,冲洗地下管道,直到它“良好”和清晰。不幸的是,这种方法不允许承包商自信地记录冲洗速度,因此,确认其符合适用的标准。
NFPA 13,自动喷水灭火系统安装标准,2019年版。§6.10.2.1.3 (NFPA 13 2016版。§10.10.2.1.3)规定了管道流速为10英尺/秒所需的最小流量。当冲洗时,在管网中发展这种高速对于清洁管道和将异物提升到地面上的冲洗点是必要的。
当管道段供应消防泵时,所需的最小流速增加。NFPA 20,消防用固定泵安装标准,2019年版。§14.1.1 (NFPA 20 2016版§14.1.1),要求在更高的流速下进行冲洗,流速约为15英尺/秒。消防泵吸入管路管路要求以较高的流速冲洗,以确保石头、淤泥和其他杂物不会进入泵或消防系统。
然而,人们意识到NFPA 20所要求的流量可能无法从市政供水中获得。在这些情况下,NFPA 20§14.1.1.3允许冲洗流量等于或大于连接消防泵额定流量的150%,该流量应小于达到15英尺/秒所需的表流量(见表1)。
如供水系统亦不能提供该较小流量,则冲洗流量须为所连接的消防泵额定流量的100%或消防系统所需的最大流量中较大者。
表1:常见管道通径所需的冲洗流量
10到15英尺/秒
公称管径(英寸) |
冲洗体积10英尺/秒(gpm) |
冲洗体积15英尺/秒(gpm) |
4 |
390 |
590 |
6 |
880 |
1320年 |
8 |
1560年 |
2350年 |
10 |
2440年 |
3670年 |
12 |
3520年 |
5290年 |
3.每个管段的最短冲洗时间。这是另一个很大的领域,不仅典型的冲洗程序不足,而且规范和标准只提供主观要求。
NFPA 13, 2019年版§6.10.2.1.2 (NFPA 13 2016年版§10.10.2.1.2)只要求继续冲洗操作,直到水流被证实清除了碎屑。虽然这不是一个非常明确的方向,但我们已经制定了建议指南供您考虑。
想象一下,一段水在管道网络中流动。当这段水以给定的速度流过管道时,它将开始带走管道中存在的任何一定大小的残余碎片。水流的速度越高,它能输送的碎片就越大。这就是NFPA 13和NFPA 20冲洗速度要求背后的基本原理。意识到所有通过管道的水都在冲刷碎片,人们可以看到这是一个多么有效的方法。
如果水以每秒10英尺的速度流过一条3000英尺长的水管,那么第一加仑的水需要5分钟才能流过整个管道。通过在一段时间内进行数十次系统冲洗,观察到2倍的安全系数足以验证碎屑是否从管网中冲洗出来。因此,对于3000英尺长的水管,合理的目标冲洗时间为10分钟。
只有少数几次(在数百次中)我们观察到超出目标持续时间的碎片排放。在这些罕见的情况下,碎片的数量很大,在最后一个物体排出后,冲洗作业继续进行了额外的目标持续时间。
4.冲洗设备注意事项。虽然这通常是洒水器和地下承包商的责任,但重要的是要考虑如何将水从系统中冲洗出来。
当冲入喷头时,所需的流量会产生难以置信的反作用力,如果不加以控制,可能会造成严重的安全隐患。典型的冲洗组件要么直接连接到引线上,要么连接到消防喷淋歧管的末端,并通过最近的门从外部排出。
通常使用重型现场工作机械(如叉车)来约束冲洗装置的排放端,以提供反作用力,以抵消冲洗6英寸和8英寸管道中的高流量所产生的射流力。在许多其他情况下,在冲洗端放置一个三通接头,以分散冲洗水及其产生的力(参见上面的图1)。
无论使用何种配置,在配置临时冲洗设备时都应格外小心,以减少不安全状况的可能性。
现场冲洗程序:确定可用的供水
一旦制定了强有力的冲洗计划,并与所有有关方面进行了审查,就可以执行冲洗程序。冲洗操作应涉及消防工程师、总承包商、土木工程承包商、消防洒水车承包商、景观承包商和场地铺设承包商。
在设计消防系统时,NFPA 13要求进行消火栓流量测试,以确定给定供水的可用水量,压力和相应的水力性能。
在设计早期确定可用供水量的相同程序也应用于通过按照下列规定进行的一天的水流试验来确定可用供水量NFPA 291,消火栓水流测试和标记推荐实施规程。所得数据应用于估计每次冲洗操作的水流量。
流量测试的高级总结如下:
•首先,在管网起点附近放置静/残余(S/R)压力表,并记录静压力。最好将这种压力表安装在防回流阀的入口一侧,这样您就可以看到公共供水系统的波动。否则,它通常放在消防栓上。
•然后,您可以使用皮托管测量管网上最近的下游专用消火栓的流量,同时记录S/R表上显示的残余压力。
•在对数曲纸(N1.85刻度)上,画出零流量时的静压和观察流量时的残余压力。在两个压力之间画一条直线,并外推到0 psi,就得到了一个水力曲线。
一旦已知了可用的水供应,就可以评估从测试计划中获得所需流量所需的剩余压力。
当与剩余压力表处的观察者通信时,对地上冲洗出口的控制阀进行节流,直到S/R压力表提供所需流量的相应剩余压力读数。如果能够监测防回流阀上的压力表,则可以验证公共水管上的压力不会低于管辖范围内的最小允许压力(通常为20psi)。
如果压力开始下降,接近最小允许压力,则可以相应地对防回流阀隔离控制阀中的一个进行节流。
只有在达到这个压力后,才应该开始计时由测试计划确定的冲洗时间。在冲洗过程中,观察冲洗出口是否有相当大的碎屑已从管网中清除。一旦冲洗时间过去,并且最近没有观察到任何相当大的碎片,关闭控制阀。完成管道段的冲洗。
冲洗例子:市政供水
例如,假设我们被指派冲洗一段1000英尺长的10英寸管道,该管道为一排自动消防喷淋立管提供水。使用上述程序,在冲洗之前进行一天的流量测试。当消火栓流量为1875加仑/分钟(gpm)时,静压力为80 psi,残余压力为60 psi。
如图2所示,在N1.85刻度图上线性绘制这些点,并将线外推到0 psi,可以从理论上了解曲线上任何压力下的可用流量。这个水力曲线是用来确定正确冲洗系统所需流量的目标残余压力的。
正如我们从制定冲洗计划中所知道的,NFPA 13 2019版,表6.10.2.1.3需要2440 gpm才能以10英尺/秒的速度冲洗10英寸的管道。通过分析当天的消火栓流量测试曲线,我们可以看到,在大约48 psi的残余压力下,我们可以实现2440 gpm的流量。这成为我们在冲洗操作期间监测的目标压力。
为了确定持续时间,我们知道以10英尺/秒的速度穿过1000英尺的管道,第一加仑将穿过1000英尺的管道
1分40秒。应用2倍的安全系数将建立3分20秒的冲洗持续时间,我们将四舍五入到最接近的整分钟,目标冲洗持续时间为4分钟。
现在,如果,在这个例子中,1000英尺的10英寸管道提供了一个2000gpm的消防泵,这就改变了一些事情。我们现在将其作为消防泵吸入管道进行评估,并要求根据NFPA 20对管道进行冲洗。
然而,根据NFPA 20(2019年版)表14.1.1.1,要达到15英尺/秒的速度,我们需要3670 gpm的流量,这将导致主水管中的残余压力降至20 psi以下,这通常是大多数人允许的最小残余压力
司法管辖区。
因此,计划是冲洗流量等于连接的消防泵额定流量的150%。对于每分钟2000加仑的消防泵,这等于每分钟3000加仑。回顾我们当天的流量测试曲线,我们观察到,对于所需的3,000 gpm流量,我们的目标残余压力将是32 psi,我们将其建立为冲洗操作的目标压力。
冲厕私人消防总水管的考虑
当提供消防泵并供应私人消防总管时,过程类似。但是,我们没有进行一天的消火栓流量试验来确定可用供水,而是使用消防泵最终验收试验曲线产生的水力曲线。另外,消防泵流量表用于监测目标压力,并在消防泵流量控制阀处调节流量,而不是观察消火栓上的S/R表。
除非另一个消防泵位于消防泵的下游,向专用消防总管提供压力,否则消防泵下游的管道只需要以10英尺/秒的流速冲洗。通常使用消防泵可以达到所需的流量,没有任何问题。
伴随着私人消防管道的挑战通常围绕着冲洗一个循环系统。以大型仓库的专用消防总管为例,我们将观察到环形的消防总管为建筑物提供多个消防水入口,以及消防栓的侧向。
理想的冲洗方法是执行顺时针(CW)循环冲洗,然后执行逆时针(CCW)循环冲洗,在之前冲洗的段上重叠一个引入线。连续水冲洗所选择的引线通常是离消防泵最远的引线,这样就可以在一次冲洗操作中冲洗大部分的消防回路,根据连续水冲洗回路的长度,时间可能会持续7到14分钟。
此外,使用CCW进行后续处理,可以在另一次操作中冲洗循环的剩余部分,时间在7到14分钟之间,具体取决于时间长短。
正确应用地下冲洗要求和工程判断,多次取得了丰硕的冲洗作业成果。制定一个计划,在适当的持续时间内促进所需的流量,将导致系统成功冲洗,并减轻潜在的系统损害。
Zach Ataiyan, PE,注册专业工程师(消防)。他自2014年以来一直在消防工程行业工作,是Harrington Group的首席消防工程师。James W. Tuten,自1988年以来一直在消防行业工作。Tuten是一名注册工程技术人员,持有NICET四级认证自动喷水灭火系统。