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自动灭火设置之十：喷淋管网的堵塞腐蚀检测及冲洗

刘植蓬 | 2024-01-04 17:18

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自动灭火设置之十：喷淋管网的堵塞腐蚀检测及冲洗

前言

笔者多次呼吁湿式喷淋系统中取消末端试水，改用前端试水［1］，但是，前端试水的情况，以及前端试水和末端试水的利弊，绝大部分技术人员均不了解，笔者认为需要全面深入分析，才能让更多同行接受这个观点。首先需要介绍喷淋管网的堵塞腐蚀检测及冲洗做法，这个内容，目前的相关教科书和规范存在空白，规范零星的几条规定也存在问题，本文专门分析介绍，可以指导施工及维保工作，更重要的是提高认识，在系统的设置及设计上，才能选择最合理的方案，同时推进行业的技术发展。

喷淋管网的冲洗要求、存在问题及建议

一直以来，各种规范强制要求消防给水与灭火设施中的供水管道及其他灭火剂输送管道，在安装后应进行强度试验、严密性试验和冲洗。与室内消火栓管网相比较，喷淋管网的冲洗尤其复杂，但《喷淋施规》对冲洗的做法要求内容很少，仅6.4节几条管控措施，而且还存在不少问题。

(1)冲洗流速、流量不应小于系统设计的水流流速、流量。

《喷淋施规》6.4.1条文解释，说明了水冲洗是防止系统堵塞、确保系统灭火效率的措施之一。原条文参照美国NFPA13标准规定的水冲洗的水流流速不宜小于3m/s及相应流量。据调查，在规范实施中，实际工程基本上没有按此要求操作，其主要原因是现场条件不允许，安装专门的冲洗供水系统难度较大；一般工程均按系统设计流量进行冲洗，按此条件冲洗清出杂物合格后的系统，是能确保系统在应用中供水管网畅通、不发生堵塞。

《设施规》2.0.6条文解释说冲洗是重要技术措施之一，有些不妥。目前的技术能力，管网冲洗是防止系统发生堵塞的唯一技术措施！不仅仅是重要技术措施之一，施工过程中及时封口减少物料进入管道的做法，也能够减少堵塞，但这是施工管理措施。施工中不可避免的，存在杂物进入管道内部的可能，经常出现石块、碎石屑、泥土、建材碎片、塑料瓶、纺织品，甚至还有安装工具遗留在管道内部，对于大体积的杂物，依靠冲洗时不能去除的，只能通过冲洗发现堵塞情况后，针对堵塞位置拆卸检查及去除。冲洗可以去除的杂物，最大方向直径小于15mm，才有从喷头接口冲出的可能。《喷淋施规》6.4.1的最大问题是，采用不小于系统设计流速、设计流量冲洗，实际上，现场基本上没有条件提供不小于设计流量的供水系统，即使能够提供，冲洗流速太小也基本上无效。

为何NFPA13要求最小3m/s的冲洗流速？原因是冲洗流速太小无法冲走管道中的杂物，尤其是立管上升水流。FM的研究结论，如果物体的密度和水流的速度已知，就可以确定在管道水流中向上移动的物体的大小。例如，如果水流速度为5.64英尺/秒（1.72米/秒），直径为2英寸（50毫米）的花岗岩可以在管道中向上移动，我国的大部分建筑为了控制层高，各楼层所有管线基本上在同一个标高范围敷设，管线交叉时，往往靠牺牲给水管的方式避让排水管、风管和电缆桥架等设施产生弯绕，弯绕时存在上升管段，需要足够的流速才能清除大部分堵塞碎片。

3m/s的冲洗流速是国外100多年喷淋历史经验的总结，而《喷淋施规》否定3m/s的理由仅仅是现场条件有限（没水冲洗），但要求按照设计流量冲洗，这不是自相矛盾吗？消防泵房水池可以提供冲洗流量，流量已经不小了，若是水池泵房尚未施工，是施工组织设计出问题，即使出问题，也有各种替补措施和解决这个问题的方法，一句话没有条件就把问题遗留到物管单位解决。殊不知施工安装过程才是最有条件冲洗的，若没有冲洗或有效冲洗，出现问题后在建筑使用期间冲洗才是真正的困难！

施工组织上，宜先将泵房水池提前完工并允许投入使用，或者使用施工现场的消火栓给水系统进行冲洗，而施工现场的消火栓给水系统设计流量，根据 GB50720-2011《建设工程施工现场消防安全技术规范》往往只有10~20L/s。也可以利用屋顶水箱存水冲洗，同时临时使用施工现场的消火栓给水系统补水；甚至利用消防车从室外消火栓（市政消火栓）吸水通过水泵接合器加压冲洗。

笔者曾经在现场施工，深深感受到各分包商团队的工作协调的困难，更不用说利用施工现场现有资源（分属于不同分包商），进行施工各项工作的困难，这种困难源于施工组织管理上的空白，若能把施工工作细则规定到施工规范内，会促进施工组织设计和管理的完善。

施工组织设计和管理上的问题，造成了开展冲洗工作的实际困难，也造成了整个行业大部分不做冲洗工序而被默许的理由，不执行强制性规范的施工工作（管理问题不谈），不是规范忽视可行性而将就无效冲洗的理由，只有规范明确且完善工作细则，才会促进施工组织设计和管理的完善，进一步促进强制性规范的落实。打个比方说，规定验收文件需要提供各管网分区冲洗工序的现场照片，包括位置（手机定位）、时间（用报纸证明）、出水水流情况等，可以有效抑制不执行强制性规范的问题。

(2)管网冲洗宜分区、分段进行；

按照系统设计流量冲洗，对于大面积的喷淋管网来说，摊到每根支管的流量少得可怜，起不到冲洗的作用。因此，规范要求管网冲洗宜分区、分段进行，但具体操作没有提供任何建议，包括管网设计，也从没结合冲洗方案进行设计，这是目前行业集体性问题。

强度试验后，管道大部分情况是封闭的，冲洗刚好能够充分利用这些条件，根据能够提供的最大冲洗流量，进行分段分区进行。首先是地下室干管，其次是立管及配水干管，以楼层控制阀（水流指示器前阀门）为界，将主管冲洗完毕后再冲洗楼层配水管网。每个楼层控制阀的配水管网规模大小不一致，有的一个楼层控制阀阀后管网服务面积达4000㎡,不可能全部同时冲洗，否则每根支管分配到的实际流量很小，不起作用。

配水管冲洗后方可冲洗配水支管，仅开启配水管末端封堵板或管帽（图1），将配水管中可能存在的大块杂物冲洗出来，冲洗完毕后重新安装管帽，避免大块杂物被水流带到支管卡住。

配水支管冲洗，建议按照每根支管冲洗流速3m进行分区冲洗，冲洗时打开支管末端管堵或最后一个下垂型喷头接口的管堵。假如是利用喷淋泵（40L/s）进行冲洗，低楼层可按150%的设计流量（60L/s），DN50支管3m/s的流速，流量约6L/s，每个冲洗周期最多冲洗10根支管，打开上述的支管上的末端管堵冲洗（图2）。如使用施工现场的消火栓给水系统（20L/s）为高楼层的喷淋管网冲洗时，则只有20L/s的冲洗流量，每次只能冲洗3根支管。利用屋顶水箱存水冲洗，流量可以增大，但很快造成水箱没水需要一段时间恢复水箱蓄水量，造成冲洗工作会中断，为避免等水时间过长，应允许使用施工现场的消火栓给水系统临时为水箱补水。使用屋顶水箱冲洗，低楼层可以直接重力供水，高楼层需要临时增设冲洗泵组加压。

图1冲洗流量60L/s时喷淋支管开启堵头位置和数量

根据冲洗方案，喷淋管网设计上需要同时满足冲洗的便利性，避免直接从配水管接出喷头，尽量采用长支管供水（图1中左侧支管）,减少每次冲洗开启的堵头数量，对于不得已在每根支管上需要产生多个设在悬臂管上的末端喷头，则应计算多个喷头处开启最小冲洗流量及最大管径冲洗流量并选其较大值，如图1中右侧支管A,开启3个堵头，每个堵头最小流量满足三段支管DN32的最小流速3m/s的流速，流量约2.8L/s，三个总流量8.4L/s，大于DN50的6L/s，按8.4；支管B,开启6个堵头，1个堵头按DN32计算（2.8L/s），其余5个堵头按DN25计算（1.6L/s），最终选10.8L/s；支管C、D分别开3个、2个DN25支管的堵头，冲洗流量4.8L/s、3.2L/s均小于满足DN50管段的冲洗流速，因此最小冲洗流量仍然是6L/s左右，经计算，图1中右侧支管冲洗时，一次允许冲洗9根支管，开启堵头19处。与左侧相比较，一次冲洗面积大大减小，且需要开启和安装堵头数量增大，增加了冲洗的工作量。

图2喷淋支管冲洗时拆开管堵出水

为方便冲洗，需要在配水管末端设置管帽或容易拆卸的封堵板，每根支管末端不采用弯头，宜采用三通并设置管堵（图2）；所有喷淋管网布置应便于冲洗，；网格系统需要在每根支管端头附近设置容易拆卸的连接短管（图3，来自NFPA25）。这些设置，不仅在喷头安装前方便冲洗，包括日后维保过程中冲洗管道也方便。

图3喷淋支管两个柔性连接直接间设容易拆卸的短接管

(3)水流方向应与灭火时管网的水流方向一致；

规定来源于NFPA13，原因是一般的冲洗直接采用市政水（无需设置消防泵的系统）、消防泵组加压冲洗，且NFPA没有环状干管（网格配水管网不是干管），也没有屋顶水箱，因此水流方向与灭火时管网的水流方向一致。但实际上这个规定只是大方向上的规定，在一些特殊情况也允许灵活运用。

我国的情况不同，水流方向应与灭火时管网的水流方向一致，在很多情况下反而做不到。一个是很多项目的施工进度没有有机结合，水池是土建总包商施工，喷淋是消防分包商施工，进度没有统一和关联，经常出现在喷淋冲洗工作期间，消防水池没有水，无法使用，导致冲洗手段只能是八仙过海各显神通。如水泵接合器，在国外是冲洗排水出口，冲洗时暂不安装止回阀或拆掉止回阀的阀瓣便可。在我国，完全可以利用水泵接合器作为冲洗用水的入口和接口，水流方向就没法与设计水量方向保持一致。对于采用屋顶水箱冲洗，水流方向与消防泵供水的水流方向也不一致。

(4)出入口处冲洗水的颜色、透明度基本一致时方可结束冲洗。

这个只是条件之一，还必须是冲洗直到水流不带出碎屑为止。

维保期间喷淋管网的堵塞分析

在冲洗过程中，可以发现喷淋管网的堵塞和腐蚀，堵塞造成末端管口出水量小，腐蚀造成出水颜色有异，但施工阶段腐蚀情况较少见，除非是烂尾楼。

施工过程中存在的堵塞和腐蚀问题，应在方便冲洗和拆卸的施工期间处理，不能遗留到建筑使用期间，建筑使用期间已经很难再冲洗和拆卸，这在工作将导致建筑停用、装修及建筑使用设施遭受到破坏。但并非是竣工前严格控制冲洗工作，以后的喷淋管网就永远不会堵塞和腐蚀，实际上，一定时间后，管网同样会出现管垢造成堵塞情况以及腐蚀情况，管垢的产生主要存在下述几种来源：

(1)水源杂质进入。

进水管没有设置过滤器或过滤不充分时，水源中含有的物质也会进入管网并沉积。国内的项目由于设置了屋顶消防水箱，这种情况比国外不设屋顶水箱的系统更加严重，尤其是国内采用末端试水，不断更新整个管网内的储水，造成更多的杂质进入管网。这也是笔者近30年的设计一直坚持在报警阀前设置过滤器的原因之一（且一直呼吁取消吸水管过滤器）。

(2)生物生长。

当采用天然水源、露天消防水池供水和补水时，一些生物（如蛤类）在幼虫阶段或还很小的时候进入管网，附着在管道上并以通过的微生物或藻类为食，由于食物少且缺乏阳光，生长过程极其缓慢，但时间长了也逐渐长大，产生堵塞。这种情况在我国大部分项目中产生情况较少，但也不是没有。尤其是那些利用山顶水库供水的消防系统。另一种生物生长产生沉积物的情况是微生物腐蚀（MIC），管道中最常见的生物生长是由微生物（包括细菌和真菌）形成的。这些微生物产生含有多种微生物的菌落（也称为生物菌落、粘液）。在湿式和干式系统中，润湿管道的表面都会形成菌落。微生物还将铁、锰和各种盐沉积到管道表面，形成离散沉积物。这些沉积物会移动集中在下垂型喷头等处造成堵塞。

当采用末端试水时，不断更新整个管网内的储水，造成更多的生物和食物进入管网，为生物生长提供条件。

(3)碳酸钙沉积物。

在北方、西北地区，由于自来水硬度高，容易造成碳酸钙在给水管内沉淀积累，尤其是管道经过高温场所，如厨房、玻璃顶附近管道，容易析出碳酸钙。另外，国外的研究表明，碳酸钙水垢的形成往往发生在电化学反应较大的位置，如铜质喷头与钢管连接处，而且下垂型喷头更容易被碳酸钙沉积物覆盖和堵塞。但硬水中的钙、镁离子产生水垢沉积后也降低浓度，不容易继续产生沉积水垢，当采用末端试水时，不断更新整个管网内的储水，造成更多的硬水进入管网，源源不断地提供为钙、镁离子。

(4)锈蚀产生杂质。

镀锌钢管、焊接钢管的锌层和钢铁外层，在不断氧化锈蚀过程中产生金属氧化物，金属氧化物有部分溶解于水中，更多的是形成表面沉积物，并不断累加。管网在水中溶解的氧气和消毒用的氧化剂（氯或臭氧），是造成管壁锈蚀的氧化剂，当氧化剂减少或不存在时，锈蚀会减弱甚至停止。当采用末端试水时，不断更新整个管网内的储水，造成更多的氧化剂进入管网，源源不断地为管内壁锈蚀提供氧化剂。

末端试水对喷淋管网的堵塞和腐蚀情况的影响

(1)末端试水不能发现管网的堵塞情况

《喷规》6.5.1条文解释，解释设置末端试水装置目的，其中有一条就是为了测试配水管道是否畅通。实际上，配水管道是否畅通，无法从末端试水体现，除非堵塞到特别厉害，造成试水时不出水或特少量出水，但这种情况很少见，大部分堵塞都是局部堵塞，对配水管测试的影响可以忽略，因为测试流量很小，一般就是1L/s,把阀门开大点，最多也就2L/s左右（3L/s时，DN25喷淋管流速超过5.5m/s，已经产生严重的喷溅），2L/s的流量流速特别小，DN150的管道中流速为0.1m/s，DN100的管道中流速为0.23m/s,DN50也不到1m/s，,配水管中的杂物都推不动。末端试水时，即使在DN150管道中形成10m长的堵塞造成过流面积缩减成DN50,相当于增设了10m长的渐缩渐扩节流管，2L/s的流量产生水力损失约0.5M水柱，根本不可能在末端试水时发现异常。但这种堵塞，对于按照设计流量出水灭火，甚至150%出水流量时，流速增大十几倍到三十几倍，水力损失增大几百倍，产生极大的影响，原先0.005MPa的水力损失，在40L/s设计流量下增大到1.4MPa左右，导致实际流量严重下降。

实际上不存在这么大的阻塞，除非是施工过程违反强制性规范不做冲洗，将堵塞问题遗留下来。即使这么大的阻塞,平时末端测试的影响可以忽略，但更小的阻塞，在灭火使用过程却可以造成喷淋系统失效。

还有一种情况，即使配水支管完全堵塞，或者不经过末端试水水流的配水管完全堵塞，不影响末端试水出水，图4中，末端试水仅仅造成水流经过红色管段，对于喷淋管网中超过95%的管道堵塞，均与末端测试水流无关。

图4末端试水仅仅造成水流经过红色管段

(2)末端试水加剧管网堵塞和腐蚀

如上文所述，末端试水造成水流经过红色管段及附近管网（图4中的洋红色管道，也包括短立管），不断更新储水，带来了更多的水源杂质沉积；带来新的生物品种和食物，为生物生长提供条件，增加生物生长产生的杂物和堵塞；也带来更多的钙、镁离子，产生更多的碳酸钙沉淀；更加严重的是，新水中带来氧化剂（溶解氧气或消毒剂残留），为管网提供源源不断的氧化剂加速管道锈蚀！缩短喷淋管网的寿命，同时，锈蚀也增加了锈蚀产物和沉积。另外，微弱的水流，逐步缓慢地将管内松散的沉积物推向末端方向，当经过下垂型喷头的短立管时，沉积物下沉到下垂短立管中，逐渐积累最终造成整个末端支管的下垂型喷头堵塞。

正因为上述理由，NFPA13不允许在湿式系统中使用末端试水，必须前端试水（图5）.

图5前端试水

喷淋管网的堵塞腐蚀检测

不能通过末端试水进行喷淋管网的堵塞检测，如何进行喷淋管网的堵塞、腐蚀检测？如何保证和检测喷淋系统的有效功能？

要保证喷淋系统长期的有效功能，重点在于使用期间的维保工作上。发达国家都很重视喷淋的维保工作，NFPA25在维保工作上也做了很多细致的规定，且能严格执行，所以在美国100多年的建筑，喷淋系统仍然有效，有些材料设备时间过长也必须更换，如NFPA25-2020规定，1920年之前制造的喷头必须更换新喷头，约等于说，喷头的使用寿命最长不能超过100年。

NFPA25在喷淋管网的堵塞、腐蚀检测上，提出了相当多的建议,当存在以下任何情况，应对系统或庭院总管进行堵塞调查：

（1）从开放水体中抽吸的消防泵进水口有缺陷

（2）常规水试验期间（发现）阻塞性物质排出

（3）消防泵、干管阀门或止回阀中存在异物

（4）排水测试或检查员测试接头堵塞期间水中有异物

（5）在排水、重新填充或以其他方式使水流过系统的过程中，系统管道中会听到未知材料的声音

（6）洒水喷头堵塞

（7）管道中存在足够多的外来有机或无机材料

（8）在新的安装或维修后，未能冲洗庭院管道或周围的公共干线

（9）附近公共水管破裂的记录

（10）干管阀门异常频繁误跳闸

（11）在长时间关闭（超过1年）后恢复使用的系统

（12）有理由相信喷水灭火系统在铜系统中含有硅酸钠或高腐蚀性焊剂

（13）已通过水泵接合器注入过自然水体的原水

（14）针孔泄漏

（15）与原始系统验收测试相比，在干管喷水灭火系统的全流量开启（干式报警阀）的测试中，从阀门（报警阀）开启开始，水到达检查员测试连接（末端试水装置）的时间增加了50%。

堵塞检查内容重点在于报警阀组（System valve ）、立管（Riser ）、配水管（Cross main）及配水支管（Branch line），传统堵塞检查方式如下：

在冲洗出口采用DN65软管连接到麻袋进行冲洗，观察冲洗水质和水量，及麻袋截留的杂物确定是否堵塞(图6，来自NFPA25)。也允许采用其他先进技术进行替代，如在管道内部插入视频检查设备检查、使用超声波或类似技术进行测试等，也可从消防管网取水进行实验室分析，结合收集和检查从主排水管排放的消防系统水中的固体材料，可以提供腐蚀、MIC和/或异物存在的指示。如果发现了异常的MIC数据，或者发现了大量异物，则可能需要进行进一步的调查，以验证系统中的腐蚀、MIC或堵塞的程度。固体材料应使用适当尺寸的过滤器进行收集。

NFPA25的传统检测方式，特别耗费人力，因为每次检测，只能检测某一段水流流经的管段。使用视频、超声波检测比较可行，尤其是超声波技术的应用，应该是未来的发展方向，有待技术的成熟。笔者认为，目前比较可行的方式是水质检测，关闭楼层控制阀后使用放空阀门收集管网积水，通过观察颜色、水中杂质及水质检测，发现腐蚀及MIC异常的情况，则可认为管网在存在腐蚀和堵塞的可能，应进行相应的冲洗和防护。

图6带DN50衬套、接头和弯头的DN65软管闸阀连接到DN50配水管。

我国在消防给水管网的堵塞和腐蚀情况检测，没有具体要求，导致了很多喷淋系统自从验收前由于没有冲洗未能发现堵塞的状态，一直保持到管网改造、房屋重建。NFPA25的检测方式中，比较可行的水质检测方式，不适合中国，原因在于国内使用了末端试水，管网内部的水质经常得到更新，难以发现存在问题。

其他防止堵塞的设计措施

(1)消防水池、屋顶水箱取水口严禁贴池底取水

笔者记得上学时，一直接受的教育就是任何形式的水泵取水口，需要高于池底或吸水槽一定距离，避免吸入水池中的杂物，包括接触到80年代的设计，普遍也是高于池底一定距离的吸水口设计的，NFPA20、NFPA22也是要求防涡板距离水箱底至少150mm，但是，现在的设计普遍使用了完全贴近池底的旋流防止器，导致水池的杂物很容易进入系统管网［2］。

图7旋流防止器底板高于池底50mm以上。

(2)消防泵吸水管设置过滤器并不能解决这个问题，因为平时管网的补水是依靠屋顶水箱、转输水箱和稳压泵组，补水没有通过消防泵。而且，笔者在公众号文章及讲座中多次分析了消防泵吸水管设置过滤器造成的严重副作用［2］，多次呼吁取消吸水管过滤器。能够减少杂物进入管网的过滤器设置位置必须是在报警阀前，可以同时避免和减少输水管道、屋顶水箱、消防水源、减压水箱、转输水箱等各种含有杂物的补水进入喷头配水管道。

(3)当消防水源采用天然水源时，如直接接水库的消防给水系统、从自然水体抽水的消防泵房，也包括水源来自自来水但采用了露天水池的项目，使用高硬度的地下水等情况，补水水质必须满足饮用水水质标准，可以单独设置市政自来水补水系统或者从生活给水系统向屋顶水箱补水，减少杂物进入管系。

(4)上述情况，若补水水质不能满足饮用水水质标准时，喷淋管网的设计，尽量使用直立型喷头，非不得已需要采用下垂型喷头时，必须采用回流弯管的设置［3］。

图8回流弯管

结论和呼吁

施工过程中喷淋管网的冲洗非常重要，否则将管网堵塞遗留到建筑使用期间处理，相当困难。冲洗流速应有3m/s，才能将管道中的杂物冲洗出来；管网冲洗需要按照冲洗流量进行分区、分段进行，且管网应配合冲洗方案进行设计及设置管堵、管帽；冲洗水流没有必要强求与设计水流方向一致，根据接管位置为准，出入口处冲洗水的颜色、透明度基本一致时不一定可结束冲洗，且需要冲洗到水流不带出碎屑为止。

在湿式闭式系统中，末端试水不仅不能检测堵塞情况，反而妨碍喷淋管网堵塞和腐蚀情况的检测，且加剧喷淋管网的腐蚀和堵塞，呼吁取消末端试水，代之以前端试水。

为防止水源性的污染和堵塞，喷淋管网宜设置管道过滤器，且过滤器必须设置在报警阀组之前；水箱水池出水管管口必须与池（箱）底有一定的距离，避免杂物进入管道；采用天然水源或露天水源时，系统补水的水质需要满足饮用水水质标准，或采用回流弯管等措施。