王小鵬 鞠海華

摘 要：消防水泵相比普通離心泵而言，有一些特殊要求，為使工程設(shè)計(jì)人員能盡快掌握消防水泵的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合GB6245、NFPA20標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及FM/UL認(rèn)證的要求，總結(jié)了煉化裝置中消防水泵選型時(shí)的注意事項(xiàng)，供工程設(shè)計(jì)人員參考使用。

關(guān) 鍵 詞：消防水泵；注意事項(xiàng)；GB6245；NFPA20；FM/UL認(rèn)證

中圖分類號(hào)：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1667-04

Analysis on Matters Needing Attention in Selection of Fire-Fighting Pumps for Refinery and Chemical Plants

WANG Xiao-peng1，JU Hai-Hua2

（1. China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation， Beijing 100012， China；

2. Beijing Modern Vocational and Technical College， Beijing 101309， China）

Abstract： Fire fighting pump has special characteristics comparing with ordinary centrifugal pumps. In order to make the engineering designer know the characteristics， matters needing attention in selection of fire-fighting pumps for refinery and chemical plants were analyzed based on engineering experiences and the requirements of standard of GB6245， NFPA20， FM/UL certification.

Key words： Fire fighting pump； Matters needing attention； GB6245； NFPA20； FM/UL certified

煉化裝置的物料一般為易燃易爆介質(zhì)，一旦發(fā)生火災(zāi)，其危害性巨大。消防水泵是整個(gè)消防系統(tǒng)的“心臟”設(shè)備，因此消防水泵的選型就顯得非常重要。作為一名工程設(shè)計(jì)人員，必須清楚相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)消防水泵的技術(shù)要求，筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，將工程設(shè)計(jì)階段消防水泵選型的注意事項(xiàng)總結(jié)如下，供廣大工程設(shè)計(jì)人員借鑒。

1煉化裝置消防水泵的配置及適用標(biāo)準(zhǔn)

1.1 消防水泵的配置

根據(jù)消防水的來源不同，靠近海邊的裝置可能會(huì)采用海水消防泵，但大多數(shù)煉化裝置中都是使用淡水消防泵。從驅(qū)動(dòng)設(shè)備上看，一般是以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，理論上也可選用蒸汽透平等其他驅(qū)動(dòng)機(jī)，但消防泵要求快速啟動(dòng)，蒸汽透平等其他驅(qū)動(dòng)機(jī)往往不能滿足要求，筆者執(zhí)行過的項(xiàng)目中均為柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。煉化裝置中最為常見的配置是柴油消防泵+電動(dòng)消防泵+電動(dòng)保壓泵，每種類型的臺(tái)數(shù)的設(shè)置原則是在滿足水量要求的前提下盡量減少臺(tái)數(shù)，以減少泵房占地面積，同時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)脑O(shè)置備用泵的數(shù)量。

筆者參與的某項(xiàng)目中，消防水泵的配置為兩柴+兩電+兩保壓，泵啟動(dòng)思路為：當(dāng)管網(wǎng)壓力低于6 barg時(shí)，一臺(tái)保壓泵將自動(dòng)啟動(dòng)，直至管網(wǎng)壓力達(dá)到7 barg時(shí)自動(dòng)停止。兩臺(tái)保壓泵互為備用，當(dāng)其中一臺(tái)泵損壞時(shí)，另一臺(tái)泵必須能自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)消防系統(tǒng)管網(wǎng)壓力降4.5 barg時(shí)，，一臺(tái)電動(dòng)消防泵自動(dòng)開啟。當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)消防泵不能正常啟動(dòng)或啟動(dòng)后管網(wǎng)的壓力不能達(dá)到7 barg，另一臺(tái)電動(dòng)消防泵自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)?shù)诙_(tái)電動(dòng)消防泵不能正常啟動(dòng)或開啟后管網(wǎng)的壓力達(dá)不到7 barg，則一臺(tái)柴油消防泵自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)一臺(tái)柴油消防泵不能正常啟動(dòng)或開啟后管網(wǎng)的壓力達(dá)不到7 barg，則另一臺(tái)柴油消防泵自動(dòng)啟動(dòng)。消防泵不能同時(shí)開啟，其開啟間隔至少為10 s。電動(dòng)消防泵和柴油消防泵都只能在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)停泵。

1.2 消防水泵的適用標(biāo)準(zhǔn)

煉化裝置所在的地方不同，均需遵循當(dāng)?shù)氐南婪ㄒ?guī)。受到篇幅的限制，本文不作展開討論。僅對(duì)常見的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB6245[1]和美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA20[2]進(jìn)行對(duì)比討論。

GB6245-2006《消防泵》，該標(biāo)準(zhǔn)由全國消防標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)第四分委歸口，由公安部上海消防研究所起草，首次發(fā)布為1986年，1998年第一次修訂。由于消防泵國內(nèi)制造的歷史很短，起初是在上世紀(jì)80年代初開始以車用消防泵為主，工程用消防泵及泵組的國產(chǎn)化從上世紀(jì)90年代興起，相關(guān)內(nèi)容在1998版中才開始體現(xiàn)，直到2006年二次修訂升版時(shí)采納了NFPA20及UL等標(biāo)準(zhǔn)后再次補(bǔ)充了有關(guān)工程用消防泵及泵組的部分部件的技術(shù)要求。

NFPA20， 該標(biāo)準(zhǔn)是由美國消防協(xié)會(huì)（National Fire Protection Association）編制，該協(xié)會(huì)成立于1896年，是一個(gè)國際性的技術(shù)與教育組織。主要制訂防火規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、推薦操作規(guī)程、手冊(cè)、指南及標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等[3]。該標(biāo)準(zhǔn)最早于1907年編制，其后經(jīng)歷了近30多次的修訂升版，最新版本為2013版。標(biāo)準(zhǔn)包含了各式消防泵的泵規(guī)格、性能、附件及泵組中的驅(qū)動(dòng)機(jī)、控制器、整個(gè)消防泵系統(tǒng)的測(cè)試等等方面的內(nèi)容。許多條款被UL、FM等機(jī)構(gòu)采納，特別是在對(duì)用于驅(qū)動(dòng)消防泵的柴油機(jī)及相關(guān)的控制柜等方面的章節(jié)幾乎等同。

2 工程設(shè)計(jì)階段選型注意事項(xiàng)

消防水泵是離心泵中比較特殊的一類，作為工程設(shè)計(jì)人員，必須要了解消防水泵的特點(diǎn)，以便在工程設(shè)計(jì)過程中選擇適合的泵型，下面簡(jiǎn)要闡述幾個(gè)比較重要的事項(xiàng)。

2.1 關(guān)于消防水泵的認(rèn)證

對(duì)于執(zhí)行NFPA20標(biāo)準(zhǔn)的消防泵，業(yè)主通常都會(huì)要求FM/UL認(rèn)證；但是遵循NFPA20并一定帶有FM/UL認(rèn)證，這是部分設(shè)計(jì)人員容易范的錯(cuò)誤，認(rèn)為執(zhí)行NFPA20一定帶有FM/UL認(rèn)證，其實(shí)不然。業(yè)主之所以考慮FM/UL認(rèn)證，主要是因?yàn)槿绻麕в蠪M/UL認(rèn)證，整個(gè)裝置的保險(xiǎn)費(fèi)會(huì)得到保險(xiǎn)公司的優(yōu)惠。是否需要FM/UL認(rèn)證一般在工程公司與業(yè)主簽訂的設(shè)計(jì)合同或EPC合同中會(huì)注明，是否帶有FM/UL認(rèn)證對(duì)整個(gè)消防泵組的價(jià)格影響還是比較大的。認(rèn)證要求消防泵組中的主要設(shè)備都是經(jīng)過FM/UL認(rèn)證過的產(chǎn)品，具體哪些設(shè)備需要進(jìn)行認(rèn)證，要有何種認(rèn)證，筆者已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)在了表1中，一般可以理解為FM主要針對(duì)消防產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證的面較窄，但比較嚴(yán)格；UL主要針對(duì)消防泵組的電氣類產(chǎn)品認(rèn)證，UL的認(rèn)證面比較寬泛，具體要求沒有FM那么嚴(yán)格。

表1 消防泵組設(shè)備認(rèn)證列表

Table 1 List of certified equipments in fire fighting pumps

設(shè)備名稱 需何種認(rèn)證

1 泵體 FM+UL

2 泵體自動(dòng)空氣釋放閥 FM或UL

3 柴油機(jī) FM+UL

4 柴油機(jī)蓄電池接觸器 FM

5 柴油罐 UL

6 控制柜 FM+UL

7 柴油消防泵主安全閥 FM+UL

8 電動(dòng)消防泵安全泄放閥 FM

9 電機(jī) UL

10 聯(lián)軸器 UL

對(duì)于國內(nèi)執(zhí)行GB6245標(biāo)準(zhǔn)的消防泵，其認(rèn)證有所不同，它不要求對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，而是對(duì)整個(gè)消防泵組進(jìn)行認(rèn)證，而且是按照“大覆蓋小”的原則，即如果流量、揚(yáng)程較大的泵組如果得到消防部門的認(rèn)證了，則認(rèn)為流量、揚(yáng)程小的產(chǎn)品也是符合要求的。所有經(jīng)過消防部門認(rèn)證過的產(chǎn)品均可在消防局的官方網(wǎng)站上查到。故工程設(shè)計(jì)人員在技術(shù)澄清過程中可以登錄中國消防產(chǎn)品信息網(wǎng)（網(wǎng)址http：//www.cccf.com.cn），進(jìn)行查證廠商所報(bào)價(jià)的產(chǎn)品是否符合要求。

2.2 兩標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)消防水泵流量的界定

GB6245-2006中建議的流量系列為5-200 L/s，每隔5 L/s一檔，隨著目前煉化裝置規(guī)模的增大，所需的消防泵水量實(shí)際已經(jīng)超過200 L/s。由于是等間隔劃分流量，且間隔不大，而且國內(nèi)消防泵的認(rèn)證是“大覆蓋小”的原則，所以GB6245中建議的流量系列對(duì)于消防認(rèn)證并沒有實(shí)質(zhì)性的影響，僅是泵型號(hào)中流量代碼的數(shù)值不同而已。

NFPA20中給出的流量系列為25～5 000 GPM，每檔的間隔并不等距，共21個(gè)系列。合格的供貨商可以提供已由FM/UL認(rèn)證過的對(duì)應(yīng)流量的產(chǎn)品系列，而當(dāng)流量超過5 000 GPM時(shí)，供貨商一般沒有認(rèn)證過的產(chǎn)品，需要考慮單獨(dú)認(rèn)證的費(fèi)用。

2.3 對(duì)性能曲線的要求

眾所周知，離心泵的性能曲線中，隨著流量的增大，揚(yáng)程呈下降趨勢(shì)。消防水泵作為離心泵，其性能曲線也具備此特點(diǎn)，當(dāng)消防水量加大時(shí)，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力下降，正可以利用這一點(diǎn)通過壓力開關(guān)來控制消防水泵的啟停，所以希望泵性能曲線有一定的陡度。但是作為消防水泵來講，曲線又不能過陡，以避免水量加大時(shí)，壓力下降過快，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力達(dá)不到系統(tǒng)最遠(yuǎn)端，所以需要對(duì)曲線陡度加以限制。

早期的GB6245中并沒有對(duì)曲線形狀有要求，后來在2006年修訂時(shí)，參照了NFPA20里的要求，目前兩標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)泵曲線的要求是一致的，即：泵的流量需要能達(dá)到150%的額定流量，且在150%流量時(shí)揚(yáng)程下降不能超過額定揚(yáng)程的65%。另外關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程不能超過額定揚(yáng)程的140%。流量揚(yáng)程曲線的限制直觀的表示在圖1中。

圖1 泵性能曲線

Fig. 1 Pump characteristics curve

2.4 軸封選擇

GB6245中并沒有對(duì)機(jī)械密封或填料密封有限制，考慮到消防水泵是不經(jīng)常運(yùn)行的設(shè)備，機(jī)械密封的損壞往往在啟動(dòng)瞬間容易發(fā)生，且一旦發(fā)生將是破壞性的，所以筆者建議消防水泵還是選擇填料密封為好。

NPFA20中也并沒有對(duì)機(jī)械密封或填料密封有限制，但是如果需要FM/UL認(rèn)證的話，則只能選擇填料密封。這一點(diǎn)需要特別注意，筆者注意到很多工程設(shè)計(jì)人員錯(cuò)誤地認(rèn)為執(zhí)行NFPA20就只能選擇填料密封，這是不準(zhǔn)確的。

2.5 材料選擇

由于消防系統(tǒng)不常用，為避免泵進(jìn)出口閥由于長(zhǎng)期銹蝕而導(dǎo)致在緊急情況下無法打開，因此消防系統(tǒng)中要求消防泵的進(jìn)出口閥門都是保持常開狀態(tài)，這有別于普通離心泵的正常開啟工況。由于泵在閥門大開的情況下啟動(dòng)，泵的各個(gè)部件將承受較大的扭矩，因此要求各部件必須具備足夠的強(qiáng)度[4]。消防泵間歇操作的周期較長(zhǎng)，雖有定期維護(hù)保養(yǎng)，仍易產(chǎn)生銹蝕，以致發(fā)生泵軸咬死等影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此消防泵的過流部件必須具備一定的抗腐蝕能力[5]。

GB6245-2006強(qiáng)制規(guī)定葉輪、葉輪密封環(huán)、殼體密封環(huán)、套環(huán)、填料環(huán)、水封環(huán)、填料壓蓋、機(jī)械密封蓋、填料軸套、軸承套、擋套、中間襯套、減壓襯套、密封壓蓋、壓蓋螺母、軸套螺母、葉輪螺母和放水旋塞應(yīng)采用抗腐蝕性材料制成。

NFPA20本身偏重于安裝和系統(tǒng)配置，對(duì)消防泵材質(zhì)沒有很明確的規(guī)定；如果需要FM/UL任證，對(duì)于淡水消防泵，各廠商任證過的材質(zhì)中殼體為鑄鐵，葉輪為青銅；對(duì)于海水消防泵，因各地水質(zhì)不同，需根據(jù)海水水質(zhì)報(bào)告選擇合適的材料后再單獨(dú)進(jìn)行任證。

2.6 驅(qū)動(dòng)機(jī)功率的選擇

GB6245中對(duì)電機(jī)功率的要求為：水泵在150%額定流量時(shí)的軸功率不宜超過電機(jī)功率的1.05倍。對(duì)柴油機(jī)功率的要求為：柴油機(jī)的常用功率大于水泵額定軸功率的1.1倍，柴油機(jī)備用功率須大于泵150%額定流量工況下軸功率的1.1倍。

NFPA20的規(guī)定稍有不同，允許水泵的最大軸功率超過電機(jī)功率，但相關(guān)系數(shù)的要求到1.15。另要求是水泵最大軸功率為制動(dòng)功率，而不僅僅是計(jì)算到1.5倍水泵額定流量工況的功率。

2.7 柴油機(jī)啟動(dòng)的要求

GB6245和NPFA20的規(guī)定基本一致：柴油機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)及手動(dòng)啟動(dòng)功能，手動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)包括在柴油機(jī)旁及控制柜上手動(dòng)啟動(dòng)。柴油機(jī)應(yīng)具有良好的常溫啟動(dòng)性能，應(yīng)保證5 s內(nèi)順利啟動(dòng)，引上水后20 s內(nèi)使消防泵達(dá)到額定工況。除超速斷路裝置動(dòng)作使柴油機(jī)停車外，柴油消防泵組不得自動(dòng)停機(jī)，只能手動(dòng)操作停機(jī)。在控制線路故障時(shí)，為蓄電池供電的主蓄電池接觸器應(yīng)能人工機(jī)械合上。

2.8 柴油機(jī)蓄電池的要求

GB6245和NPFA20的規(guī)定基本一致：每臺(tái)柴油機(jī)應(yīng)配備兩套蓄電池組；需提供兩種充電方式，一種是機(jī)載發(fā)電機(jī)，另一種是通過自動(dòng)控制從交流電源處獲取能量的充電設(shè)備；蓄電池的容量應(yīng)能滿足6次自動(dòng)循環(huán)的要求（3 min內(nèi)15 s啟動(dòng)15 s間隔）。

2.9 柴油罐容積的選擇

GB6245和NFPA20相同的要求是：柴油罐不應(yīng)被灌滿，應(yīng)保證有5%的空余；另應(yīng)保證5%的沉淀容積不會(huì)被柴油機(jī)吸入。不同的要求是：GB6245要求保證柴油量在額定工況下要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)4 h；而NFPA20正文中規(guī)定的1 kW柴油機(jī)對(duì)應(yīng)5.07 L的柴油，后文備注中注明這是按照連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6 h的要求。

另外需注意的一點(diǎn)是如果有FM/UL認(rèn)證要求的話，廠商認(rèn)證過的柴油罐容積是系列化的，如果計(jì)算出來的容積恰好處在兩檔之間，則需選擇較大容積的。舉例說明，某廠商認(rèn)證過的柴油罐系列是150、300、500、700、900 gal，計(jì)算容積需要710 gal，應(yīng)選擇900 gal的柴油罐，但有時(shí)投標(biāo)人員為降低成本，往往報(bào)價(jià)700 gal的罐，認(rèn)為差的10 gal可忽略不計(jì)。對(duì)比，筆者并不認(rèn)同，消防系統(tǒng)作為裝置安全的最后一層保障，應(yīng)嚴(yán)格保證消防時(shí)間的要求，柴油罐容積在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)只大不小。

2.10 控制柜方面選擇的注意事項(xiàng)

GB6245中規(guī)定：控制柜應(yīng)具有顯示柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及啟動(dòng)成功的信號(hào)指示，該信號(hào)指示的電源不應(yīng)來自于柴油機(jī)的發(fā)電機(jī)或充電器。控制柜須具有柴油機(jī)油溫高、水溫高及潤(rùn)滑油油壓低的報(bào)警指示。超速故障信號(hào)應(yīng)送至控制柜，該控制柜不能復(fù)位直到超速停機(jī)裝置被手動(dòng)復(fù)位至正常位置?？刂乒駪?yīng)有可見指示來指明控制柜處于自動(dòng)狀態(tài)。控制柜應(yīng)具有遠(yuǎn)距離啟動(dòng)柴油機(jī)的端子。

NFPA20中規(guī)定：控制柜應(yīng)能顯示泵處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。主指示燈及報(bào)警包括：低油壓、冷卻水溫高、自啟動(dòng)失敗、超速停機(jī)。遠(yuǎn)傳信號(hào)：柴油機(jī)運(yùn)行、手動(dòng)檔、關(guān)機(jī)檔、綜合故障。其它報(bào)警信號(hào)：蓄電池失效、蓄電池充電器失效、空氣或液壓壓力低、系統(tǒng)超速、燃油注入故障、燃油油位低。壓力記錄儀要求至少記錄7 d的運(yùn)行信息?？刂乒耧@示屏的示意圖參見圖2。

圖2 控制柜顯示屏示意圖

Fig.2 Sketch of controller screen

2.11 檢驗(yàn)試驗(yàn)注意事項(xiàng)

關(guān)于檢驗(yàn)試驗(yàn)的要求，在GB6245-2006的第10章及NFPA20的第14章都有詳細(xì)要求，這里強(qiáng)調(diào)一下二者對(duì)水壓試驗(yàn)要求的差異。

GB6245中規(guī)定：“堵塞泵的過流部件的所有開口，逐步對(duì)泵殼加壓至最大工作壓力與進(jìn)口最大允許正壓的壓力之和的2倍或2.0 MPa，兩者取大者，在此壓力下持續(xù)（1±0.2）min。”

NFPA20中規(guī)定：水壓試驗(yàn)壓力不得低于13.8 bar，或最大壓力加3.4 bar，兩者取大者，保壓時(shí)間為2 h。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合GB6245、NFPA20標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及FM/UL認(rèn)證的要求，總結(jié)了煉化裝置中消防水泵選型時(shí)的比較重要的幾個(gè)事項(xiàng)，供廣大設(shè)計(jì)人員參考使用。

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