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8 8 2 0 1 4 年1 O 月 稳高压消防给水系统压力设定值探讨 范海成 童富良z 罗双全 孙文涛 1 中国石油工程建设公司 ，北京1 0 0 1 2 0 ； 2 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都6 1 0 0 4 1 摘 要 ：参考 国 内消防相关标准 以及 N F P A系列标准 ，结合工作 实践 ，对稳高压消 防给水系 统的压力设置和启停联锁进行 了讨论。通过分析认为，驱动装置的最大输出功率是在设置消防稳 压泵 、消 防电泵和 消防柴油泵启停压 力值时必须考虑 的重要因素之一 。建议 在采用 N F P A系列标 准进行稳高压 消防给水 系统设计 时，依据 国 内标准增加 一个 气压 缓冲罐 ，以确保泵 组启动所需输 入功率不超过驱 动装置最大输 出功 率并减少 稳压泵 的启停 频率。通过实 际设计 方案 ，进 一步分 析 了进行稳高压消 防给水 系统压力设置 时需要特别注 意的地方 。 关键词 ： 稳高压消 防给水系统 ；消 防泵 ；N F P A；压力设置 ；气压缓冲罐 D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 4 0 5 0 2 3 0前 言 近年 来 ， 在 包含 消 防给水 系统 的项 目中 ， 多 数存 在 消 防泵启 动超 电流 和消防稳压泵 频繁启停情 况 ， 以及 烧 电机和稳压泵频繁启停损坏泵 的隐患 。本 文通过对 国内 消防相关标准以及 N F P A系列标准的研究 ，结合工 程实 际 ， 对消 防给水 系统 配置进 行优 化 ， 解 决 了上述 操作 隐 患 1 组成 和控制原理 按照 国 内消防标 准相关条款 ， 大型石 油化工企 业 的 工艺 装置 区 、罐 区等应 设 置独立 的稳 高 压消 防给 水系 统 ， 推荐 压力 0 7 1 2 MP a E 。尽管稳 高压 消防给水 系统 在设备 配置上大 同小异 ， 但 由于设计者对 消防标准 的理 解不 同， 系统在运行 中的可靠性亦存在 差异 。 基 于工作实践 ， 本文参考涉外 油气 田消防 系统 设计 中应用最广泛 的 N F P A系列标准 ，对油气 田稳高压消 防 给水系统 的压力设置和压力联锁进行 了讨论 。 1 1 组成 稳 高压消 防给 水系统一般应 由消 防稳 压泵 、 消 防水 泵 、 联锁控 制设备 、 阀门 、 储 水设 施和消防管 网等组成E 2 3 。 依据 N F P A系列标准 ，典型稳高压消 防给水系统 的组成 见图 1 。 电机驱动稳压泵( 备) 图 1 符合 NF P A要求的典型稳高压消防给水系统 符合 N F P A系列标准 的稳 高压 消防给水系统在设计 上有特殊要求 ： a ) 在 柴油 引擎驱 动 消防泵 出 口单 向阀的上 游设 置 柴 油引擎超 速保 护泄压 阀 ， 设定值 不应大 于柴油引擎 驱 动 消防泵关 阀压 力的 1 2 1 E 。 如果 泵出 口关 阀压力 的 1 2 1 加上泵人 口最大压 力 收 稿 日期 ： 2 01 3 1 1 2 6 作者简介 ： 范海成 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 河南南阳人 ， 工程师 ， 硕 士， 主要从事油气 处理装置及炼油厂装置 的设计和试运工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 不 高于消 防管 网的设计 压力 ， 则可 以不设 置该超 速保护 回流线 。 1 2 1 这个数值 是基 于 N F P A系列 标准 所要求 的 柴 油 引擎在超速 1 0 时 自动停车 而设 定 。如果按 照 国标 ， 引擎 可以在 超速 1 5 2 0 时停 车 ， 则需 要将百分数相应 提高 。 b ) 在每 台泵出 口的单 向阀和出 口阀之 间 ， 通过引压 管 线与各 泵的控制 盘相连接 ， 且需在 引压管线 上安装 流 向指 向泵 出口管线 的带小孔单 向阀。 这样设置 可 以确保 消防管 网压 力降低 时 ， 泵 组能迅 速启 动 且有效保护控制盘免受来 自管 网的水击 。 C )除超速保 护泄 压 阀以及安 装在 电动 泵泵 体上 的 最小 流量泄压 阀( 一 般为 D N 2 0或 D N 2 5 ) 之外 ， 不允 许 设置其它压力控制 阀或泄 压阀来 控制泵的 出口压力 。 d ) 消防泵出 口设置测试 回流线 ， 回流线 上设置流 量 计 。该设计主要用于消 防泵周期性 的性 能检查。 1 2控制原理 根据 国 内标准 ， 稳高压 消防给水 系统靠管 网压力 自 动启动消 防主泵 1 。 综合 N F P A系列标 准的相关条款 ， 稳 高压消 防给水 系统 的控制 原理为 ： a ) 在非火 灾状况下 管 网内的微小泄漏 导致整个 管 网压 力下降 ，稳 压泵根据 控制盘预设 启动压 力 自启 ， 并 在达 到预设停泵压 力后 自停 。有 时为了避免稳压泵频繁 启停 ， 稳压泵 也可在达 到设定 压力后连续 运转一段 时 间 再 自动停止 。 b )当管网压 力低 于备用 稳压泵 的启 动压 力设定 值 时 备 用稳压 泵会 自动启 动 ， 且在 达 到预设 的停 泵 压力 时 自动停 泵 ， 或运行一段时 间后 自动停泵 。这种情况下 ， 一 般要 求备 用稳 压泵 的启 动压力 比主稳 压泵 的启 动压 力 至少低 O 0 3 4 M P a 。也可 以将备用 稳压泵 的启 动压力 设定 为 与主稳压泵相 同 的启动 压力并设 置延 时 ( 如 5 S ) 但一 般不推荐 。 C ) 在火 灾工 况下 ， 消 防管 网用水 ， 稳压 泵无 法维持 消防管 网压力 ， 当压力 降低 至 电动泵 控制盘 预设 的启 动 压力时 ， 电动泵组将 自动启 动。 d ) 如 果 电动泵 由于 电缆烧毁 或其 它原 因无 法顺 利 启动 消防管 网的压力将进 一步 降低 至柴油 引擎驱 动消 防泵 的启动压力 时 。 柴油 引擎驱动消防泵 自动启动 。 同样 也可 以将 柴油 引擎驱动 消防泵 的启 动压 力设 置成 与 电动泵 一样 的启 动压 力并延 时 ( 如 2 S ) 但 一般不 推荐 2压 力设 置 根据 N F P A系列标准 ， 稳压泵 、 消 防电泵和消 防柴油 泵 的压力设置如下 ： 第 3 2卷 第 5期 U T l L I T Y 公用工程 a ) 稳压 泵 的 自动停 泵压 力应 等于其 零流 量压力 加 上稳压泵最 小入 口压力 b ) 稳 压泵 的 自动启 泵压 力应 比 自动停泵 压力 至少 低 0 0 6 8 M P a 。 C ) 消防 电泵 ( 主 ) 的启泵 压力应 至少 比稳 压泵 的启 泵压 力低 0 0 3 4 MP a 。 d ) 其 它泵 的启泵压 力应依 次 比消 防电泵 ( 主 ) 的启 泵压力低 0 0 6 8 MP a e ) 如果设定 了泵 的最小运行 时间 ， 则该泵 的出 口压 力 加上最 大入 口压力 在零流量 运行工况 下 ， 不得超 过管 网系统的设 计压力 。 可 以看 出 ， N F P A系列标 准 只要 求 了稳 压 泵启 停压 力差 的最小 值 ，以及稳 压 泵与 电动 泵压 力 间隔 的最小 值 。 电动主泵与备用泵启动压力 间隔的最 小值 。 N F P A系列 标准规 定稳 压泵 启停 压力 差 的最小 值 ， 主要是 避免泵 的频 繁启动 ， 频 繁启动会 造成驱 动 电机绕 组温度升高而烧毁或热继 电器动作 导致 供电中断 。规 定 其它泵 之间启动 压力差 的最 小值 ， 主要是考虑 压力传 感 器 的误差 ， 及泵 组在 启停 瞬 间的水击 ， 过 低 的差值 可 能 导致主备泵组不能按照预设 的优 先次序启动。 N F P A系列标准并 没有规定稳 压泵启停压 力差 的上 限 ， 以及各消 防泵启动压 力间 隔的最 大值 。但 实际设 计 中 ， 为减 少稳 压泵 的启停 频率 ， 或 确保 泵组 的启 动顺 序 万无 一失而任 意增加泵 组启动压力 差 。 会使备 用泵在 出 口压力非 常低 的情况 下启 动 。可 能会 导致预设 的最 后 几 台备用泵在 启动初期 出水压力太 低 、 流量 过大使驱 动 装置过 载。对柴油 引擎驱 动消防泵而言 ， 该问题更突 出。 从 典型离 心泵的性 能曲线 图可 以看 出 ， 随着流 量增 加 ， 离心泵 的工作点偏 离最佳 效率点 ， 由于效率 降低 ， 泵 的轴功率不 断增加 。而在一定 的转 速范 围内 ， 柴 油引擎 的最 大输 出功率为定值 。如果泵的输入功率超过 了该转 速所对应 的引擎最 大输 出功率 ， 引擎就会 出现 “ 超 载” 现 象_ 5 _ 。在 消防泵 启动初期 ， 机组 部件及润滑油 温度偏低 ， 润滑效 果欠 佳 ， 部件 处于 非额定 工况 运行 ， 超 载将 加剧 气缸套 、 活塞环 、 轴套等部 件的磨损 。N F P A系列标准要 求引 擎 的输 出轴 功率 不低 于泵组 在 任何 负荷 下 的输入 轴功率 。 这不经济 ， 因此 ， 中国标准 明确 规定 ， 消防泵 配 套 的 电机 和引擎 在 现场工 况下 的额 定输 出功率 应不 小 于其 1 5 倍 额定 流量时对应 的泵轴功率 口 。 因此 尽管 N F P A系列标 准对稳高压 消防给水系统 的启 动压力 间隔 的上 限未 明确规 定 ， 但在 确定系统 的启 动压 力时 ， 必须 根据泵 的性能 曲线 和驱动 装置 的最 大输 出功率进行校 验 ， 确保 泵在启动 时所对应 的轴输入 功率 不大于驱动装置所允许 的输 出功率 。对满足 中国标准 的 消防泵组 ，只需确保 启泵压力对应 的流量不 高于 1 5 倍 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 。 j 2 年 。 月 3消防气压罐 根据 N F P A系列标准 ， 除 以下 三种情况外 ， 不允许 设 置任何用 以控制消 防管 网压力 的泄压阀 ： a ) 稳压泵 出 口压力大于消 防管 网的设计 压力时 ， 需 在泵 出 口安装泄压 阀 ， 当稳 压泵入 口压力在 较大范 围 内 变化时存在这种可能 。 b ) 电动消 防泵本 体 E 的最小流量泄压 阀。 c )柴油消防泵 出口的超速保护泄压 阀。 理论 上 ， 只要 泵的选 型合 适 ， 上 述要 求 是完 全可 以 实 现的。但 实践 中 ， 即使通过泵 的选型满足 了上述要求 ， 仍 存在以下问题 ： a ) 系统对 网管的适应性较差 。 管 网系统严 密性很 好 时 ，会 出现 由于环境 温度变 化而导致 的系统超 压现象 ， 如 1 2 MP a 设 计压力 的管 网由于环境温度变 化而升高 至 1 7 MP a 。而管 网系统严 密性 较差时 ， 又存在 稳压泵启停 过 于频繁的问题 。 b ) 为确保 所有 泵的启 泵压 力都不 低于 其额 定工 作 压力的 6 5 ， 各 泵之间的压力 ， 尤其是稳压泵 的压力间隔 就不能 太大 。而较 小 的启 动压力差 ， 又 同样 会导致稳 压 泵频繁肩停 。 出现 上 述两 个 问题 的原 因 ，在 于水 本 身的 可压 缩 性 较 小 。通过 在稳 高 压消 防给 水 系统增 设 中 国消防 标 准所 推 荐 的 水压 罐 L 9 ， 增 加 管 网系 统 对温 度 变 化 和 压 力 变化 的适 应 性 ， 可 以很 好 地解 决 这两 个 问题 。气 压 罐 的 容 积 ， 推 荐 依 据 C E C S 7 6 ： 9 5 气 压 给水 设 计 规 范 所提供 的公式进 行计算 。 为减少 水对气压缓 冲罐金 属部 件的腐 蚀 ， 建议 采用气囊 内部及气囊 与管壁 之间存气 的 气 压缓 冲罐 l l 0 4设计 实例 图 2是 国外 某项 目中 由国外 设计公 司所设 计 的稳 高压 消防给水 系统 示意图。可以看出 ， 在设备配置上 ， 与 图 l N F P A系列标准推荐的典型配置没有 太大差别。 图 2中的稳高 压消防给水系统压力参数 见表 1 。 项 目中规定 消防 管网 的压力不得 低于 1 5 MP a 。消 防管 网的设 计压力 为 1 。 8 MP a ， 为避 免超压 ， 柴油 消防 泵 出 口泄压 阀的设定压力为 1 5 MP a 。 稳 高压消防给水系统在试运 中发现两个 问题 ： a ) 稳压 泵频繁启停 。 b ) 在按照 N F P A 系列标 准进行每 周测试 时 ， 管 网压 力高 达 1 9 6 M P a ， 接近于柴油泵的零流量压力 。 稳压泵 频繁启停 跟系统 泄漏量大有 关 。通过修 改 启停 压力差 ， 可在一定程度上缓解该 问题 。 供水 阀 消防水 罐 流 量计 流量测 试 阀 、1 I 单 向 阀Im 口 阀 卤 柴 油 引 擎 驱L c又 L二二 动 消 防 薏 工 f ， q ， 1 、 一 - 仁 一 、 单 向阀 口 阀 。 消 圆 柴 油 引 擎 驱 动 消 匕 = 防泵( 备) _ 卜卜 1 日 一 单 向 阀Iff 口 阀 人 口阀 管网 阀门 图 2某项 目的稳高压 消防给水 系统示意 图 表 1 稳高压消防给水 系统 的压 力参数 管 网 阀 门 柴油 消 防泵启 动 后管 网压 力接 近柴 油 泵的零 流 量 压力问题 ， 是 由于没有遵从 N F P A系列标 准的规定 ， 将超 速泄压 阀用作 稳压 阀的结 果 。由于 泄压阀采用 了 N F P A 系列标准所要求 的先导式泄压 阀 ， 该 阀门本身存在 2 3 S 的调控 时滞 ， 在泄压 阀开始作用前 的 2 3 S 内 ， 管 网系统 的压力 已经达到 了消防泵的零流量压力 。 在消 防管网出 口管汇增加一 个容积为 4 8 0L的膜 式 气压罐后 ，柴油消 防泵启动 时的最 大压 力降 至 1 6 MP a 。 由于气压 罐 的缓 冲作 用 ，稳压 泵 的启停 频 率也 大大 降 低 。 5 结论 本 文参考 国 内消防相关 标准 以及 N F P A系列标 准 ， 结合 工作实践 ， 经过 对稳高压 消防给水 系统 的压力设 置 和启停联锁进行分 析 。 得出以下结论 ： a ) 驱动装 置的最大输 出功率是设置 消防稳压 泵 、 消 防电泵 和消 防柴 油泵启 停压 力值 时必 须考 虑 的重要 因 素之一 。 b ) 在 采用 N F P A 系列标 准进 行稳 高 压消 防给 水 系 统 设计 时 ， 依据 国 内标 准增 加一 个气压 缓 冲罐 ， 以确保 泵组 启动功 率不超过 驱动装 置最大输 入功率 ， 减少稳 压 泵的启停频 率。 c ) 通过列举工 程实例 ， 为保证消防泵启动期 间 ， 消防 ( 下转 第 9 4页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 4 天 然 号 与 石 油 N AT U RAL GAS AND OI L 2 0 1 4年 1 0月 参考文献 ： 1 G B 5 0 1 8 3 - 2 0 0 4 ， 石油天然气工程设计 防火规范 s GB 5 01 8 3 2 00 4，Cod e f or F i r e Pr ot e c tio n De s i g n of Pe t r ol e u m a n d Na t u r a l G a s E n g i n e e ri n g S 2 GB 5 0 2 5 1 2 0 0 3 ， 输 气管道工程设计规 范 s GB 5 02 51 2 00 3，Co deforDe s i gn o fGa sTr a n s mi s s i o nPi pl i ne E n gin e e ri n g S 3 s Y T 1 0 0 4 3 - 2 0 0 2 ， 泄压和减压 系统指 南 s S Y T 1 0 04 32 0 0 2Gui de for Pr e s s u r e R e fie vi ng a n d De pr e s s u r i n g S y s t e ms S 4 G B 5 0 1 6 0 - 2 0 0 8 ， 石 油化工企业设计防火规 范 S GB 5 01 6 0-2 008，Fi r e Pr e ve ntio n Cod e ofPe t r oc he mi c al En t e rpr i s e De s i gn S 5 G B 5 0 0 2 8 2 0 0 6 ， 城镇燃气设计规 范 s G B 5 0 0 2 8 2 0 0 6 ，C o d 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2 0 0 8， 5 0( 1 0 ) ： 6 2 6 4 3 NF P A 2 0- 2 0 1 3 ， S t a n d a r d for t h e I n s t a l l a t i o n o f S ta ti o n a r y P u mp s for F i r e P r o t e c ti o n S 4 庞术荣 9 0 0 k t a乙烯工程消防水系统设计简述口 石油化 工 安 全 技 术 ， 2 0 0 6， 2 2( 1 ) ：5 1 - 5 3 Pa ng S hu r on gThe Brie f o f Fi r e wa t e r S ys t e m De s i gn 90 0 kt a E t h y l e n e P r o j e c t J P e t r o c h e m i c a l S a f e t y T e c h n o l o gy， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 1 ) ： 5 1 5 3 5 范海成 大落差输水管线的引擎泵组启动方案研究U 中 国水 运 ， 2 0 1 3， 1 3( 6 ) ：1 0 7 1 0 9 F a n Ha i c h e n g S t u # o n S t a r t i n g S c h e me o f E n g i n e d ri v i n g P u mp s e t f o r Hi g h E l e v a ti o n Di ff e r e n ti al Wa t e r i n e J C h i n a W a t e r Tr a n s p o r t ， 2 0 1 3 ， 1 3 ( 6 ) ：1 0 7 1 0 9 6 NF P A 2 4 2 0 0 7 ， S t a n d a r d for t h e I n s t a ll a t i o n o f P ri v a t e F i r e S e r v i c e Ma i n s a n d T h e i r A p p u r t e n a n c e s S 7 G B 6 2 4 5 2 0 0 6 ， 消防泵 s G B 6 2 4 5 2 0 0 6 ， F i r e P u mp s s 8 黄 铭科 ， 吴晓玲 ， 孙 道林 石油化工 用消防泵选型 工程 实例 分析 J 石油化工设备技 术， 2 0 1 3 ， 3 4 ( 6 ) ： 1 3 1 7 Hu a ng M i ng ke ，W u Xi a o l i n g，S un Da ol i n，An a l y s i s o f Fi r e P u mp S e l e c t i o n i n P e t r o c h e mi c al I n d u s t r y J P e t r o C h e n fi c a l Eq u i p me n t Te c h n o l o gy ， 2 0 1 3 ， 3 4( 6) ： 1 3 1 7 9 G B 5 0 0 4 5 9 5 ， 高层民用建筑设计 防火规 范( 2 0 0 5版) s GB 5 00 4 595， Cod e for Fi r e Pr o t e c tion De s i gn o f Ta l l Bu i l d i n g s ( 2 0 0 5 Ve r s i o n ) S 1 O 张永强 石油化工企业稳 高压 消防 系统 中稳 压装置设计探 讨 J 石油化工安全环保技术， 2 0 1 4 ， 3 0 ( 1 ) ： 4 7 5 0 Zha ng Yo ng q i a ng Di s c us s i o n o n the Pr e s s ur e M a i nt e na nc e De v i c e o f S t a bi Ui z e d Hi g h Pr e s s ur e Fi r e Ex ting ui s hi ng S y s t e m i n P e tr o c h e m i c al E n t e r p r i s e s J P e t r o c h e mi c al S a f e ty a n d E n v i r o n me n t alP r o t e c ti o nTe c h n o l o g y ， 2 0 1 4， 3 0 ( 1 ) ： 4 7 5 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m