稳高压消防给水系统压力设定值探讨.pdf
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、 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
6、 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
7、 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
8、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
9、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
10、 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
11、 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
12、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 ,
13、 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
14、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
15、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
16、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
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