炼化装置消防水泵选型注意事项

王小鹏 鞠海华

摘 要：消防水泵相比普通离心泵而言，有一些特殊要求，为使工程设计人员能尽快掌握消防水泵的特点，根据实际工作经验，结合GB6245、NFPA20标准的要求，以及FM/UL认证的要求，总结了炼化装置中消防水泵选型时的注意事项，供工程设计人员参考使用。

关 键 词：消防水泵；注意事项；GB6245；NFPA20；FM/UL认证

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 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

煉化装置的物料一般为易燃易爆介质，一旦发生火灾，其危害性巨大。消防水泵是整个消防系统的“心脏”设备，因此消防水泵的选型就显得非常重要。作为一名工程设计人员，必须清楚相关标准规范对消防水泵的技术要求，笔者根据多年的工作经验，将工程设计阶段消防水泵选型的注意事项总结如下，供广大工程设计人员借鉴。

1炼化装置消防水泵的配置及适用标准

1.1 消防水泵的配置

根据消防水的来源不同，靠近海边的装置可能会采用海水消防泵，但大多数炼化装置中都是使用淡水消防泵。从驱动设备上看，一般是以柴油机驱动和电机驱动，理论上也可选用蒸汽透平等其他驱动机，但消防泵要求快速启动，蒸汽透平等其他驱动机往往不能满足要求，笔者执行过的项目中均为柴油机驱动和电机驱动。炼化装置中最为常见的配置是柴油消防泵+电动消防泵+电动保压泵，每种类型的台数的设置原则是在满足水量要求的前提下尽量减少台数，以减少泵房占地面积，同时要考虑适当的设置备用泵的数量。

笔者参与的某项目中，消防水泵的配置为两柴+两电+两保压，泵启动思路为：当管网压力低于6 barg时，一台保压泵将自动启动，直至管网压力达到7 barg时自动停止。两台保压泵互为备用，当其中一台泵损坏时，另一台泵必须能自动启动。当消防系统管网压力降4.5 barg时，，一台电动消防泵自动开启。当一台电动消防泵不能正常启动或启动后管网的压力不能达到7 barg，另一台电动消防泵自动启动。当第二台电动消防泵不能正常启动或开启后管网的压力达不到7 barg，则一台柴油消防泵自动启动。当一台柴油消防泵不能正常启动或开启后管网的压力达不到7 barg，则另一台柴油消防泵自动启动。消防泵不能同时开启，其开启间隔至少为10 s。电动消防泵和柴油消防泵都只能在现场手动停泵。

1.2 消防水泵的适用标准

炼化装置所在的地方不同，均需遵循当地的消防法规。受到篇幅的限制，本文不作展开讨论。仅对常见的国内标准GB6245[1]和美国标准NFPA20[2]进行对比讨论。

GB6245-2006《消防泵》，该标准由全国消防标准化委员会第四分委归口，由公安部上海消防研究所起草，首次发布为1986年，1998年第一次修订。由于消防泵国内制造的历史很短，起初是在上世纪80年代初开始以车用消防泵为主，工程用消防泵及泵组的国产化从上世纪90年代兴起，相关内容在1998版中才开始体现，直到2006年二次修订升版时采纳了NFPA20及UL等标准后再次补充了有关工程用消防泵及泵组的部分部件的技术要求。

NFPA20， 该标准是由美国消防协会（National Fire Protection Association）编制，该协会成立于1896年，是一个国际性的技术与教育组织。主要制订防火规范、标准、推荐操作规程、手册、指南及标准法规等[3]。该标准最早于1907年编制，其后经历了近30多次的修订升版，最新版本为2013版。标准包含了各式消防泵的泵规格、性能、附件及泵组中的驱动机、控制器、整个消防泵系统的测试等等方面的内容。许多条款被UL、FM等机构采纳，特别是在对用于驱动消防泵的柴油机及相关的控制柜等方面的章节几乎等同。

2 工程设计阶段选型注意事项

消防水泵是离心泵中比较特殊的一类，作为工程设计人员，必须要了解消防水泵的特点，以便在工程设计过程中选择适合的泵型，下面简要阐述几个比较重要的事项。

2.1 关于消防水泵的认证

对于执行NFPA20标准的消防泵，业主通常都会要求FM/UL认证；但是遵循NFPA20并一定带有FM/UL认证，这是部分设计人员容易范的错误，认为执行NFPA20一定带有FM/UL认证，其实不然。业主之所以考虑FM/UL认证，主要是因为如果带有FM/UL认证，整个装置的保险费会得到保险公司的优惠。是否需要FM/UL认证一般在工程公司与业主签订的设计合同或EPC合同中会注明，是否带有FM/UL认证对整个消防泵组的价格影响还是比较大的。认证要求消防泵组中的主要设备都是经过FM/UL认证过的产品，具体哪些设备需要进行认证，要有何种认证，笔者已根据经验总结在了表1中，一般可以理解为FM主要针对消防产品进行认证，认证的面较窄，但比较严格；UL主要针对消防泵组的电气类产品认证，UL的认证面比较宽泛，具体要求没有FM那么严格。

表1 消防泵组设备认证列表

Table 1 List of certified equipments in fire fighting pumps

设备名称 需何种认证

1 泵体 FM+UL

2 泵体自动空气释放阀 FM或UL

3 柴油机 FM+UL

4 柴油机蓄电池接触器 FM

5 柴油罐 UL

6 控制柜 FM+UL

7 柴油消防泵主安全阀 FM+UL

8 电动消防泵安全泄放阀 FM

9 电机 UL

10 联轴器 UL

对于国内执行GB6245标准的消防泵，其认证有所不同，它不要求对单个设备进行认证，而是对整个消防泵组进行认证，而且是按照“大覆盖小”的原则，即如果流量、扬程较大的泵组如果得到消防部门的认证了，则认为流量、扬程小的产品也是符合要求的。所有经过消防部门认证过的产品均可在消防局的官方网站上查到。故工程设计人员在技术澄清过程中可以登录中国消防产品信息网（网址http：//www.cccf.com.cn），进行查证厂商所报价的产品是否符合要求。

2.2 两标准中对消防水泵流量的界定

GB6245-2006中建议的流量系列为5-200 L/s，每隔5 L/s一档，随着目前炼化装置规模的增大，所需的消防泵水量实际已经超过200 L/s。由于是等间隔划分流量，且间隔不大，而且国内消防泵的认证是“大覆盖小”的原则，所以GB6245中建议的流量系列对于消防认证并没有实质性的影响，仅是泵型号中流量代码的数值不同而已。

NFPA20中给出的流量系列为25～5 000 GPM，每档的间隔并不等距，共21个系列。合格的供货商可以提供已由FM/UL认证过的对应流量的产品系列，而当流量超过5 000 GPM时，供货商一般没有认证过的产品，需要考虑单独认证的费用。

2.3 对性能曲线的要求

众所周知，离心泵的性能曲线中，随着流量的增大，扬程呈下降趋势。消防水泵作为离心泵，其性能曲线也具备此特点，当消防水量加大时，导致管网压力下降，正可以利用这一点通过压力开关来控制消防水泵的启停，所以希望泵性能曲线有一定的陡度。但是作为消防水泵来讲，曲线又不能过陡，以避免水量加大时，压力下降过快，导致管网压力达不到系统最远端，所以需要对曲线陡度加以限制。

早期的GB6245中并没有对曲线形状有要求，后来在2006年修订时，参照了NFPA20里的要求，目前两标准中对泵曲线的要求是一致的，即：泵的流量需要能达到150%的额定流量，且在150%流量时扬程下降不能超过额定扬程的65%。另外关死点扬程不能超过额定扬程的140%。流量扬程曲线的限制直观的表示在图1中。

图1 泵性能曲线

Fig. 1 Pump characteristics curve

2.4 轴封选择

GB6245中并没有对机械密封或填料密封有限制，考虑到消防水泵是不经常运行的设备，机械密封的损坏往往在启动瞬间容易发生，且一旦发生将是破坏性的，所以笔者建议消防水泵还是选择填料密封为好。

NPFA20中也并没有对机械密封或填料密封有限制，但是如果需要FM/UL认证的话，则只能选择填料密封。这一点需要特别注意，笔者注意到很多工程设计人员错误地认为执行NFPA20就只能选择填料密封，这是不准确的。

2.5 材料选择

由于消防系统不常用，为避免泵进出口阀由于长期锈蚀而导致在紧急情况下无法打开，因此消防系统中要求消防泵的进出口阀门都是保持常开状态，这有别于普通离心泵的正常开启工况。由于泵在阀门大开的情况下启动，泵的各个部件将承受较大的扭矩，因此要求各部件必须具备足够的强度[4]。消防泵间歇操作的周期较长，虽有定期维护保养，仍易产生锈蚀，以致发生泵轴咬死等影响正常运转的现象。因此消防泵的过流部件必须具备一定的抗腐蚀能力[5]。

GB6245-2006强制规定叶轮、叶轮密封环、壳体密封环、套环、填料环、水封环、填料压盖、机械密封盖、填料轴套、轴承套、挡套、中间衬套、减压衬套、密封压盖、压盖螺母、轴套螺母、叶轮螺母和放水旋塞应采用抗腐蚀性材料制成。

NFPA20本身偏重于安装和系统配置，对消防泵材质没有很明确的规定；如果需要FM/UL任证，对于淡水消防泵，各廠商任证过的材质中壳体为铸铁，叶轮为青铜；对于海水消防泵，因各地水质不同，需根据海水水质报告选择合适的材料后再单独进行任证。

2.6 驱动机功率的选择

GB6245中对电机功率的要求为：水泵在150%额定流量时的轴功率不宜超过电机功率的1.05倍。对柴油机功率的要求为：柴油机的常用功率大于水泵额定轴功率的1.1倍，柴油机备用功率须大于泵150%额定流量工况下轴功率的1.1倍。

NFPA20的规定稍有不同，允许水泵的最大轴功率超过电机功率，但相关系数的要求到1.15。另要求是水泵最大轴功率为制动功率，而不仅仅是计算到1.5倍水泵额定流量工况的功率。

2.7 柴油机启动的要求

GB6245和NPFA20的规定基本一致：柴油机应具有自动及手动启动功能，手动启动应包括在柴油机旁及控制柜上手动启动。柴油机应具有良好的常温启动性能，应保证5 s内顺利启动，引上水后20 s内使消防泵达到额定工况。除超速断路装置动作使柴油机停车外，柴油消防泵组不得自动停机，只能手动操作停机。在控制线路故障时，为蓄电池供电的主蓄电池接触器应能人工机械合上。

2.8 柴油机蓄电池的要求

GB6245和NPFA20的规定基本一致：每台柴油机应配备两套蓄电池组；需提供两种充电方式，一种是机载发电机，另一种是通过自动控制从交流电源处获取能量的充电设备；蓄电池的容量应能满足6次自动循环的要求（3 min内15 s启动15 s间隔）。

2.9 柴油罐容积的选择

GB6245和NFPA20相同的要求是：柴油罐不应被灌满，应保证有5%的空余；另应保证5%的沉淀容积不会被柴油机吸入。不同的要求是：GB6245要求保证柴油量在额定工况下要连续运转4 h；而NFPA20正文中规定的1 kW柴油机对应5.07 L的柴油，后文备注中注明这是按照连续运转6 h的要求。

另外需注意的一点是如果有FM/UL认证要求的话，厂商认证过的柴油罐容积是系列化的，如果计算出来的容积恰好处在两档之间，则需选择较大容积的。举例说明，某厂商认证过的柴油罐系列是150、300、500、700、900 gal，计算容积需要710 gal，应选择900 gal的柴油罐，但有时投标人员为降低成本，往往报价700 gal的罐，认为差的10 gal可忽略不计。对比，笔者并不认同，消防系统作为装置安全的最后一层保障，应严格保证消防时间的要求，柴油罐容积在标准规定范围内只大不小。

2.10 控制柜方面选择的注意事项

GB6245中规定：控制柜应具有显示柴油机的运行状态及启动成功的信号指示，该信号指示的电源不应来自于柴油机的发电机或充电器。控制柜须具有柴油机油温高、水温高及润滑油油压低的报警指示。超速故障信号应送至控制柜，该控制柜不能复位直到超速停机装置被手动复位至正常位置。控制柜应有可见指示来指明控制柜处于自动状态。控制柜应具有远距离启动柴油机的端子。

NFPA20中规定：控制柜应能显示泵处于自动运行状态。主指示灯及报警包括：低油压、冷却水温高、自启动失败、超速停机。远传信号：柴油机运行、手动档、关机档、综合故障。其它报警信号：蓄电池失效、蓄电池充电器失效、空气或液压压力低、系统超速、燃油注入故障、燃油油位低。压力记录仪要求至少记录7 d的运行信息。控制柜显示屏的示意图参见图2。

图2 控制柜显示屏示意图

Fig.2 Sketch of controller screen

2.11 检验试验注意事项

关于检验试验的要求，在GB6245-2006的第10章及NFPA20的第14章都有详细要求，这里强调一下二者对水压试验要求的差异。

GB6245中规定：“堵塞泵的过流部件的所有开口，逐步对泵壳加压至最大工作压力与进口最大允许正压的压力之和的2倍或2.0 MPa，两者取大者，在此压力下持续（1±0.2）min。”

NFPA20中规定：水压试验压力不得低于13.8 bar，或最大压力加3.4 bar，两者取大者，保压时间为2 h。

3 结束语

本文根据多年的工作经验积累，结合GB6245、NFPA20标准的要求，以及FM/UL认证的要求，总结了炼化装置中消防水泵选型时的比较重要的几个事项，供广大设计人员参考使用。

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