石油化工用低压消防水泵的选型设计分析

王福生

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛 266071）

石油化工用低压消防水泵的选型设计分析

王福生

（中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛 266071）

消防系统中大多数消防用水都需要消防泵进行加压，以满足灭火时对水压和水量的要求，因此消防水泵的选型设计也就显得尤其重要。与石油化工用流程泵不同，消防泵的选型设计有其特殊的要求，其执行的标准规范也不同。通过对GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007标准的分析，结合实际工程经验，就石油化工用低压离心消防水泵的水力性能、附件配置、部件选材、轴封、联轴器等方面提出个人建议，为石油化工用低压离心消防水泵的选型设计提供参考。

消防泵；水力性能；轴封；联轴器

在石油化工装置中，发生火灾的危害性巨大，因此减轻火灾损失的消防系统越来越受到关注与重视。消防系统中大多数消防用水都需要消防泵进行加压，以满足灭火时对水压和水量的要求，消防水泵的选型设计也就显得尤其重要。

与石油化工用流程泵不同，消防泵的选型设计有其特殊的要求，其执行的标准规范也不同。目前我国消防水泵标准为GB 6245—2006［1］，内容涵盖：车用消防泵、船用消防泵、工程用消防泵等，其内容条款比较粗略，没有给予明确具体规定。

国外消防泵的标准主要是NFPA 20—2013［2］，该标准由美国国家消防协会制订，内容涵盖：消防水的供给、消防泵进出口系统设置、消防泵及其辅助系统、驱动机及其控制、验收试验及操作等，其内容条款相对细致明确。UL 448—2007［3］是由美国保险商实验室制订，其内容涵盖了离心消防水泵的结构、性能、实验等详细要求。

本人通过对GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007标准的分析，结合实际工程经验，就石油化工用低压离心消防水泵的水力性能、附件配置、部件选材、轴封、联轴器等方面提出个人建议，为石油化工用低压离心消防水泵的选型设计提供参考。

1 低压离心消防水泵的水力性能

消防泵通常处于停泵状态，在紧急情况时联锁启泵，消防系统用水量可能会剧增，此时消防泵必须保证水压不能下降太多，以免影响灭火效果。在用水量减少时，压力又不能太高，否则必须使用耐压更高的管道及附件，从而增加投资。由于用水量波动范围大，这就要求消防泵具有较宽的操作范围和平坦的扬程—流量性能曲线。

对于消防泵的性能要求，GB 6245—2006 6.4.2条：工况2：在吸深1 m时，流量为1.5 Qn，工作压力不应小于0.65 Pn；最大工作压力不超过1.4 Pn。NFPA 20—2013 6.2条：消防泵应不小于额定流量的150%，额定流量的150%时扬程应不低于额定扬程的65%；关闭点扬程不应超过额定扬程的140%。API 610—2010［4］6.1.11对于所有运行工况，泵最好具有稳定的扬程/流量曲线（连续上升至关死点）。如果要求并联运行，则必须具有这种稳定的扬程/流量曲线，且从额定点至关死点的扬程上升量至少是额定扬程的10%。

从图1可以看出曲线（1）为NFPA 20—2013允许的最陡峭的性能曲线，曲线（2）为NFPA 20—2013允许的最平坦曲线。考虑到消防水泵并联操作时泵的平稳运行，建议消防泵关死点扬程范围为额定点扬程的110%～140%。

由于消防水泵的性能要求与石油化工用流程泵不同，消防水泵的驱动机功率的选取方式也不同。石油化工用流程泵驱动机功率的选取是以额定点轴功率为基础，而消防水泵驱动机功率的选取是以曲线上最大轴功率为基础。所以消防水泵所配驱动机的功率应满足所选泵流量扬程曲线上任何一点运行所需功率的要求。

图1 消防泵性能曲线Fig.1 Performance curve of fire pump

2 低压离心消防水泵的附件配置

2.1 耐磨环

GB 6245—2006和NFPA 20—2013没有对耐磨环作明确要求。UL 448—2007 8.1条款：应提供泵壳耐磨环，叶轮耐磨环则不需要提供。磨环环可以缩小泵体和叶轮之间的间隙，提高泵效率，一旦磨损可更换耐磨环，降低设备维修成本。但由于叶轮耐磨环随叶轮一起旋转运动，脱落时会引起机械故障，影响设备的可靠性。建议消防水泵应提供耐磨蚀的泵壳耐磨环，叶轮耐磨环则不需要提供。

2.2 进出口压力表

GB 6245—2006 5.1条：泵进出口法兰上应设取压孔，应有压力表。NFPA 20—2013 4.10条：进出口靠近泵处设置压力表。建议在消防泵进出口法兰上设置压力表，方便观察进出口压力。

2.3 自动排气阀

GB 6245—2006没有相关规定，NFPA 20—2013 6.3.3条：除中心线顶部排出和立式安装自然放空的悬臂叶轮泵外，自动控制的泵应设置浮动式泵壳自动排气阀。自动排气阀安装在泵壳的顶端，依靠水的浮力关闭排气阀。当泵壳内有气体，由于密度的作用，会上升到阀腔内，随着阀内气体的增多，压力上升，当气体压力大于系统压力时，气体会使腔内水面下降，排气阀被打开，气体排尽后，水位上升，关闭排气阀。由于消防泵需要做到随时待命，而不像普通的工艺泵那样在启动之前可以手工排气，所以安装这个自动排气阀就非常有必要。

2.4 溢流阀

GB 6245—2006未对溢流阀做出规定。NFPA 20—2013 4.11条：每台消防泵都应设置自动溢流阀，溢流阀的设定压力应小于以最小期望入口压力折算的关闭点压力。溢流阀应设置在出口单向阀前，应能保证足够的水量来避免泵在没有排出流量时过热，其作用相当于最小热回流线。溢流阀不能设置在柴油机冷却水取自泵出口的柴油机驱动泵上。建议除从泵出口引冷却水的柴油机驱动泵外，都应设置溢流阀。

3 低压离心消防水泵的部件选材

GB 6245—2006 6.2条：泵壳应采用铸铁、铸钢、铸铝或铸铜合金。轴应采用至少为2Cr13的不锈钢或相当的抗腐蚀性材料；或者轴使用碳钢材料，但在填料盒及泵体过流流道处须采用抗腐蚀性材料的轴套。叶轮、叶轮密封环、壳体密封环等零部件应采用抗腐蚀性材料制成。NFPA 20—2013 3.3.9条：抗腐蚀性材料。石油化工用离心消防水泵壳体通常采用铸铁，叶轮、轴套、耐磨环采用青铜，轴采用青铜或2Cr13不锈钢。

4 低压离心消防水泵的轴封

GB 6245—2006、NFPA 20—2013对离心泵的轴封型式也没有限定。UL 448—2007 11条：泵应提供填料密封。离心泵的密封型式通常有机械密封和填料密封，机械密封长周期平稳运行时相对填料密封具有泄漏量小、使用寿命长、摩擦功率小。但由于消防水泵通常处于停泵状态，填料密封的泄漏量、使用寿命及摩擦损失并不明显。关键是两种密封失效方式不同，机械密封可瞬间失效，并可能引起抱轴现象，而填料密封失效形式是逐渐显现的。消防泵在关死点或最大流量下运转时，泵的工作点远离其最佳效率点，振动较大，此时机械密封更容易损坏。因此在离心式消防泵上采用填料密封比机械密封更为可靠。建议离心消防水泵采用填料密封。

5 低压离心消防水泵的联轴器

GB 6245—2006 9.6条：联轴器应采用铸钢或不锈钢材料，宜采用梅花形弹性联轴器，弹性件宜采用聚氨酯橡胶材料。NFPA 20—2013 6.5.1条：应采用弹性联轴器，但没有规定联轴器的型式。石油化工流程泵的联轴器一般都采用膜片联轴器，膜片联轴器靠膜片的弹性变形来补偿两轴的轴向、径向和角位移，但扭转弹性较低、缓冲减振性能差、对中要求高，主要用于载荷比较平稳的高速传动。梅花形和柱销联轴器允许被联接两轴的轴向、径向和角位移，通常用于轴向窜动较大和起动频繁的电机驱动消防泵。高弹性联轴器和万向节联轴器除允许轴向、径向和角位移外，减振降噪效果明显，通常用于柴油机驱动的消防泵。建议离心消防水泵采用梅花形或柱销联轴器（电机驱动），或者是高弹性联轴器或万向节联轴器（柴油机驱动）。

6 总结

通过对GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007标准的分析，结合实际工程经验，提出石油化工用离心消防水泵的以下建议：

（1）流量不小于额定流量的150%，为额定流量150%时扬程应不低于额定扬程的65%；具有连续上升至关死点的扬程/流量曲线，关死点扬程范围为额定点扬程的110%～140%；所配驱动机的功率应满足所选泵流量扬程曲线上任何一点运行所需功率的要求。

（2）应提供泵壳耐磨环，叶轮耐磨环则不需要提供；进出口法兰上设置压力表；不能自排气的泵应设置自动排气阀；除从泵出口引冷却水的柴油机驱动的泵外应设置自动溢流阀。

（3）泵壳通常采用铸铁，叶轮、轴套、耐磨环采用青铜，轴采用2Cr13不锈钢。

（4）轴封采用填料密封。

（5）联轴器采用梅花形或柱销联轴器（电机驱动），或者高弹性联轴器或万向节联轴器（柴油机驱动）。

［1］GB 6245.消防泵［S］.2006.

［2］NFPA 20，Standard for the Installation of Itationary Pumps for Fire Protection ［S］.2013.

［3］UL 448，UL Standard for Safety for Centrifugal Stationary Pumps for Fire-Protection Service ［S］.June，2007.

［4］API 610，Centrifugal Pumps for Petroleum，Petrochemical and Natural Gas Industries ［S］.September，2010.

Analysis of Design and Type Selection of Petrochemical Low Pressure Firefighting Pump

Wang Fusheng

（CPECC East-China Design Brach，Qingdao 266071）

Fighting used water in fire extinguishing system generally is needed to pressurize by using firefighting pump so as to meet the requirements in water pressure and volume.Thus the selection and design of firefighting pump are important.Different from petrochemical pump，there are some special requirements for firefighting pump，thus different standards should be applied.Through the analysis of standards，such as GB 6245-2006，NFPA 20-2013 and UL 448-2007，and combined with practical engineering experiences，in this article，some proposals for firefighting pump in the aspects of hydraulic performance，auxiliary parts preparation，selection of part materials，shaft seal and coupling were presented，which were referenced in the selection and design of low pressure centrifugal firefighting pump used in petrochemical industry.

firefighting pump； hydraulic performance； shaft seal； coupling

TQ 086.1

A

2095-817X（2016）04-0047-003

2016-03-23

王福生（1983—），男，工程师，从事旋转机械的工程设计及研究。