工程消防泵选型的探讨

丁强民，操松林，刘海山，文宏刚，王祥薇

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031）

消防泵在使用上有其特殊性。在工作时，泵一般处于非额定状态，偏工况运行是消防泵的常态；在设计时，更多地强调泵的可靠性和使用的便捷性。

石化装置现场、化工企业现场和油气码头等工矿企业使用的消防水泵属于工程消防泵，其设计、制造、选型应符合《消防泵》GB6245-2006，同时还要参考《离心泵技术条件Ⅲ类》GB/T5657-2008；消防系统的设计按照《石油化工企业防火规范》GB50160—2008和《建筑设计防火规范》GB50016—2006的相关要求。

1 消防泵标准的理解

由公安部提出、上海消防研究所起草的《消防泵》GB6245-2006标准规定了消防泵，包括无动力消防泵（习惯称之为泵头）、消防泵组的名词术语、分类与型号、性能要求、试验方法、检验规则和标志。该标准为强制性，适用于输送清水、泡沫灭火剂或泡沫溶液的消防泵。

标准第6条规定了工程用消防泵的结构、材料、外观质量、主要技术参数、机械性能、连续运转性能等方面的要求。在技术参数方面，标准规定了工程用消防泵必须满足2个工况点。

（1）工况1。在吸深1m时（普通消防泵），在吸深0m时（深井、潜水消防泵），应满足额定流量（Qn）和额定压力（Pn）的要求，同时工作压力不超过额定压力的1.05倍。

（2）工况2。在吸深1m时（普通消防泵），在吸深0m时（深井、潜水消防泵），应满足1.5倍的额定流量（Qn）时，工作压力不低于0.65倍的额定压力。

2 泵的选型

2.1 考虑泵型

对厂区设有地上消防水池的泵，多选用卧式单级离心泵(如IS型水泵、S型双吸水泵)、立式单级离心泵(如G型管道泵)或卧式多级泵(如D型泵)、立式多级泵(如DL型泵)等，采用自灌启动。要求启动前水池液面高于卧式泵的排气口或立式泵的第一级叶轮，对于轴封为机封的立式泵，水池液面还应高于机封上部的排气口。如果水池液面达不到自灌启动的要求，后果就很严重。对厂区设有地下消防水池的泵或利用江河湖海自然水系的泵，多选用立式长轴液下泵，该泵型相对稳健可靠。

2.2 考虑流量参数布置

消防泵选型在参数选取时，需要考虑工况点的布置，性能参数须与泵的设计参数相对吻合，使泵组2个工况点都处于高效范围、2个工况点之间都处于高效区。这样，即使运行工况点偏离，泵仍然相对高效，且泵不会因径向力增大而失效，也不会因径向力问题出现断轴现象。

鉴于消防泵的技术参数，其水力特征均为离心式泵。它的优先工作范围为0.7～1.2倍的设计流量（最佳效率点流量），相关标准建议选型时额定流量点应位于0.8～1.1倍的最佳效率点。按照《消防泵》GB6245-2006标准的要求选型时，应将泵的正常流量布置在0.8倍设计流量附近，最大流量布置在1.2倍设计流量附近，这样的选型才比较合理。它既考虑了效率问题——泵工作区均在高效范围，又考虑了泵偏工况运行时的可靠性问题——避免过大的径向力。

2.3 考虑配套动力

对于消防泵来说，驱动机可能是电机、汽油机、柴油机等。不论选择什么动力源，驱动机功率必须具有包容性。对离心式消防泵，在允许使用的流量范围，泵的轴功率曲线为随流量增大的上升曲线，如图1。因此，我们在考虑动力配套时，不能简单理解配套功率为额定工况点轴功率的1.1～1.25倍就可行，而需要考虑满足1.5倍额定流量时的功率需求。这一点与化工装置上的流程泵有着明显的区别。在化工流程中，流量由出口阀来严格控制，选型的额定流量即为泵工作的最大流量，在工作范围内，其它工况点的轴功率不会超过该点的轴功率，因此只需按此点配套动力。对于消防泵，额定点（额定流量、额定压力下的工作点）只是指导选型的技术指标点，或者说只是实际工作的一个点，真正工作的是在额定点和1.5倍额定流量两者之间的区域。

3 选型实例

实例1：

烟台万华异氰酸酯搬迁消防主泵4台，要求技术参数：流量250L/s，扬程105m。

合理选型：工艺要求的流量为900m3/h，按上述选型建议，则泵的设计流量应为1125m3/h。查样本比较接近的泵型是350S125，其设计流量1260m3/h、扬程125m，转速1480r/min，效率81%。切割叶轮后可得所需参数：流量900m3/h，扬程105m，效率76%，轴功率338kW；当1.5倍流量1350m3/h时，扬程75m，效率约70%，轴功率394kW，配套电机功率为450kW。泵组标识型号为：XBD10.5/250-G-350S125。

事情进展得很顺利，小虫得手了。玉敏摸着黑到了家，小虫就把玉敏拉进屋，关上门，从箱子里拿出了紫红色钻戒。玉敏捏着钻戒，左瞅右瞅，惊奇地说，和我卖给许沁的那款太像了，款型大小都一样，色泽也差不多。小虫竖起拇指，说那就好办了，你明天拿回店里，对雨落她们就说，许沁把钻戒还了。玉敏说她们会信么？小虫说，就这么说，信不信由她们。玉敏点点头。小虫吁了口气，说钻戒总算还了，我们再不用愁肠百结了。玉敏的眼泪突然迸发出来，趴在小虫肩上说，小虫，谢谢你。小虫抹去玉敏的泪，说谢什么，我不只是帮你，也是帮我自己嘛。我老婆去坐牢，我的日子多难熬。玉敏含着泪，说我们把钻戒还了，可姑妈呢？小虫说对于姑妈，这是九牛一毛。

错误的选型示例：某泵厂由于未透彻理解消防泵的标准，选XBD10.5/250-250SS150A，配套电机450kW。结果有2台泵运行50多h后断轴，断轴位置均在轴伸端轴承附近。制造厂的断轴分析报告有如下表述：在泵启动前，轴对中的调节良好（使用的是膜片联轴器），对中偏差小于12丝；在使用50h后即有2台泵出现断轴现象；拆检时发现，泵进出口法兰与管路偏心。

我们不妨从泵选型方面来分析一下泵断轴的原因。从泵的出厂试验报告看，该泵的设计流量（试验报告中高效点流量）为920m3/h，叶轮外径D2=540mm，叶轮出口宽度B2=45mm（该宽度为估测），该泵轴危险截面直径φ64.5mm。对标准要求的工况点1处（额定流量900m3/h）时，扬程106.5m，效率74%，轴功率354kW；对标准要求的工况点2处（1.5倍额定流量）1350m3/h时，扬程73.7m，效率60.6%，轴功率447kW。显然，工况点2（1350m3/h）偏离设计流量点920m3/h较远，该泵如果在此点长时间运行时，泵的径向力不容忽视。此时，径向力Fr=9.81×K·H·D2·B2kN≈7kN。

H：扬程；D2：叶轮外径；B2：叶轮出口宽度；Kr：试验系数。

其中，Kr=0.36×［1-(Q/Qn)2］=0.36×［1-(1350/920)2］=0.41517。

Q：流量；Qn：额定流量。

轴的扭矩：Mn=9550Pj/n=9550×447/1480=2884.4 Nm。

Pj：轴功率；n：转速。

仅考虑扭转作用，估算泵轴的最小轴径为：

dmin=(Mn/0.2/［τ］)1/3=(2884.4/0.2/60×106)1/3=0.06218m=62.18 mm。

式中，材料剪切应力［τ］取60×106Pa，泵轴材质42CrMo。

由此可见，泵的轴径偏小，设计裕量不大，容易出现断轴现象。后期制造厂将泵轴加粗5mm，同样工作条件，未出现断轴问题。

实例2：

陕西美鑫铝镁合金项目配套动力站消防主泵1台，要求技术参数：流量560m3/h，扬程110m，效率≥83%。合理选型：工艺要求的流量为560m3/h。按选型建议：则泵的设计流量应为700m3/h。查样本比较接近的泵型是HS250-200-650B，其设计流量735m3/h，扬程138m，转速1480r/min，效率80%。切割叶轮后可得所需参数：流量560m3/h，扬程110m，效率76%，轴功率220kW；1.5倍流量840m3/h，扬程约90m，效率74%，轴功率278kW，配套电机功率为300 kW。泵型号为：XBD11/156-G-HS250-200-650B。

从选型情况看，泵的效率指标偏高，所选泵的型号不达标。系统设计对泵效率的要求偏高，超出行业水平达不到，可参考进口产品，或与用户协商来降低技术要求。

4 结语

泵出现断轴的现象并不少见，特别是高扬程、重载泵。避免泵断轴的关键一步是合理选型。对工程消防泵来说，大多没有运行流量的严格控制，注定了泵必须有足够的偏工况运行的能力。

将泵的正常流量布置在0.8倍设计流量附近，最大流量布置在1.2倍设计流量附近，这样消防泵的选型才比较合理：既考虑了效率问题，又考虑了泵偏工况运行时的可靠性问题，该选型方法值得推广。

[1]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，2013，34（6）：13～17.

[2]田骅.GB6245，消防泵的特殊要求——浅析[S].水泵技术2001，（5）：24～26.

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