NFPA20规范对消防泵选型和安装的要求

王树乾 邱宏宇 梅欢

中国石油工程建设有限公司

伴随着“国家走出去”发展战略和“一带一路”发展规划，我国工程公司业务范围开始涉及海外工程设计、施工及工程总承包等业务，工程技术人员逐渐认识到为了满足建设项目所在地消防监管部门的审批要求，大部分海外项目的消防泵要求满足美国NFPA20消防泵安装标准[1]。此外国际公司在中国投资建厂，其成套供应的消防系统配套的消防泵也按NFPA20标准设计采购供货。国标GB 6245—2006《消防泵标准》[2]和 GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[3]也采纳了NFPA20的部分要求进行了修订。本文结合近年来工作中对NFPA20相关内容的理解和采购评标经验，介绍了NFPA20规范对消防泵设计的一些特殊要求。

1 设计压力及泄压安全阀安装要求

NFPA20—2003以后版本要求消防泵和出口管线的设计压力不小于泵关阀点扬程加泵的最大吸水静压力，禁止采用泄压安全阀来降低系统设计压力[1]。这一要求主要是基于泄压安全阀的可靠性考虑，安全阀故障时可能导致系统超压。先于2003年版本的NFPA20没有严格禁止采用泄压安全阀来控制泵小流量下或者出口阀关闭时系统操作压力超过设计压力的情况，只是在1999年版本中认为泄压不是一个好的设计[1]。尽管现在仍有许多按旧规范设计的系统在使用，但由于工程技术人员经常套用以往的设计经验，容易导致忽略此条款的要求。

规范的要求在正常操作条件下保证了消防泵系统的工作压力不超过系统的设计压力。但是对于柴油机驱动的消防泵，满足规范要求的控制器在转速超速10%时才会自动停止柴油机[1]，根据泵的相似定律此时泵的关阀扬程最大可达121%泵的额定转速下的关阀扬程。为了不提高整个系统的设计压力水平，规范允许柴油机驱动的消防泵通过安装泄压安全阀的方式降低系统的设计压力。这样的规定是出于泵的控制系统和安全阀不同时发生故障考虑，即独立事件的故障不同时发生，在故障状态下可以保证系统操作压力不大于设计压力。对于泄压安全阀的选型，规范详细解释了泄压阀选型的计算方法，即按泵的性能曲线使消防泵系统在故障时操作压力小于设计压力，确定泄放量，然后依据泄放量和泄放压力选择安全阀。为了方便选型，规范根据泵的流量范围提供了泄压阀尺寸和泄压管线尺寸。

由于消防泵可能在出口没有流量的情况下工作导致泵过热，未安装压力泄压阀的系统应安装3/4 in或1 in的热泄放安全阀[1]。对于已安装压力泄压阀的系统也应使其在起跳压力设定上满足这一要求。压力泄压阀和热泄放安全阀的设定压力值应小于泵关阀点扬程加泵最小吸水静压力。

2 性能曲线要求

在消防泵性能曲线要求方面，国标GB 6245—2006和GB 50974—2014借鉴了NFPA20规范，要求消防泵性能曲线平滑且不能具有驼峰，关阀扬程不大于额定流量下扬程的140%，150%额定流量下的扬程不小于额定流量下扬程的65%[1-5]。由于实际灭火时火场情况的复杂性，按额定流量选型的消防泵通常不会和火情相匹配[6]，具有平滑性能曲线的消防泵，流量变化时压力变化不明显，在实际灭火流量大于额定流量时可以保证灭火的可靠性，在实际灭火流量小于额定流量时可以减少消防水的浪费。

NFPA20要求消防泵生产厂商进行工厂性能测试，提供实测的性能曲线。性能曲线应包括从泵关阀点到150%额定流量点的范围，并且能够反映泵的最大轴功率。泵的最大轴功率通常在额定流量的130%～150%之间[1]，但有时泵的最大轴功率可能大于130%～150%额定流量的轴功率，则需要测出泵的最大轴功率。曲线通常包括5个点的测试结果，关阀点、额定流量点、150%额定流量点，另外2个点分别为额定流量点与关阀点和150%额定流量的中间值[1]。

消防泵在实际使用过程中，由于叶轮腐蚀等因素，可导致泵的性能下降，从而不能满足设计的水量和水压要求。规范要求对实际安装的消防泵提供流量测试功能，供监管部门或用户周期性检测消防泵的性能。

选择合适性能曲线的消防泵通常应综合考虑泵的工作情况和管网的性能曲线。满足NFPA20规范的消防泵的性能曲线，在关阀点压力可为额定流量下扬程的101%～140%，在150%额定流量点的压力可以为额定流量下扬程的65%到仅仅略小于额定扬程[1]。当消防泵并联工作时，对于性能曲线平坦的消防泵，考虑并联后的性能曲线和管网性能曲线，并联工作的第2台水泵通常流量增加比较小。为了克服这一不利因素，同时降低系统的设计压力水平，结合实际的工程经验和参考国外工程石油公司的设计规范，通常要求泵的关阀点扬程不大于额定流量下扬程的125%，当泵在并联工作时，应使泵的关阀点扬程大于额定流量下扬程的110%。

3 泵密封要求

通常泵的密封包括机械密封和填料密封两种形式[5，7]。机械密封的零件较多，加工复杂，安装精度高，没有轴套磨损，几乎不泄漏，密封摩擦消耗功率低，但可靠性比较低。而填料密封相较机械密封情况正好相反，考虑到消防泵只在灭火和测试时开启，NFPA20规范明确要求消防泵应采用填料密封[1，5，8]。

4 驱动机要求

工程应用中消防泵通常采用电动机或柴油机驱动，NFPA20规范要求消防泵配置的驱动机需要满足水泵在任何工况下的要求[1，3，7]。因为消防泵可能在灭火过程中由于动力故障导致备用泵启动，此时由于灭火设备已开启，备用泵开启时出水管道系统已部分或完全泄压，为了使消防泵开启时驱动机不过载，驱动机的功率需满足泵性能曲线上最大功率的要求。

考虑泵的制造在实际运行中与设计的偏差，驱动机功率通常需要考虑10%的功率储备[7]。对于满足NEMA标准的电动机，电动机安全因子1.15乘以电动机额定功率需不小于水泵最大轴功率的110%。对于柴油机，规范要求柴油机的4 h最小功率应至少大于柴油机额定功率的10%[1]，同时需按照使用场所的环境温度和气象条件对柴油机功率折减，然后使柴油机4 h的最小功率大于水泵最大轴功率的110%。规范在驱动机选型时利用了驱动机的过载能力，为了提高消防泵系统的可靠性，一些国外石油公司标准要求高于NFPA20规范，要求消防泵配置驱动机时需采用驱动机连续功率选型。

5 稳压泵选型和压力控制启动设定

对于压力控制启动的消防泵，消防泵系统需要安装稳压泵维持管网的压力。通常为了在火灾时快速启动消防泵，稳压泵应维持系统压力大于消防泵操作压力[7，9]，同时泵的流量小于消防系统开启时的流量。对于只供给喷淋灭火的系统，规范建议稳压泵流量小于单只喷头开启的流量[1，5]。目前许多项目消防泵系统稳压泵设定压力远远小于消防泵系统的正常操作压力[10-11]，担心系统平时压力高容易泄漏，反而降低了系统的响应时间。

针对压力控制的消防泵和稳压泵，系统控制压力可按如下方式设定：消防泵启动压力为系统设计条件下操作压力，多台并联工作的消防泵可按时间间隔和压力要求开启[8-9]。稳压泵启动压力为消防泵启动压力加34 kPa，稳压泵停止压力为稳压泵启动压力加68 k Pa，且不超过系统的设计压力。

6 结束语

NFPA20规范为美国消防协会消防泵安装标准，作为国际项目的通用标准目前已被大部分国家消防监管部门接受，其涉及的内容非常广泛、详细，全面介绍规范超出本文的范围，对于规范的全面理解认识需要广大工程技术人员结合实际应用仔细研读。本文基于规范与实际工作中设计选型和采购评标遇到的问题，对比我国消防标准，仅仅就规范中比较重要的一些问题进行了解读，希望能为广大工程技术人员在项目设计中提供一定的帮助。