石油化工用低壓消防水泵的選型設計分析

王福生

（中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島 266071）

石油化工用低壓消防水泵的選型設計分析

王福生

（中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島 266071）

消防系統中大多數消防用水都需要消防泵進行加壓，以滿足滅火時對水壓和水量的要求，因此消防水泵的選型設計也就顯得尤其重要。與石油化工用流程泵不同，消防泵的選型設計有其特殊的要求，其執行的標準規范也不同。通過對GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007標準的分析，結合實際工程經驗，就石油化工用低壓離心消防水泵的水力性能、附件配置、部件選材、軸封、聯軸器等方面提出個人建議，為石油化工用低壓離心消防水泵的選型設計提供參考。

消防泵；水力性能；軸封；聯軸器

在石油化工裝置中，發生火災的危害性巨大，因此減輕火災損失的消防系統越來越受到關注與重視。消防系統中大多數消防用水都需要消防泵進行加壓，以滿足滅火時對水壓和水量的要求，消防水泵的選型設計也就顯得尤其重要。

與石油化工用流程泵不同，消防泵的選型設計有其特殊的要求，其執行的標準規范也不同。目前我國消防水泵標準為GB 6245—2006［1］，內容涵蓋：車用消防泵、船用消防泵、工程用消防泵等，其內容條款比較粗略，沒有給予明確具體規定。

國外消防泵的標準主要是NFPA 20—2013［2］，該標準由美國國家消防協會制訂，內容涵蓋：消防水的供給、消防泵進出口系統設置、消防泵及其輔助系統、驅動機及其控制、驗收試驗及操作等，其內容條款相對細致明確。UL 448—2007［3］是由美國保險商實驗室制訂，其內容涵蓋了離心消防水泵的結構、性能、實驗等詳細要求。

本人通過對GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007標準的分析，結合實際工程經驗，就石油化工用低壓離心消防水泵的水力性能、附件配置、部件選材、軸封、聯軸器等方面提出個人建議，為石油化工用低壓離心消防水泵的選型設計提供參考。

1 低壓離心消防水泵的水力性能

消防泵通常處于停泵狀態，在緊急情況時聯鎖啟泵，消防系統用水量可能會劇增，此時消防泵必須保證水壓不能下降太多，以免影響滅火效果。在用水量減少時，壓力又不能太高，否則必須使用耐壓更高的管道及附件，從而增加投資。由于用水量波動范圍大，這就要求消防泵具有較寬的操作范圍和平坦的揚程—流量性能曲線。

對于消防泵的性能要求，GB 6245—2006 6.4.2條：工況2：在吸深1 m時，流量為1.5 Qn，工作壓力不應小于0.65 Pn；最大工作壓力不超過1.4 Pn。NFPA 20—2013 6.2條：消防泵應不小于額定流量的150%，額定流量的150%時揚程應不低于額定揚程的65%；關閉點揚程不應超過額定揚程的140%。API 610—2010［4］6.1.11對于所有運行工況，泵最好具有穩定的揚程/流量曲線（連續上升至關死點）。如果要求并聯運行，則必須具有這種穩定的揚程/流量曲線，且從額定點至關死點的揚程上升量至少是額定揚程的10%。

從圖1可以看出曲線（1）為NFPA 20—2013允許的最陡峭的性能曲線，曲線（2）為NFPA 20—2013允許的最平坦曲線?？紤]到消防水泵并聯操作時泵的平穩運行，建議消防泵關死點揚程范圍為額定點揚程的110%～140%。

由于消防水泵的性能要求與石油化工用流程泵不同，消防水泵的驅動機功率的選取方式也不同。石油化工用流程泵驅動機功率的選取是以額定點軸功率為基礎，而消防水泵驅動機功率的選取是以曲線上最大軸功率為基礎。所以消防水泵所配驅動機的功率應滿足所選泵流量揚程曲線上任何一點運行所需功率的要求。

圖1 消防泵性能曲線Fig.1 Performance curve of fire pump

2 低壓離心消防水泵的附件配置

2.1 耐磨環

GB 6245—2006和NFPA 20—2013沒有對耐磨環作明確要求。UL 448—2007 8.1條款：應提供泵殼耐磨環，葉輪耐磨環則不需要提供。磨環環可以縮小泵體和葉輪之間的間隙，提高泵效率，一旦磨損可更換耐磨環，降低設備維修成本。但由于葉輪耐磨環隨葉輪一起旋轉運動，脫落時會引起機械故障，影響設備的可靠性。建議消防水泵應提供耐磨蝕的泵殼耐磨環，葉輪耐磨環則不需要提供。

2.2 進出口壓力表

GB 6245—2006 5.1條：泵進出口法蘭上應設取壓孔，應有壓力表。NFPA 20—2013 4.10條：進出口靠近泵處設置壓力表。建議在消防泵進出口法蘭上設置壓力表，方便觀察進出口壓力。

2.3 自動排氣閥

GB 6245—2006沒有相關規定，NFPA 20—2013 6.3.3條：除中心線頂部排出和立式安裝自然放空的懸臂葉輪泵外，自動控制的泵應設置浮動式泵殼自動排氣閥。自動排氣閥安裝在泵殼的頂端，依靠水的浮力關閉排氣閥。當泵殼內有氣體，由于密度的作用，會上升到閥腔內，隨著閥內氣體的增多，壓力上升，當氣體壓力大于系統壓力時，氣體會使腔內水面下降，排氣閥被打開，氣體排盡后，水位上升，關閉排氣閥。由于消防泵需要做到隨時待命，而不像普通的工藝泵那樣在啟動之前可以手工排氣，所以安裝這個自動排氣閥就非常有必要。

2.4 溢流閥

GB 6245—2006未對溢流閥做出規定。NFPA 20—2013 4.11條：每臺消防泵都應設置自動溢流閥，溢流閥的設定壓力應小于以最小期望入口壓力折算的關閉點壓力。溢流閥應設置在出口單向閥前，應能保證足夠的水量來避免泵在沒有排出流量時過熱，其作用相當于最小熱回流線。溢流閥不能設置在柴油機冷卻水取自泵出口的柴油機驅動泵上。建議除從泵出口引冷卻水的柴油機驅動泵外，都應設置溢流閥。

3 低壓離心消防水泵的部件選材

GB 6245—2006 6.2條：泵殼應采用鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁或鑄銅合金。軸應采用至少為2Cr13的不銹鋼或相當的抗腐蝕性材料；或者軸使用碳鋼材料，但在填料盒及泵體過流流道處須采用抗腐蝕性材料的軸套。葉輪、葉輪密封環、殼體密封環等零部件應采用抗腐蝕性材料制成。NFPA 20—2013 3.3.9條：抗腐蝕性材料。石油化工用離心消防水泵殼體通常采用鑄鐵，葉輪、軸套、耐磨環采用青銅，軸采用青銅或2Cr13不銹鋼。

4 低壓離心消防水泵的軸封

GB 6245—2006、NFPA 20—2013對離心泵的軸封型式也沒有限定。UL 448—2007 11條：泵應提供填料密封。離心泵的密封型式通常有機械密封和填料密封，機械密封長周期平穩運行時相對填料密封具有泄漏量小、使用壽命長、摩擦功率小。但由于消防水泵通常處于停泵狀態，填料密封的泄漏量、使用壽命及摩擦損失并不明顯。關鍵是兩種密封失效方式不同，機械密封可瞬間失效，并可能引起抱軸現象，而填料密封失效形式是逐漸顯現的。消防泵在關死點或最大流量下運轉時，泵的工作點遠離其最佳效率點，振動較大，此時機械密封更容易損壞。因此在離心式消防泵上采用填料密封比機械密封更為可靠。建議離心消防水泵采用填料密封。

5 低壓離心消防水泵的聯軸器

GB 6245—2006 9.6條：聯軸器應采用鑄鋼或不銹鋼材料，宜采用梅花形彈性聯軸器，彈性件宜采用聚氨酯橡膠材料。NFPA 20—2013 6.5.1條：應采用彈性聯軸器，但沒有規定聯軸器的型式。石油化工流程泵的聯軸器一般都采用膜片聯軸器，膜片聯軸器靠膜片的彈性變形來補償兩軸的軸向、徑向和角位移，但扭轉彈性較低、緩沖減振性能差、對中要求高，主要用于載荷比較平穩的高速傳動。梅花形和柱銷聯軸器允許被聯接兩軸的軸向、徑向和角位移，通常用于軸向竄動較大和起動頻繁的電機驅動消防泵。高彈性聯軸器和萬向節聯軸器除允許軸向、徑向和角位移外，減振降噪效果明顯，通常用于柴油機驅動的消防泵。建議離心消防水泵采用梅花形或柱銷聯軸器（電機驅動），或者是高彈性聯軸器或萬向節聯軸器（柴油機驅動）。

6 總結

通過對GB 6245—2006、NFPA 20—2013、UL 448—2007標準的分析，結合實際工程經驗，提出石油化工用離心消防水泵的以下建議：

（1）流量不小于額定流量的150%，為額定流量150%時揚程應不低于額定揚程的65%；具有連續上升至關死點的揚程/流量曲線，關死點揚程范圍為額定點揚程的110%～140%；所配驅動機的功率應滿足所選泵流量揚程曲線上任何一點運行所需功率的要求。

（2）應提供泵殼耐磨環，葉輪耐磨環則不需要提供；進出口法蘭上設置壓力表；不能自排氣的泵應設置自動排氣閥；除從泵出口引冷卻水的柴油機驅動的泵外應設置自動溢流閥。

（3）泵殼通常采用鑄鐵，葉輪、軸套、耐磨環采用青銅，軸采用2Cr13不銹鋼。

（4）軸封采用填料密封。

（5）聯軸器采用梅花形或柱銷聯軸器（電機驅動），或者高彈性聯軸器或萬向節聯軸器（柴油機驅動）。

［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，工程師，從事旋轉機械的工程設計及研究。