消防专用水泵的设计和使用要求有哪些

技术 | 消防给水系统国内外现行标准对比分析研究-第一讲
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1.消防专用水泵与生活水泵的主要区别点有哪些？现行国内外标准对消防专用水泵的技术要求有哪些异同？
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1.1 国内外现行标准
《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014
《消防泵》GB 6245-2006
《Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection》NFPA 20-2017
《Property Loss Prevention Data Sheets》FMDS 307-2012
《Approval Standard for Centrifugal Fire Pumps Split-case type (Axial or Radial)》FM 1311-2007
《Approval Standard for Centrifugal Fire Pumps (Horizontal, End Suction Type)》FM 1319-2015
《Approval Standard for Centrifugal Fire Pumps(In-Line Type)》FM 1371-2011
《Centrifugal Stationary Pumps for Fire-Protection Service》UL 448-2007

1.2 标准对比
（1）关于三点法选泵，GB 50974、GB 6245 与NFPA20、FMDS307、FM1311、FM1319、FM1371、UL 448 的要求基本一致。另外，国内很多项目存在消防水泵并联运行的情况，如果流量压力性能曲线没有一定的坡度，利用管道压力降逐台启动消防水泵的控制功能很难实现，同时为了防止消防水泵流量压力性能曲线中出现驼峰，GB 50974 增加了消防水泵零流量时的出口压力不低于120%设计工作压力的要求。
（2）关于消防水泵低流量空转过热的要求，GB 50974 与NFPA20、FMDS307、FM1311、FM1319、FM1371、UL 448 的要求基本一致，GB 6245 没有要求。
（3）关于消防水泵驱动器功率的要求，GB 50974 与NFPA20、FMDS307、FM1311、FM1319、FM1371、UL 448 的要求基本一致，GB 6245 要求电动机消防泵组在吸深0m、流量为1.5 倍额定流量、压力不小于0.65 额定压力的工况下，电动机的输出功率不宜超过5%的额定功率。

1.3 分析研究
（1）生活水泵的工况分析
在选配生活水泵时，由于管网“最大设计流量”出现的几率相当小，生活水泵大部分运行工况在小于“最大设计流量”的工作点，因此要求生活水泵的工作点应处于高效区的末端（右端），这样生活水泵在绝大部分时间都是在高效区运行。

图1 生活水泵设计工况点

（2）消防专用水泵
消防水泵只是在火灾和试验时运行，绝大部分时间都处于准工作状态。同时，消防水泵的流量随着火灾规模的扩大而增加，不受人为控制。当火灾规模小时，消防水泵流量较小，当火灾规模变大时，消防水泵流量也随之增加。此两个特点，明显区别于生活水泵。消防水泵是保护生命财产的安全设备，首先要保证安全，其次再考虑功率和效率，在其流量压力曲线的任何一点运行时，电动机都不允许过载或烧毁。
由于消防给水管网存在着大量的卡箍、螺纹、法兰、阀板等密封，不可避免地存在漏水或渗水的情况。由于系统是依靠压力或流量来实现自动启动的，必须向管网补水以维持压力。但是由于补水费用、安全意识不足、维护管理水平不够等原因，国内很多项目在运行一段时间后，泵后管道空管的现象比较普遍。在这种状况下启动的消防水泵，由于无背压的影响，水泵出口的压力从零开始上升，流量随着压力的上升而下降，这是一种逆曲线的运行方式。
在消防水泵启动初始，流量就处于最大值，消防水泵的驱动器必须满足此种工况的运行要求，这也是消防专用水泵与生活水泵的重要区别之一。所以，GB 50974 要求消防水泵驱动器的功率要保证全曲线的运行要求，NFPA20、FMDS307、FM1311、FM1319、FM1371 和UL 448 要求消防水泵的流量功率曲线上必须出现一个最大功率拐点。GB 50974 与国外标准的表述虽有不同，但要求一致。

图2 最大功率拐点

在GB 6245 中，要求电动机消防泵组在吸深0m、流量为1.5 额定流量、压力不小于0.65额定压力的工况下，电动机的输出功率不宜超过5%的额定功率，没有最大功率拐点的要求。根据对国内消防水泵的实际调研，电动机的配置功率基本能满足150%额定流量时的运行要求，但此时功率曲线并没有出现下降的迹象。世界上通过FM 认证的消防水泵，最大功率拐点一般会出现在140%～180%额定流量区间内。
如果消防水泵的流量功率曲线上没有最大功率拐点，功率势必随着流量的增加而一直增加。若要满足GB 59074 的要求，必须以流量功率曲线上最右端的最大功率来配置电动机。根据调研结果，最右端的最大功率有时甚至会达到额定工况点所需功率的2～3 倍。在电动机消防水泵的成本构成中，泵头约占30%，电动机约占70%，没有最大功率拐点并且符合GB50974 要求的电动机消防水泵的成本会高出现有消防水泵的2 倍以上。与此同时，这种消防水泵在工程实际应用中也会变得复杂，极大地增加了电气系统的建设成本。
所以，消防水泵不仅要满足流量和压力的使用要求，所配驱动器的功率也要满足全曲线的运行要求，而且又不能使功率成倍增加，这就要求消防水泵的设计工况点在高效区的前端（左端），而不是生活水泵的末端（右端），这也是消防水泵与生活水泵的主要区别之一。

图3 消防水泵设计工况点

1.4 结论
消防水泵与生活水泵相比，其运行工况有着非常明显的区别。消防专用水泵有其自身专用的水力模型和密封、冷却型式，不能简单地被生活水泵所替代。

honeybackkom2024-05-02