消防ポンプの配管配置

効果的な消火ポンプの設置には、防火技術者が多数のコンポーネントを検討し、さまざまな設計および設置基準を正しく適用する必要があります。 消火ポンプ、運転手、制御装置、ポンプ室など、消火ポンプ設備を構成するより明白なコンポーネントに対処することに加えて、ポンプとポンプへの配管、ポンプからの配管、およびその周囲の配管にも細心の注意を払う必要があります。その配管に関連する機器。

NFPA 20: 防火用定置ポンプの設置に関する基準は、関連する配管のサイジングと設置に対処する主要な基準として機能しますが、次版は 2016 年ですが、NFPA 13、NFPA 14、NFPA 22 などの他の規定や基準もあります。 、NFPA 24、NFPA 25、および NFPA 291、および適用される建築基準および消防基準も、消防ポンプによって機能する防火システムの種類に応じて確認し、正しく適用する必要があります。

給水と消火ポンプを接続する配管を吸込管といいます。 ポンプの吸込フランジに水を供給するすべての配管、バルブ、継手で構成されます。 このような吸引パイプの材料の選択と設置は、特定の種類の鉄、鋼鉄、コンクリート、プラスチック、銅の使用を指定する NFPA 24 によって取り上げられています。 さらに、NFPA 24 では、パイプと継手の接合方法、パイプが埋設されている場合のカバーの深さ、凍結やその他の損傷事象からのパイプの保護、接合部の拘束、フラッシング試験や静水圧試験を含む受け入れ試験についても取り上げています。

NFPA 20 は、吸引パイプと関連デバイスの配置に対処しています。 一般に、吸引パイプと関連装置は、ポンプに流入する乱流や不均衡な水流の可能性を最小限に抑えるような方法で配置する必要があります。 このような状況ではポンプ全体の性能が低下し、突然のシステム障害が発生したり、システムコンポーネントの早期摩耗を引き起こす可能性があります。

吸込管のサイズは、NFPA 13 や NFPA 14 などの適切なシステム設置基準に従って決定される消火システムの油圧需要と、選択した消火ポンプのサイズによって主に影響を受けます。 NFPA 24 は吸引パイプのサイズに関するガイダンスを提供しており、一般に、どのシステムでもパイプの公称直径が少なくとも 6 インチである必要があると述べています。 パイプが対応する必要な圧力で必要なシステムの要求を供給できることが水力計算によって検証される場合は、より小さいパイプ サイズが許可されます。

NFPA 22 は、水タンクと消火ポンプを接続する吸引配管に関する具体的なガイダンスを提供しています。 たとえば、吸引タンクが 100,000 ガロンを超える場合、吸引パイプのサイズは少なくとも直径 10 インチ (公称寸法) でなければなりません。 パイプが小さいほど水の流れが速くなり、より多くの乱流が発生します。 パイプサイズを大きくすると流速が低下し、乱流の発生が減少します。

NFPA 20 には、消火ポンプが設置される吸込管に関するより具体的な規定が含まれており、特定の管サイズが指定されています。 その理念は、ポンプがその定格容量の 150% または給水から得られる最大流量である最大流量で動作しているときに、ポンプの吸込みフランジのゲージ圧が下がらないように吸込みパイプのサイズを決めることです。 -3 psi (-0.2 bar) 未満。 さらに、吸引パイプは、ポンプがその定格容量の 150% で動作するとき (ポンプの過負荷点とも呼ばれます)、ポンプ吸引の上流でパイプ直径 10 以内に位置する吸引パイプの部分の速度が上昇するようなサイズにする必要があります。フランジの速度は 15 フィート/秒 (4.57 m/秒) を超えてはなりません。 この速度を超えるパイプの流れは乱流になりやすくなります。 吸込管のサイズがポンプの吸込フランジと異なる場合、減速機または増圧機の使用は許可されますが、偏心テーパー型であり、エアポケットを避けるように取り付けられる必要があります。

NFPA 20 は、消火ポンプの定格容量に基づいて吸込管のサイズを指定することに加えて、消火ポンプへの乱流や不均衡な流れを引き起こす可能性のある他のシステム付属品にも対処しています。 逆流防止装置または逆止弁を検討する場合、それらはポンプ吸入フランジから少なくともパイプ直径 10 分の位置に配置する必要があります。 逆流装置にバタフライバルブが組み込まれている場合、装置はポンプの吸込フランジから少なくとも 50 フィートの場所に設置する必要があります。 実際、50 フィートの基準は、吸込管に取り付けられた外側のネジとヨーク ゲート バルブを除くすべてのバルブに適用されます。

吸込みパイプのエルボとティーにも特別な配慮が必要です。 このようなデバイスは、その中心線面の向きを基準にして配置および配置される必要があります。 中心線面が水平分割ケース消火ポンプ シャフトと平行な場合、エルボまたはティーは消火ポンプの吸込フランジから少なくともパイプ直径の 10 倍の距離に配置する必要があります。 中心線平面が水平スプリットケースポンプシャフトに対して垂直である場合、エルボまたはティーの位置に制限はありません。

NFPA 20 はポンプ吸込フランジの 10 パイプ直径以内の吸込パイプのサイズのみを扱うのに対し、NFPA 22 はタンクに接続されたパイプのサイズを扱うことを認識することが重要です。 NFPA 24 の規定は、NFPA 20 および NFPA 22 の要件が優先されない場合に適用されます。

NFPA 20 では、吐出パイプおよび機器を、ポンプ吐出フランジから吐出制御バルブのシステム側まで延びるパイプ、バルブ、継手として定義しています。 実際には、消火ポンプの放出制御バルブの下流にあるパイプ、バルブ、または付属品は、放出配管の一部とはみなされなくなりました。 このようなパイプ、バルブ、継手は、消火ポンプが作動する消火システムの供給配管の一部とみなされます。 スプリンクラー システムのライザーの場合、NFPA 13 の要件がポンプの吐出制御バルブの点から適用されます。

NFPA 20 は、排出パイプと関連する継手のサイズに対処しており、地上の排出パイプはすべて鋼製であることが求められています。 場合によっては、水の流速はポンプの吐出側では重要ではないため、吐出パイプの直径を吸込みパイプよりも小さくすることができます。 吐出管のサイズは摩擦損失に影響しますが、その影響は水力解析によって説明できます。 吸込管のサイズと同様に、NFPA 20 では消火ポンプの定格容量に基づいて最小吐出管直径を指定しています。

保守および修理のためにポンプを隔離できるように、制御バルブを吐出配管に取り付ける必要があります。 水ベースの防火システムに常に存在する懸念である、バルブが誤って閉じられ再び開かなくなる可能性を最小限に抑えるために、バルブの追加は推奨されません。 ポンプの吐出側では乱流がそれほど重要ではないため、制御バルブには、バタフライバルブを含む、防火サービス用にリストされている任意のタイプのバルブを使用することが許可されています。

消火ポンプと放流制御弁との間の放流配管にも逆止弁を設置する。 放出逆止弁は、消火ポンプの作動が停止した後、消火システム内の高圧を捕捉します。 逆止弁は、消防署の接続などを介してシステムに流入する他の水源が消防ポンプに逆流することも防ぎます。

NFPA 20 では、すべての配管、継手、バルブを含む吐出コンポーネントの圧力定格が、ポンプの定格速度で撹拌条件で動作するポンプの最大総吐出圧力に対して適切であることが要求されています。

バイパスは、消火ポンプの周囲に配置された配管で、ポンプが故障したり停止した場合に消火システムに水を供給するために使用できます。 このようなバイパス配管は、吐出配管に応じたサイズにする必要があります。

バイパス配管は、消火ポンプを使用せずに給水が消火システムにとって「重要な価値」があると考えられる場合に必要です。 これはかなり主観的な要件ですが、市営水道や民間の消防本管などの加圧された消防本管によって水の供給が行われる場合は、通常、バイパスラインが必要です。 建物への給水が吸引タンクなどの民間の独立した固定供給源から行われている場合、タンク内に保管されている水の高さによる最小圧力が利用可能ですが、通常は重要な価値があるとは考えられません。 ただし、これは水理解析を通じて検証する必要があり、管轄当局に確認する必要があります。

ポンプ吐出部からの流れがポンプ吸入部に再循環できないように、バイパス配管に逆止弁を取り付ける必要があります。 さらに、メンテナンスのために逆止弁を隔離できるように、逆止弁の両側に制御弁を取り付ける必要があります。

消火ポンプは、火災状態または試験中にのみ作動する必要があります。 非火災条件下でシステム圧力を維持するために消火ポンプを使用すべきではありません。 消火ポンプの作動は、防火システムの作動を示すため警報信号を提供し、非火災条件下でのそのような消火ポンプの作動は誤報として機能する。 「ジョッキー」ポンプとも呼ばれる圧力維持ポンプは、非火災条件下で防火システム内の圧力を維持するために使用されます。

多くの水で満たされた防火システムは、設置時に加圧されるように設計されています。 システム逆止弁は、システム圧力を維持するために機能します。 火災発生時、スプリンクラーの作動やスタンドパイプバルブの開放によりシステム圧力が低下し、これは消火ポンプコントローラーの圧力スイッチによって感知されます。 これにより、消火ポンプの作動が開始されます。

非火災状態では、消火ポンプ逆止弁の下流でもわずかな圧力損失が発生する可能性があります。 圧力損失は、逆止弁や漏れのあるフィッティングからの水の浸入、またはシステム温度の変化によって発生する可能性があります。 温度に関しては、通常、システム配管内にエアポケットが閉じ込められています。 防火システム配管付近の周囲温度の変化により、エアポケットのサイズが変動し、システム配管内の相対圧力が変化します。 空調のない空間で 24 時間にわたって発生する可能性があるような、倉庫内の周囲温度の大幅な低下は、顕著な圧力降下を引き起こす可能性があり、これは消火ポンプの圧力スイッチによって感知される可能性があります。

ジョッキーポンプは、システム配管内の小さな圧力変動を補償することで誤警報を軽減し、非火災条件下ではシステムを通常の静圧範囲に戻します。 消防ポンプと同様に、ジョッキーポンプの設置には圧力スイッチ付きのコントローラーが含まれます。 ジョッキーポンプの圧力スイッチは、通常、ジョッキーポンプが消火ポンプよりも前に起動するように、より高い圧力に設定されています。 ジョッキー ポンプ用と消火ポンプ用の各コントローラーには、防火システムと各コントローラーの圧力スイッチを接続する独自の独立した圧力検出ラインが必要であることに注意してください。

ジョッキー ポンプは高圧、低流量のポンプであり、通常、単一のスプリンクラーを作動させた後はシステム圧力を維持できません。 スプリンクラーが作動するか、スタンドパイプの出口が開くと、ジョッキー ポンプは作動しますが、作動中のスプリンクラーや開いた出口からの流水量が漏れやすい継手のそれに比べて相対的に多いため、適切なシステム圧力を維持できません。 システム内の圧力は、消火ポンプが起動してオペレーティング システムに必要な流量と圧力が生成されるまで低下し続けます。

消防ポンプ設置の一部としてジョッキー ポンプは必要ありません。 ただし、圧力維持ポンプとしての消火ポンプに依存せずに、非火災条件下でシステム圧力を維持する何らかの手段が必要です。 ジョッキーポンプは防火設備としての登録を必要としません。 必要な圧力を生成できるポンプであればどれでも使用できます。 一般に、ジョッキー ポンプは、システム上の最小のオリフィス スプリンクラーから予想される流量よりも流量が低くなり、システム圧力が低下して消火ポンプが適切に作動できるようにサイズ設定されています。 ジョッキーポンプとそのコントローラーはリストに記載する必要はありませんが、NFPA 20 にはその設置に関する多くの要件が含まれています。 上で述べたように、ジョッキーポンプコントローラーには消火ポンプとは独立した圧力感知ラインがあることを確認する必要があります。

すべての消防ポンプ設備には、適切な動作を保証するためのテスト手段を設ける必要があります。 少なくとも、ポンプを定格状態および過負荷 (定格容量の 150%) 状態で評価するための手配が必要です。 試験手段は、大量の水の流入と排出を考慮しなければなりません。 NFPA 20 には、テストに使用されるパイプのサイズを決定するための規定が含まれています。 このようなテストは、消防ポンプ設備の最初の受け入れおよび/または試運転中に、また NFPA 25 に従って毎年実施されます。

NFPA 20 では、3 つの異なるタイプのテスト配置が可能です。 これらの配置には、適切な圧力と流量の測定値が得られた接続されたホースとノズルを通じて水が大気中に排出されるテスト ヘッダーなどの排出口の使用が含まれます。 他の 2 つの方法には、消火ポンプによって生成される流量を測定するために使用される計量装置が含まれます。 計量装置は、ポンプ吐出量が循環して給水タンクに戻るように配置されたパイプループ、またはポンプ吐出量が消防ポンプに供給する吸引ラインに直接循環して戻るように配置されたパイプループに取り付けられます。 この後者の構成は、閉ループ計測と呼ばれます。

閉ループ計量配置の場合、NFPA 20 では、テスト ヘッダーを介するなど、流量を測定する代替手段を提供することが求められています。 流量を測定する代替手段は流量計の下流に直列に設置する必要があることを認識することが重要です。 NFPA 25 には、消防ポンプの計量装置を 3 年ごとに再校正するという規定が含まれています。 NFPA 20 で要求される方法で流量を測定する代替手段 (テスト ヘッダー) を見つけると、この校正作業が容易になり、消火ポンプの性能の正確な評価がより確実になります。

上で述べたように、テスト ヘッダーは、計測デバイスやループを使用せずに取り付けることができます。 テストヘッダーはポンプの吐出側にあり、テスト中に適切な水を排出できるように、ポンプ室またはポンプハウスの外壁、またはポンプ室の外側の別の場所に取り付ける必要があります。 テスト中にホースがテストヘッダーに接続され、適切な排出と水流の測定が可能になります。 テストヘッダーからの流量は、通常、流れの中に配置されたピトーゲージまたはその他の流量測定装置を使用して測定されます。 フローテスト手順の詳細については、NFPA 291 を参照してください。 ピトーゲージは流れの排出からの速度圧力を記録し、変換式または表を使用して流量に変換できます。

テストヘッダーの接続は、ポンプアセンブリの吐出逆止弁と吐出制御弁の間にある必要があります。 これにより、制御バルブが閉じているときでもポンプをテストでき、ポンプをシステムの他の部分から隔離できます。

テストヘッダーにつながるパイプのサイズとホース接続の数は、ポンプのサイズによって異なります。 これは、NFPA 20 によって特に取り上げられています。1250 gpm ポンプの場合、少なくとも 8 インチのパイプが必要です。 直径が必要です。 テスト ヘッダー自体は 6 つの 2.5 インチ ヘッダーで構成されます。 ホースのバルブと出口。 ホースバルブテストヘッダーにつながるパイプの長さが 15 フィートを超える場合、NFPA 20 に示されている次に大きいパイプサイズが使用されます。

さらに、定格ポンプ容量の 150% の総流量に基づいて油圧計算を使用してパイプのサイズを決定できます。 この油圧計算には、パイプの全長に相当する長さの継手、制御バルブ、ホース バルブを加えた摩擦損失と、ポンプの吐出フランジとホース バルブの出口の間の高さの損失が含まれます。 この水力計算は、流れテストによって検証する必要があります。

圧力リリーフバルブは、システムの過圧を防ぐために使用できる消火ポンプの吐出側の装置です。 圧力リリーフバルブは、エンジンの過速度状態で発生する可能性があるなど、システム内の圧力が許容できないほど高いレベルに達したときに作動します。 圧力リリーフバルブの動作により、システム内の圧力が低下します。 あるタイプの圧力リリーフバルブは、調整可能なスプリング機構を採用しています。 システム内の圧力が所定のレベルに達すると、システム圧力がバネの力に打ち勝ち、バルブが強制的に開きます。 別のタイプの圧力リリーフバルブは、システム内の圧力が所定のレベルに達したときにバルブを強制的に開くパイロット操作のダイヤフラムを使用します。 これらのタイプのバルブのいずれかを使用すると、かなりの排出流量が予想されるため、適切に考慮する必要があります。

NFPA 20 では、2 つの条件下でのみ圧力リリーフバルブの使用が許可されています。 1 つ目は、ディーゼル エンジンのポンプ運転手が関与する設備に関するものです。 2 つ目は、電気モーターまたはディーゼル エンジンの可変速圧力制限コントローラーを含む設置に対処します。 圧力リリーフバルブが取り付けられている場合、NFPA 20 は、排出が配管で戻される場所に応じて、リリーフバルブ排出の配置とサイズに多くの制限を課すことに注意してください。 要約すると、NFPA 20 は、通常のシステム動作条件下でシステム圧力を制限する手段として、つまり高圧定格のシステムコンポーネントの代替として、圧力リリーフバルブを使用することを許可していません。

幅広い用途に対応するため、ディーゼル エンジンはさまざまな速度で動作するように設計および製造されています。 消火ポンプを駆動する目的では、消火ポンプが望ましい流量と圧力を生成できるように、ディーゼル エンジンを定格速度またはそれに近い速度で動作させる必要があります。 ただし、ディーゼル エンジンが定格速度よりも高速で動作する状況スキャンが発生し、過剰なシステム圧力が発生する過速度状態が発生し、致命的なシステム故障やシステム コンポーネントの寿命の短縮を引き起こす可能性があります。

水力学の理論 (ポンプの親和性の法則) の観点から見ると、消火ポンプまたは運転手の速度がわずかに増加すると、システム圧力が大幅に増加します。つまり、発生する圧力はポンプの回転速度の 2 乗に比例します。 したがって、ポンプが定格速度を超える速度で動作することは懸念の原因となる可能性があります。 NFPA 20 には、エンジンの過速度とシステムの過圧に対処する多くの規定が含まれています。

ディーゼル エンジン ドライブの過速度状態の可能性があり、そのような過速度状態によりシステム圧力がシステム コンポーネントの定格圧力 (通常は 175 psi) を超える場合。 具体的には、NFPA 20 では、正味定格遮断 (チャーン) 圧力の 121% と上昇に合わせて調整された最大静吸入圧力の合計が、システム コンポーネントの定格圧力を超える吐出配管に圧力リリーフ バルブが必要です。 。

エンジンの過速度と過圧力の状況を回避しやすくするために、NFPA 20 では、エンジン速度を調整するエンジンガバナの設置も義務付けています。 ガバナは、エンジンの最大速度を定格速度の 110% に制限できる必要があり、その結果、システムの最大圧力は消火ポンプの撹拌圧力の 121% になります。 ただし、ガバナが故障すると、より重大な過速度状態が発生します。 そのため、エンジンの速度を感知し、定格速度の 20% を超える速度で動作するとエンジンを停止する過速度停止装置も必要です。 過速度停止装置が作動すると、消火ポンプ制御装置に信号が送信され、状況が調査されるまでエンジンの自動再始動が阻止されます。 ただし、ポンプはコントローラーを介して手動で再起動できます。

エンジン速度とシステムの過圧を調整するもう 1 つの手段は、可変速度圧力制限制御装置を備えたコントローラーを使用することです。 このような装置は、電気モーターまたはディーゼルエンジンのいずれであっても、ポンプドライバーの速度を低下させることにより、消火ポンプによって生成される総吐出圧力を制限します。 したがって、過圧の防止は、ドライバーの速度を変更することによって達成されます。 ただし、可変速圧力制限コントローラが使用され、ポンプが停止および定格速度で動作する状態での上昇に合わせて調整された最大総吐出ヘッドがシステムコンポーネントの圧力定格を超える場合、NFPA 20 では圧力リリーフの取り付けが必要です。バルブ。

消防ポンプの設置は複雑なことが多く、さまざまな機械設備や電気設備の調整が必要なほか、いくつかの設置基準や地域の規制を正しく適用する必要があります。 消火ポンプ、コントローラー、ドライバーなどのより明白なコンポーネントのサイズと接続だけでなく、関連する配管や付属機器の配置にも適切な注意を払う必要があります。 設置に関連するすべての側面に十分に調整された取り組みがなければ、消防ポンプ設備の寿命が大幅に短くなる可能性があり、さらに重要なことに、消防ポンプは最も重要な時期である火災時に効果的に作動することは期待できません。が発生します。

Milosh Puchovsky、PE、FSFPE は、ウースター工科大学の防火工学科の実践教授です。 彼は消防技術者協会の次期会長であり、消火ポンプやスプリンクラー システムの放出基準を含む多くの NFPA 技術委員会の委員を務めています。

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