Wasserspeichertanks für Brandschutzsysteme: Typen, Rollen und Systemintegration
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Wassertanks für Brandschutzsysteme: Typen, Rollen und Systemintegration
Der Tank ist das Speicherelement in einer Kette, die außerdem die Pumpe, die Hauptleitung, die Steigleitung und das Regelventil umfasst, und seine Größe wird durch das bestimmt, was der Rest der Kette tatsächlich entnehmen kann. Dimensionieren Sie den Vorrat entsprechend dem Bedarf am Pumpensaugstutzen, berücksichtigen Sie die Reibung zwischen Tank und Pumpe und behandeln Sie den Tank und die Pumpeneinheit als ein hydraulisches System, das koordiniert und geprüft werden muss.
Einleitung
Ein Löschwassertank wird spezifiziert, gekauft und installiert, als wäre er ein freistehendes Behältnis. Das ist er nicht. Er ist ein Element einer hydraulischen Kette, und jede Entscheidung über den Tank, die ohne den Blick auf den Rest der Kette getroffen wird, muss bei der Inbetriebnahme überprüft werden, wenn der Tank voll und die Rohrleitungen angeschlossen sind und jemand feststellt, dass die Pumpe nicht fördern kann, was die Berechnung versprochen hat.
Die Kette ist einfach zu beschreiben. Eine Wasserquelle, ein Tank, der es speichert, eine Pumpe, die es bewegt, eine Hauptleitung und eine Steigleitung, die es verteilen, ein Regelventil, das die Anlage bereithält, und Endelemente, die es ausbringen. Der Tank sitzt in der Mitte davon, und er ist das einzige Element, das etwas speichert.
Dieser Artikel arbeitet diese Kette mit dem Tank als Subjekt durch: wofür der Tank dient, wie er sich von der Pumpe unterscheidet, wie Nassrohr-, Trockenrohr- und Deluge-Anordnungen ihn unterschiedlich nutzen, wie das Regelventil zwischen beiden sitzt, wie die Saugreibung das nutzbare Volumen verändert und wie das System mit dem Tank an seinem Platz geprüft wird. Die Referenzen sind NFPA 22, NFPA 13 und NFPA 20.
Die Elemente einer Löschwasserversorgung
Jede Löschwasserversorgung hat dasselbe Grundgerüst. Das Wasser stammt aus einer Quelle, die das öffentliche Hauptnetz, ein privater Brunnen oder ein Zusatzwassersystem sein kann. Es wird gespeichert, üblicherweise in einem Tank, und dieses gespeicherte Volumen entkoppelt das Angebot von der Nachfrage. Eine Pumpe liefert den Druck. Eine Hauptleitung und eine Steigleitung führen es. Ein Regelventil hält das System unter Druck und bereit. Endelemente geben es ab.
Zwei Eigenschaften machen den Tank zum kritischen Element. Er ist der einzige Ort, an dem Wasser in Mengen vorhanden ist, und das einzige Element, dessen Zustand während des Ereignisses nicht sichtbar ist. Eine Pumpe wird ausgetauscht und eine beschädigte Steigleitung abgesperrt, aber ein Tank, der zwei Jahre lang voll steht, muss am Tag X funktionieren.
NFPA 22 regelt den Tank und seine Ausstattung: Kapitel 14 für die Rohranschlüsse und Fittings, Kapitel 12 für die Fundamente im Boden, Kapitel 17 für die Abnahmeprüfung und Kapitel 18 für Inspektion und Wartung.
Die Rolle des Tanks gegenüber der der Pumpe
Der Tank und die Pumpe erfüllen unterschiedliche Aufgaben, und ihre Verwechslung ist die Ursache einer langen Liste vermeidbarer Fehler. Der Tank liefert Volumen und, bei erhöhter Installation, einen gewissen statischen Druck. Er kann keinen Druck erzeugen, der über das hinausgeht, was die Höhenlage vorgibt, und er kann keinen kontrollierten Durchfluss liefern. Das übernimmt die Pumpe, und NFPA 20 regelt das Paket und seine Steuerung.
Die Folge ist, dass die beiden Spezifikationen über die Saugseite gekoppelt sind. Der Tank muss einen stabilen Saugdruck auf dem niedrigsten Wasserstand bieten, den die Auslegung zulässt, denn genau in dem Moment, in dem die Reserve nahezu erschöpft ist, ist die Pumpe am wichtigsten. Wo der Tank erhöht ist, übernimmt er einen Teil der Arbeit der Pumpe; auf Bodenniveau übernimmt die Pumpe die gesamte Arbeit.
Nassrohr-, Trockenrohr- und Deluge-Anordnungen
Der Systemtyp bestimmt, wie der Tank angesteuert wird und was die Reserve abdecken muss. Bei einem Nassrohrsystem ist die Rohrleitung mit Wasser gefüllt, sodass der Tank den Sprinklerbedarf kontinuierlich liefert und die Reserve den Sprinkler- plus Schlauchzuschlag umfasst, jeweils für ihre eigene Dauer.
Ein Trockenrohrsystem enthält stattdessen Druckluft, und der Tank muss zwei Aufgaben erfüllen. Er muss das Wasser liefern, das das System füllt, wenn die Sprinklerköpfe ansprechen, und er muss diese Füllung mit dem für die Auslegung erforderlichen Durchfluss aufrechterhalten. Die Füllung ist eine echte Belastung der Reserve, und ein Trockensystem in einem langen Netz kann in kurzer Zeit ein erhebliches Volumen verlangen.
Ein Deluge-System öffnet seine Auslässe bei Detektion, und der gesamte Auslegungsdurchfluss wird auf einmal freigesetzt, sodass der Tank den Spitzenbedarf für die volle Dauer liefern muss. Pre-Action-Systeme liegen zwischen dem Trocken- und dem Nassfall, mit einer Detektionsverzögerung und einer Füllung, die abgeschlossen sein muss, bevor das Wasser die Sprinkler erreicht.
Das Sprinklersteuerventil und der Tank
Das Sprinklersteuerventil ist der Punkt, an dem der Tank Teil des Systems wird. In einem Nassrohrsystem hält das Alarmventil den Systemdruck und öffnet bei Durchfluss, und der Tank hält dieses System über die Füllleitung unter Druck. In einem Trockenrohrsystem hält das Trockenrohrventil den Luftdruck und lässt bei Auslösung Wasser ein, und der Tank muss ausreichend Volumen und Durchfluss liefern, um das System zu füllen, ohne unter das Niveau der Pumpe zu fallen.
Die entscheidende Schnittstelle ist das Füllstandssignal. NFPA 22 Kapitel 14 verlangt Füllstands- und Zustandsinstrumentierung am Tank, und diese Signale sind es, die das Steuerpult liest, um einen Niedrigwasserzustand zu melden, und die das Überwachungssystem nutzt, um die Reserve zu beurteilen. Sie müssen als abgestimmtes Set mit der Steuerung und der Pumpe spezifiziert werden.
Hinzu kommt die Füllregelung. Der Tank muss auf seinem Feuerwehr-Niveau gehalten werden, wobei das entnommene Volumen innerhalb der zulässigen Nachfüllzeit wiederhergestellt wird, sodass er eine zuverlässige Quelle darstellt und kein Reservoir, das sich durch ein Leck stillschweigend leert.
Saugen, Reibung und das daraus resultierende nutzbare Volumen
Das Volumen, das ein System tatsächlich entnehmen kann, ist nicht das Volumen, das der Tank fasst, und der Unterschied ist die Reibung. Der Reibungsverlust in der Leitung zwischen dem Tankauslass und dem Pumpensaugstutzen verringert die an der Pumpe verfügbare Förderhöhe proportional zum Quadrat des Durchflusses, und er ist genau dann am größten, wenn der Tankpegel am unteren Ende des nutzbaren Bereichs liegt und die statische Förderhöhe am geringsten ist.
Deshalb wird die Auslassanordnung in Kapitel 14 festgelegt und nicht dem Rohrleitungsbauer überlassen. Das Ablaufrohr wird nach dem Tankvolumen dimensioniert, der Bodenkrümmer eines Saugtanks erhält ein Glockenende, die Anordnung enthält ein Rückschlagventil, und der Auslass ist mit einer Anti-Wirbel-Plattenbaugruppe ausgestattet. Ein eingeschränkter Auslass verliert nicht nur Druck; er erzeugt Wirbel und Lufteintrag.
Die praktische Regel: Das nutzbare Volumen wird am Pumpensaugstutzen gemessen, vom normalen Betriebsniveau bis zur Niedrigstand-Abschaltung, und die Rohrleitung zwischen Tank und Pumpe gehört in die Berechnung.
Prüfung des Systems bei montiertem Tank
Das Testen eines Systems mit installiertem Speichertank unterscheidet sich vom Testen am öffentlichen Hauptnetz, und der Unterschied ist die Reserve. Ein Durchflusstest, der aus dem Hauptnetz entnommen wird, belegt die Rohrleitungen und die Pumpe. Ein Durchflusstest, der aus dem Tank entnommen wird, belegt zusätzlich den Tank, die Sauganordnung, die Füllleitung und die Niveauregelungen, und er ist die einzige Möglichkeit festzustellen, ob die Pumpe mit der Reserve, die sie haben wird, ihre Leistung erbringt.
Die Inbetriebnahmesequenz muss geplant und nicht einfach versucht werden. Der Tank muss bis zu seinem normalen Betriebsniveau gefüllt, das System in seiner Betriebskonfiguration sein und die Niveaumessinstrumentierung vor dem Durchflusstest und nicht danach nachgewiesen werden. Kapitel 17 legt die Abnahmeprüfanforderungen fest, einschließlich der gemeinsamen Inspektion mit der benachrichtigten Behörde.
Die Abnahmeprüfung des Tanks ist von der Durchflussprüfung getrennt, und beide müssen geplant werden. Ein verschraubter oder geschweißter Tank wird gemäß den Anforderungen von Kapitel 17 mit Wasser gefüllt und muss dieses halten. Eine gleichzeitig durchgeführte Durchflussprüfung findet Undichtigkeiten schneller, daher sollten die beiden, wo es der Zeitplan zulässt, koordiniert werden.
Das wiederkehrende Prüf- und Inspektionsregime
Nach der Inbetriebnahme wird der Tank Teil des routinemäßigen Prüfplans, und die wiederkehrenden Prüfungen bestätigen, dass die Reserve noch eine Reserve ist. Die Pumpenabnahme- und periodischen Durchflussprüfungen entleeren den Tank, daher muss der Füllstand danach wiederhergestellt und die Befüllungsanordnung erneut nachgewiesen werden. Kapitel 18 verweist für die lebenslange Inspektion und Wartung des Tanks auf NFPA 25, und gegen dieses Dokument sollte das Wartungshandbuch verfasst werden.
NFPA 25 Kapitel 9 behandelt Wassertanks speziell innerhalb dieser Norm für Inspektion, Prüfung und Wartung und ist die Referenz für das wiederkehrende Programm des Eigentümers: routinemäßige Füllstands- und Zustandskontrollen, externe Inspektion der Beschichtung, des Dachs, der Entlüftungen, des Überlaufs und der Stützen, periodische Ventilbetätigung und -prüfung sowie die interne Inspektion in dem Intervall, das die Norm für den Tanktyp und seinen Beschichtungszustand festlegt.
Die wichtigsten Prüfungen an einem Bereitschaftstank erkennen einen langsamen Verlust. Ein voller Tank, der nach einer Prüfung nicht nachgefüllt wird, hat ein Leck oder ein defektes Ventil. Ein Tank, der häufiger als erwartet nachgefüllt wird, hat ein durchlassendes Ventil oder ein driftendes Füllstandsinstrument. Beides zeigt sich im Betriebsverhalten lange vor einem Ausfall, weshalb der Füllstand die einzige wichtigste Zahl im Programm ist.
Wo der Tank nicht passt
Es gibt vier Situationen, in denen ein Lagertank die falsche Antwort ist, und sie sollten frühzeitig erkannt werden. Die erste ist, wenn die öffentliche Versorgung zuverlässig ist und bereits selbst den erforderlichen Durchfluss, Druck und die erforderliche Dauer liefert. Das Hinzufügen eines Tanks fügt dann eine Struktur und ein Wartungsregime hinzu, ohne die Versorgung zu verbessern.
Die zweite ist, wenn der Platz ihn nicht tragen kann. Ein Tank mit dem erforderlichen Volumen hat einen Platzbedarf, ein Fundament und einen Anlieferungsweg, und auf einem beengten Grundstück können diese Einschränkungen ihn ausschließen. Die dritte ist, wenn das gespeicherte Wasser für die Aufgabe nicht geeignet ist und keine praktikable Aufbereitung existiert.
Die vierte ist, wenn eine andere Anordnung das Problem einfacher löst. Ein Trenntank isoliert die Feuerlöschpumpe von der öffentlichen Versorgung und kann viel kleiner sein als eine vollständige Reserve. Ein Hochbehälter ersetzt eine Pumpe, wenn die Förderhöhe ausreicht. In jedem Fall ist die Frage dieselbe: Enthält das Speicherelement die gesamte Reserve, oder nur das, was der Rest der Kette nicht liefern kann?
Die Löschwasserversorgungskette und was jedes Element beiträgt
Element | Norm | Funktion | Entnimmt aus dem Tank |
Wasserquelle | Kriterien für die Wasserversorgung | Füllt und ergänzt den Tank | Nachfüllvolumen |
Speichertank | NFPA 22, Kap. 14 Anschlüsse | Hält Reserve vor, entkoppelt die Versorgung | Nichts (Ursprung) |
Feuerlöschpumpe | NFPA 20 | Wandelt Volumen in Durchfluss und Druck um | Volles nutzbares Volumen |
Hauptleitung und Steigleitung | NFPA 13 | Führt Wasser zu den Auslässen | Bestimmt die Pumpenreibung |
Regelventil | NFPA 13 | Hält das System unter Druck | Füllvolumen + Füllstandssignale |
Endelemente | NFPA 13 | Abgabe bei Auslegungsdurchfluss | Bestimmt die Reservengröße |
Füllstandsmessgeräte | NFPA 22 Kap. 14 | Melden den Reservestatus | Füllstands-/Zustandssignale |
Füllanordnung | NFPA 22 Kap. 4 | Stellt das Volumen auf den Löschwasserstand wieder her | Zu ersetzendes Volumen |
Wie jeder Systemtyp auf die Tankreserve zugreift
System | Rohrleitung | Wie der Tank genutzt wird | Reserve muss abdecken |
Nassrohr | Wassergefüllt | Dauerhafte Entnahme bei Auslegungsdurchfluss | Sprinkler + Schlauch, jeweils Dauer |
Trockenrohr | Druckluft | Füllen, dann Bedarf decken | Systemfüllung + Sprinklerbedarf |
Vorwirkend | Luft bis zur Erkennung | Füllen, dann Wasser zuführen | Füllung + Verzögerung + Sprinklerbedarf |
Flut | Leer bis öffnet | Voller Durchfluss auf einmal | Spitzenbedarf volle Dauer |
Steigrohr/Schlauch | Wassergefüllt | Schlauchstrahl über Steigleitung | Schlauchstrahldauer |
Kombiniert | Wassergefüllt | Sprinkler + Schlauch zusammen | Überlagerter Bedarf |
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Häufig gestellte Fragen
Welche Rolle spielt der Tank in einem Brandschutzsystem?
Er ist das Speicherelement. Er hält das Volumen, auf das das System zugreift, er hält dieses Volumen verfügbar, indem er auf seinem Brandschutzniveau gehalten und innerhalb der zulässigen Zeit nachgefüllt wird, und er liefert dieses Volumen an die Pumpensaugseite. Außerdem entkoppelt er die Versorgung vom Bedarf, weshalb ein aus einem Tank gespeistes System ein Ereignis überstehen kann, das die öffentliche Hauptleitung nicht bewältigen könnte.
Wie unterscheidet sich ein Tank von einer Feuerlöschpumpe im System?
Der Tank stellt das gespeicherte Volumen und, wo er erhöht ist, einen gewissen statischen Druck bereit. Die Pumpe liefert einen kontrollierten Durchfluss und Druck, und NFPA 20 regelt sie. Der Tank kann nicht die Aufgabe der Pumpe übernehmen, und die Pumpe kann den Tank nicht ersetzen, weil nur der Tank eine Reserve enthält, die den Verlust der eingehenden Versorgung übersteht. Die beiden werden über die Saugseite koordiniert, und der Tank muss einen stabilen Zustand auf dem niedrigsten nutzbaren Niveau bieten und nicht nur, wenn er voll ist.
Benötigt der Tank ein Sprinkler-Regelventil?
Nicht am Tank selbst. Das Regelventil gehört zum Sprinklersystem: das Alarmventil in einem Nassrohrsystem, das Trockenrohrventil oder das Flutventil. Der Tank ist über die Füllleitung, die das System unter Druck hält, die Füllstandsinstrumentierung, die meldet, ob der Vorrat intakt ist, und die Saugleitung, die das Volumen liefert, wenn das Ventil öffnet, beteiligt. Kapitel 14 behandelt die Rohrverbindungen und Fittings, die diese Beziehung tragen, einschließlich der Abflussleitung, die nach dem Tankvolumen dimensioniert ist, und der Anti-Wirbel-Plattenbaugruppe am Abflussauslass.
Wie nutzt ein Trockenrohrsystem den Tank?
Auf zwei Arten, und beide greifen auf die Reserve zurück. Der Tank muss das System mit Wasser mit der vom Design geforderten Durchflussrate füllen, sobald die Sprinklerköpfe ansprechen, und er muss diese Füllung aufrechterhalten. Da die Rohrleitungen bis dahin leer sind, ist die Füllung eine echte Entnahme aus dem gespeicherten Volumen und kein Nachfüllen eines Systems, das bereits Wasser enthält. Daher muss die Reserve sowohl die Füllung als auch den Sprinklerbedarf abdecken.
Beeinflusst die Rohrreibung, wie viel des Tanks nutzbar ist?
Ja. Reibung in der Saugleitung reduziert die an der Pumpe verfügbare Förderhöhe proportional zum Quadrat des Durchflusses und ist am ungünstigsten beim Auslegungsdurchfluss mit dem Tank auf seinem niedrigsten Füllstand. Die Rohrleitung zwischen Tank und Pumpe ist daher Teil der Dimensionierungsberechnung, und die Auslassanordnung in Kapitel 14, einschließlich des Glockenendes am Fußbogen eines Saugtanks und der Anti-Wirbel-Plattenbaugruppe, dient dazu, diesen Verlust vorhersehbar zu halten und Luft aus dem Saugbereich fernzuhalten.
Wie wird das System mit einem installierten Speichertank getestet?
Bei mit Wasser auf dem normalen Betriebsniveau gefülltem Tank, dem System in seiner Betriebskonfiguration und der zuerst nachgewiesenen Füllstandsinstrumentierung, sodass der Durchflusstest den Tank, die Sauganordnung, die Füllleitung und die Pumpe gemeinsam prüft. Der eigene Abnahmetest des Tanks nach Kapitel 17 ist eine separate Anforderung, und wo es der Zeitplan erlaubt, sollten beide koordiniert werden, damit ein Durchflusstest Leckagen schneller findet als ein statischer Test.
Benötigt der Tank einen eigenen Testdurchfluss?
Er muss in der Lage sein, den Durchfluss zu liefern, den die Tests erfordern, was eine andere Frage ist als die, ob der Tank einen eigenen dedizierten Test benötigt. Die Pumpenabnahme- und periodischen Durchflusstests nach NFPA 20 entnehmen Wasser aus dem Tank, sodass der Tank diesen Durchfluss aus seinem nutzbaren Volumen liefern muss und der Füllstand danach wiederhergestellt werden muss. Die Füllstands- und Zustandsinstrumentierung ist es, die nachweist, dass die Reserve vor dem Test intakt war und nach dem Test wiederhergestellt wurde.
Wann liefert ein Tank nicht die erforderliche Versorgung?
Vier häufige Fälle. Wenn die öffentliche Versorgung bereits allein den erforderlichen Durchfluss, Druck und die erforderliche Dauer liefert. Wenn kein Platz für die Grundfläche, das Fundament und den Versorgungsweg vorhanden ist. Wenn das gespeicherte Wasser für die Aufgabe nicht geeignet ist und nicht aufbereitet werden kann. Und wenn eine andere Anordnung die Aufgabe einfacher erledigt, wie z. B. ein Trennbehälter, um die Pumpe von der öffentlichen Versorgung zu isolieren, ein Hochbehälter, bei dem die bereitgestellte Förderhöhe ausreicht, oder ein Druckbehälter für ein kleines System ohne Pumpe.
Der Tank ist ein Element in einer Kette, und ihn isoliert zu spezifizieren, führt bei Projekten dazu, dass ein Behälter entsteht, der die falsche Größe für die Pumpe hat, die er speist, und die falsche Form für den Standort, auf dem er steht. Die Kette ist nicht kompliziert: Quelle, Tank, Pumpe, Hauptleitung, Steigleitung, Regelventil, Auslässe. Aber jedes Glied setzt eine Randbedingung für das nächste, und der Tank, weil er das Volumen speichert und weil nichts an seinem Zustand während eines Ereignisses sichtbar ist, trägt die Randbedingung, die am meisten zählt.
Dimensionieren Sie also die Reserve am Pumpensaugstutzen statt an der Düse, berücksichtigen Sie die Reibung zwischen Tank und Pumpe, spezifizieren Sie die Auslassanordnung und die Füllstandsinstrumentierung als Teil des Tanks, und planen Sie die Tests mit dem Tank im Kreislauf.
Senden Sie uns den Anlagentyp, den Auslegungsdurchfluss und die Betriebsdauer, die Sauganordnung und die baulichen Randbedingungen, und wir liefern Ihnen die Tankgeometrie, das Set aus Auslass- und Füllstandsinstrumentierung, die Koordinationsanordnung mit der Feuerlöschpumpe und das Prüfregime, das die Kette schließt.
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Senden Sie uns die Betriebsanforderung, die Volumenbasis, den maßgeblichen Code und die Standortbeschränkungen, und unser Engineering-Team wird mit einer Spezifikation zurückkommen, die ein Lieferant bepreisen und ein Prüfer genehmigen kann. Wir werden Ihnen auch klar sagen, wann ein anderer Tanktyp oder ein anderer Umfang die bessere Antwort ist.
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