Norma NFPA 20 sulle pompe antincendio: come il serbatoio dell'acqua antincendio si interfaccia con la pompa
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Norma NFPA 20 sulle pompe antincendio: come la vasca antincendio si interfaccia con la pompa
La pompa e il serbatoio sono un unico sistema idraulico specificato da due norme. Il serbatoio deve presentare un'aspirazione stabile al livello utile più basso, non al livello pieno, e la configurazione dello scarico deve erogare la portata della prova di accettazione senza formazione di vortici o trascinamento d'aria. Coordinare la geometria dell'aspirazione, il livello minimo, lo scarico e la portata di prova prima del rilascio di uno dei due pacchetti.
Introduzione
Una pompa antincendio viene acquistata e installata come pacchetto, ma è alimentata da un serbatoio che rientra nella competenza di altri. La NFPA 20 disciplina l'installazione della pompa: i motori, il controllore, la pompa jockey e il collaudo di accettazione. La NFPA 22 disciplina il serbatoio che la alimenta. Le due norme si incontrano all'aspirazione.
Il disaccordo raramente riguarda la pompa. Riguarda la condizione che il serbatoio presenta al fondo dell'abbassamento del livello, e la portata che la configurazione dell'uscita può erogare al livello da cui la pompa preleverà.
Questo articolo illustra come i due standard si dividono il lavoro, cosa deve presentare il serbatoio all'aspirazione, cosa fa l'attrito allo scarico alla riserva utilizzabile, cosa richiede il test di accettazione alla combinazione e da quali caratteristiche del serbatoio dipende il pacchetto pompa.
Cosa disciplina la NFPA 20
NFPA 20 è lo standard per l'installazione di pompe stazionarie per la protezione antincendio e copre il pacchetto pompa anziché l'alimentazione idrica: la pompa antincendio e il suo azionatore, che sia elettrico, diesel o a turbina, il controllore che la avvia, le funzioni di supervisione e allarme, la pompa jockey che mantiene la pressione dell'impianto tra le richieste e il test di accettazione.
Il pacchetto fissa anche la condizione di aspirazione in cui opera la pompa, perché una pompa che solleva da un serbatoio remoto attraverso una lunga linea rappresenta una scelta diversa rispetto a una che aspira da un serbatoio posto al di sotto di essa. La norma non progetta il serbatoio, ma presuppone che l'alimentazione presenti un'aspirazione utilizzabile al livello peggiore.
Quell'assunzione è il punto in cui le due specifiche si incontrano. NFPA 22 richiede che il serbatoio e i suoi accessori includano una disposizione di scarico specificata e un livello minimo, e NFPA 20 richiede che la pompa sia installata e testata rispetto a una condizione di aspirazione dichiarata.
Il serbatoio e la pompa come un unico sistema
Trattare la vasca e la pompa come un unico sistema inizia dal percorso del flusso e procede a ritroso. L'acqua viene aspirata attraverso un'apertura di scarico, lungo un tubo di aspirazione, fino all'occhio della pompa, e viene spinta nel sistema. In ogni punto due cose contano: quanta prevalenza è disponibile e se il flusso è pulito. La prevalenza disponibile è la prevalenza statica dalla superficie dell'acqua alla pompa, meno la perdita per attrito nel tubo e nei raccordi. La pulizia del flusso è l'assenza di aria, vortici e flusso rotazionale all'aspirazione.
La curva della pompa descrive ciò che la pompa può fornire in relazione a una determinata prevalenza; il sistema ottiene l'intersezione di tale curva con la resistenza delle tubazioni. Il serbatoio influisce su entrambi i lati: stabilisce la prevalenza a ogni livello e la disposizione della sua uscita determina quanta perdita per attrito sia evitabile. Pertanto i due non possono essere selezionati in modo indipendente; il livello minimo utilizzabile e la disposizione dell'uscita condizionano entrambi la pompa.
Aspirazione: sollevamento, sommergenza e prevenzione dei vortici
Il dislivello di aspirazione è l'altezza che la pompa deve sollevare l'acqua per raggiungere la sua bocca di aspirazione, e distingue un'installazione con serbatoio di aspirazione da una allagata. Quando la superficie dell'acqua si trova sopra la pompa, l'aspirazione è allagata e la pompa dispone di una prevalenza positiva. Quando la pompa si trova sotto la superficie, l'aspirazione è in sollevamento, e la prevalenza che la pompa deve creare per portare l'acqua in alto viene sottratta dalla prevalenza che può fornire.
La sommersione è la profondità dell'acqua sopra l'apertura di aspirazione e determina se la pompa aspira correttamente. Una sommersione troppo ridotta fa ruotare il flusso che entra nell'aspirazione, formando un vortice che trascina aria nella pompa e ne riduce le prestazioni e la durata. Il gruppo piastra antivortice all'uscita di mandata richiesto dal capitolo 14 della NFPA 22 è il rimedio standard ed è una caratteristica del serbatoio.
Per un serbatoio di aspirazione, il capitolo 14 richiede inoltre un terminale a campana sul gomito di base e una valvola di non ritorno, in modo che il serbatoio non possa svuotarsi attraverso la pompa. Entrambi sono forniture del serbatoio, coordinate con la dimensione dell'aspirazione.
Perdita per attrito e il suo effetto sulla riserva utilizzabile
La perdita di carico nella linea di aspirazione riduce il carico disponibile della pompa, in proporzione al quadrato della portata. Alla portata che la pompa aspira durante un incendio, tale perdita è massima, e nello stesso momento il carico statico dalla vasca è minimo, perché il livello è al fondo della fascia utilizzabile. Tali effetti si verificano nello stesso punto dell'evento, ed è per questo che la configurazione di aspirazione viene valutata insieme alla portata di progetto e al livello minimo.
La conseguenza per il serbatoio è una riduzione del volume utile. Il volume utile è misurato all'aspirazione della pompa fino al livello di arresto minimo; tutto ciò che sta al di sotto è volume morto. Se la perdita di carico è sufficientemente elevata da impedire alla pompa di mantenere la portata richiesta al livello minimo consentito, tale livello deve essere innalzato, riducendo il volume utile e aumentando la capacità lorda del mantello. È per questo che il tubo di aspirazione viene dimensionato in base alla capacità del serbatoio secondo il Capitolo 14, e per cui una lunga tratta tra serbatoio e pompa costituisce un problema di progettazione anziché un dettaglio di installazione.
Portata di prova e prova di accettazione
La prova di accettazione è il momento in cui il serbatoio e la pompa vengono verificati insieme, ed è l'unica prova che mette alla prova la combinazione nelle condizioni che contano. NFPA 20 richiede che la pompa sia testata dopo l'installazione a portate superiori alla sua capacità nominale, con lo scarico chiuso e aperto, e che dimostri di erogare la portata e la pressione nominali e di non sviluppare alcuna condizione che ne impedisca il funzionamento in servizio.
Per il serbatoio, la prova ha due implicazioni. Il serbatoio deve contenere un volume utile sufficiente a fornire la portata di prova per la sua durata, ed essere al livello richiesto dalla prova, il che determina l'interruzione di basso livello e il volume al di sopra di esso.
La riserva deve anche essere ripristinata successivamente. NFPA 22 richiede che il volume prelevato venga ripristinato entro il tempo di riempimento consentito e che il serbatoio sia mantenuto al suo livello di servizio antincendio, quindi la configurazione di riempimento deve essere dimostrata con la pompa. Un piano di collaudo che esegue la prova della pompa e lascia il serbatoio a livello ridotto non soddisfa nessuno dei due standard.
Caratteristiche del serbatoio da cui dipende la pompa
Il primo gruppo di caratteristiche del serbatoio da cui dipende la pompa è la disposizione fisica allo scarico. Il capitolo 14 tratta i collegamenti e i raccordi delle tubazioni, e per un serbatoio di aspirazione ciò significa un tubo di scarico dimensionato in base alla capacità del serbatoio, un'estremità a campana sul gomito di base, una valvola di non ritorno nella disposizione e un gruppo parapioggia anti-vortice all'uscita di scarico. Le dimensioni dell'ugello e del tubo di aspirazione devono essere coordinate: un ugello sottodimensionato limita la portata che la pompa può aspirare, uno sovradimensionato favorisce la formazione di vortici a velocità più elevate.
Il secondo gruppo riguarda il livello e la geometria della superficie dell'acqua. Il livello operativo minimo deve garantire un adeguato affogamento nel punto più basso utilizzabile, e il serbatoio deve rimanere sufficientemente piatto e ampio in quel punto. Un serbatoio stretto sul fondo, o con un cono profondo che pone l'uscita vicino al pavimento, può non presentare un'aspirazione stabile dove un serbatoio meno profondo dello stesso volume riuscirebbe.
Il terzo gruppo riguarda l'accesso e la strumentazione: la pompa deve essere riparabile, il serbatoio ispezionabile dall'interno, e il Capitolo 14 richiede strumentazione di livello e condizione sul serbatoio affinché lo stato di riserva sia riportato al pannello di controllo e al sistema di supervisione.
Responsabilità dell'interfaccia e chi possiede cosa
Il secondo livello dell'interfaccia è ciò che ciascuna parte possiede, ed è l'elemento più spesso lasciato senza attribuzione. Il fornitore della pompa necessita del dato di capacità netta del serbatoio, dell'elevazione dello scarico rispetto alla fondazione, del livello minimo di esercizio, delle caratteristiche di attrito della linea di aspirazione e dei setpoint degli strumenti di livello. Senza questi dati la pompa viene selezionata sulla base di ipotesi, e l'ipotesi più spesso errata è quella relativa al livello dell'acqua.
Il fornitore del serbatoio è responsabile del sistema di scarico ai sensi del Capitolo 14, della dichiarazione della capacità netta con il relativo dato di riferimento, del dettaglio del sistema di aspirazione inclusi la piastra antivortice e il bocchettone a campana, del livello operativo minimo e dell'elevazione dello scarico rispetto alla fondazione finita. Il committente è responsabile del sistema di riempimento e della protezione contro il riflusso sulla linea di riempimento, mentre l'ingegnere responsabile del progetto è responsabile della fondazione e dell'ancoraggio ai sensi del Capitolo 12.
La responsabilità che deve essere nominata nel contratto è il coordinamento della geometria di aspirazione e del livello minimo. Se la vasca e la pompa vengono acquistate separatamente, a un fornitore deve essere affidato tale compito, altrimenti l'interfaccia cade tra di essi e viene scoperta solo al collaudo, quando la pompa non riesce a mantenere la portata nominale dal livello che la vasca fornisce effettivamente.
Documenti da consegnare con il pacchetto pompa
Il pacchetto di consegna trasporta il lato vasca dell'interfaccia nel pacchetto pompa. Deve contenere il disegno d'insieme della vasca con l'uscita di scarico, gli strumenti di livello e i loro setpoint, la dichiarazione della capacità netta con il suo datum, il dettaglio della configurazione di aspirazione inclusi la piastra anti-vortice e il bocchello a campana, il livello minimo di esercizio e l'elevazione dell'uscita sopra la fondazione finita.
Dovrebbe inoltre contenere i documenti che provano che la combinazione funziona: il rapporto di collaudo di accettazione del serbatoio richiesto dalla NFPA 22 Capitolo 17, il registro del collaudo di accettazione della pompa richiesto dalla NFPA 20, i registri di taratura degli strumenti di livello, il test del sistema di riempimento che dimostra il volume ripristinato entro il tempo consentito, e il manuale di manutenzione redatto secondo la NFPA 25 per il regime di ispezione a cui rimanda il Capitolo 18. Senza questi documenti, la prossima persona che modificherà il sistema lavorerà senza le informazioni che collegano le due metà.
L'interfaccia vasca-pompa e chi possiede ciascun elemento
Elemento dell'interfaccia | Riferimento | Requisiti della pompa | Fornito da |
Tubo di scarico | NFPA 22 Cap.14 | Corrisponde alla prevalenza della pompa all'aspirazione | Serbatoio (con pompa) |
Curva di base | NFPA 22 Cap.14 | Ingresso a bassa turbolenza | Serbatoio |
Valvola di ritegno | NFPA 22 Cap.14 | Impedisce il riflusso attraverso la pompa | Serbatoio |
Piastra antivortice | NFPA 22 Cap.14 | Nessun vortice o aria alla portata | Serbatoio |
Livello operativo minimo | NFPA 22 Cap.14 | Sommergenza allo svuotamento | Serbatoio (confermato dalla pompa) |
Strumenti di livello | NFPA 22 Cap.14 | Segnali di allarme/supervisione | Serbatoio (con controllore) |
Riempimento | NFPA 22 Cap.4 | Riserva piena tra gli eventi | Proprietario |
Attrito all'aspirazione | Modello idraulico | Prevalenza alla portata/livello minimo | Tubazioni (coordinate) |
Registrazioni di collaudo | NFPA 22 Cap.17, NFPA 20 | Prova delle prestazioni nominali | Appaltatore/proprietario |
Caratteristiche geometriche del serbatoio e cosa cambiano per la pompa
Caratteristica del serbatoio | Effetto sulla pompa | Verifica | Riferimento |
Livello operativo minimo | Sommergenza, prevalenza minima | Aspirazione stabile alla portata? | NFPA 22 Cap.14 |
Uscita di scarico | Limita la portata, imposta la velocità | Supera la portata nominale? | NFPA 22 Cap.14 |
Forma vicino all'uscita | Superficie piatta a basso livello | Abbassamento stabile fino all'interruzione? | Disegno del serbatoio |
Piastra antivortice | Nessuna rotazione o aria | Dimensionata, altezza corretta? | NFPA 22 Cap.14 |
Linea di aspirazione | L'attrito riduce la prevalenza | Prevalenza persa a portata/min? | Modello idraulico |
Strumenti di livello | Segnali del controllore | Setpoint coordinati? | NFPA 22 Cap.14 |
Capacità di riempimento | Velocità di ripristino | Ripristino nel tempo consentito? | NFPA 22 Cap.4 |
Protezione contro il riflusso | Isola la riserva | Intercapedine d'aria dettagliata? | Alimentazione del sito |
Informazioni su Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) progetta e produce serbatoi di stoccaggio in acciaio bullonato, serbatoi in acciaio saldato, serbatoi in epossidica fusa a legame, serbatoi zincati, recipienti in acciaio inossidabile, recipienti a pressione, coperture a cupola geodetica in alluminio e coperture galleggianti. L'azienda vanta oltre 30 anni di esperienza produttiva e ha fornito attrezzature a progetti in più di 100 paesi. Le coperture a cupola geodetica in alluminio sono progettate e fabbricate secondo API 650 Appendice G, AWWA D108, l'Aluminum Design Manual, ASCE 7 e IBC, e l'azienda ha sviluppato ed esportato una copertura a cupola in alluminio di 72 m di diametro nel 2023. Ingegneria, fabbricazione, rivestimento, controllo qualità e servizio in cantiere sono gestiti come un unico ambito, motivo per cui i disegni, la base di calcolo e l'hardware consegnato possono essere riconciliati tra loro.
Domande frequenti
Come aspira una pompa antincendio da un serbatoio di stoccaggio?
Attraverso un'apertura di scarico nel serbatoio collegata all'aspirazione della pompa tramite un tubo. Il Capitolo 14 della NFPA 22 disciplina tale collegamento: il tubo di scarico è dimensionato in base alla capacità del serbatoio, un serbatoio di aspirazione presenta un'estremità a campana sul gomito di base, la configurazione include una valvola di non ritorno e l'uscita di scarico è dotata di un gruppo piastra antivortice. La NFPA 20 disciplina la pompa che aspira attraverso di esso.
La dimensione dell'uscita del serbatoio influisce sulla pompa?
Sì, in entrambe le direzioni. Un'uscita troppo piccola limita la portata che la pompa può aspirare e la costringe a lavorare al di fuori del suo campo nominale. Un'uscita troppo grande aumenta la velocità all'apertura e favorisce la formazione di vortici e l'ingresso di aria all'aspirazione. La dimensione dell'ugello e quella del tubo di aspirazione devono essere coordinate con la scelta della pompa, non decise separatamente.
Qual è l'effetto dell'attrito in aspirazione sul volume utilizzabile?
Riduce il battente disponibile alla pompa in proporzione al quadrato della portata, ed è peggiore alla portata di progetto con il serbatoio al livello più basso. Se la perdita è sufficientemente elevata che la pompa non riesce a mantenere la portata richiesta al livello minimo consentito, tale livello deve essere innalzato, il che riduce il volume utile e aumenta la capacità lorda del mantello che il serbatoio deve fornire.
Quale portata di prova è richiesta e come viene misurata?
La NFPA 20 richiede che la pompa antincendio installata sia sottoposta a collaudo di accettazione dopo l'installazione a portate superiori alla sua capacità nominale, con la mandata chiusa e aperta, dimostrando che eroga la portata e la pressione nominali e che non sviluppa alcuna condizione che ne impedisca il funzionamento in servizio. La portata viene misurata alla mandata della pompa, con il serbatoio che alimenta il prelievo di prova e il livello del serbatoio monitorato per tutta la durata.
Perché è importante il grado di sommersione all'uscita del serbatoio?
Un sommergimento insufficiente consente al flusso all'apertura di ruotare e formare un vortice, che trascina aria nella pompa. Il risultato è una pompa che funziona al di sotto della sua curva e subisce danni nel tempo. Il capitolo 14 della NFPA 22 richiede per questo motivo il gruppo piastra antivortice all'uscita di mandata, e un terminale a campana sul gomito di base di un serbatoio di aspirazione aggiunge ulteriore protezione.
Da quali caratteristiche del serbatoio dipende la pompa antincendio?
Quattro gruppi. La disposizione fisica di scarico secondo il Capitolo 14: il tubo di scarico dimensionato, il terminale a campana, la valvola di non ritorno e il gruppo della piastra antivortice. La geometria della superficie dell'acqua, in modo che il livello operativo minimo garantisca un adeguato sommergimento. Accesso e strumentazione, inclusi gli strumenti di livello e di condizione richiesti dal Capitolo 14. E le caratteristiche operative: la disposizione di rabbocco, la protezione contro il riflusso sulla linea di riempimento e i segnali di livello letti dal controllore.
Di cosa ha bisogno il pacchetto pompa antincendio dal fornitore del serbatoio?
Il disegno di disposizione generale del serbatoio con l'uscita di scarico, gli strumenti di livello e i loro setpoint, la dichiarazione della capacità netta con il suo dato di riferimento, il dettaglio della disposizione di aspirazione, il livello minimo di esercizio, l'elevazione dell'uscita sopra la fondazione finita e le caratteristiche di attrito della linea di aspirazione. Senza questi elementi la pompa viene selezionata sulla base di ipotesi, e l'ipotesi che più spesso risulta errata è quella relativa al livello dell'acqua.
Una pompa antincendio e un serbatoio dell'acqua antincendio sono specificati da due norme, ma costituiscono un unico sistema idraulico, e il punto di giunzione è l'aspirazione. Il serbatoio deve garantire un'aspirazione stabile al livello minimo utilizzabile, l'uscita deve erogare la portata per cui la pompa è dimensionata senza formazione di vortici, e i due componenti devono essere collaudati insieme nella prova di accettazione e successivamente in quella periodica.
Inviaci il tipo e le caratteristiche della pompa, la portata e la pressione richieste, le quote relative del serbatoio e della pompa e i vincoli del sito, e ti restituiremo la geometria del serbatoio, la configurazione di scarico, il livello minimo e il set di strumentazione che consentono di mettere in servizio i due pacchetti come un unico sistema.
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