Serbatoi d'acqua antincendio per sistemi di protezione antincendio: tipi, ruoli e integrazione nel sistema
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Serbatoi di stoccaggio dell'acqua per impianti antincendio: tipi, ruoli e integrazione di sistema
Il serbatoio è l'elemento di accumulo in una catena che comprende anche la pompa, la condotta principale, la colonna montante e la valvola di regolazione, e la sua dimensione è determinata da ciò che il resto della catena può effettivamente prelevare. Dimensionare la riserva in base alla domanda all'aspirazione della pompa, tenere conto dell'attrito tra il serbatoio e la pompa e considerare il serbatoio e il gruppo pompa come un unico sistema idraulico da coordinare e collaudare.
Introduzione
Un serbatoio dell'acqua antincendio viene specificato, acquistato e installato come se fosse un recipiente a sé stante. Non lo è. È un elemento di una catena idraulica, e ogni decisione riguardante il serbatoio presa senza considerare il resto della catena deve essere rivista al collaudo, quando il serbatoio è pieno e le tubazioni sono collegate e qualcuno scopre che la pompa non riesce a prelevare quanto promesso dal calcolo.
La catena è semplice da descrivere. Una fonte d'acqua, un serbatoio che la immagazzina, una pompa che la sposta, una condotta principale e una colonna montante che la distribuiscono, una valvola di controllo che mantiene il sistema pronto e elementi terminali che la scaricano. Il serbatoio si trova nel mezzo di tutto questo, ed è l'unico elemento che immagazzina qualcosa.
Questo articolo esamina quella catena con il serbatoio come soggetto: a cosa serve il serbatoio, in che modo differisce dalla pompa, come gli schemi a tubo bagnato, a tubo asciutto e a diluvio vi attingono in modo diverso, come la valvola di controllo si colloca tra i due, come l'attrito di aspirazione modifica il volume utilizzabile e come il sistema viene collaudato con il serbatoio in posizione. I riferimenti sono NFPA 22, NFPA 13 e NFPA 20.
Gli elementi di una riserva idrica antincendio
Ogni riserva idrica antincendio ha lo stesso scheletro. L'acqua proviene da una fonte, che può essere la rete pubblica, un pozzo privato o un sistema di acqua di reintegro. Viene immagazzinata, solitamente in un serbatoio, e quel volume stoccato è ciò che disaccoppia l'offerta dalla domanda. Una pompa aggiunge la pressione. Una condotta principale e una colonna montante la trasportano. Una valvola di controllo mantiene il sistema in pressione e pronto. Gli elementi terminali la rilasciano.
Due proprietà rendono il serbatoio l'elemento critico. È l'unico luogo in cui l'acqua esiste in quantità, e l'unico elemento la cui condizione non è visibile durante l'evento. Una pompa viene sostituita e una colonna montante danneggiata viene isolata, ma un serbatoio rimasto pieno per due anni deve essere integro il giorno stesso.
NFPA 22 disciplina il serbatoio e i suoi accessori: il Capitolo 14 per i collegamenti e i raccordi delle tubazioni, il Capitolo 12 per le fondazioni nel terreno, il Capitolo 17 per le prove di accettazione e il Capitolo 18 per l'ispezione e la manutenzione.
Il ruolo del serbatoio rispetto a quello della pompa
Il serbatoio e la pompa svolgono funzioni diverse, e confonderli è all'origine di una lunga serie di errori evitabili. Il serbatoio fornisce volume e, in un'installazione sopraelevata, una certa prevalenza statica. Non può creare una pressione superiore a quella data dall'elevazione, né può erogare una portata controllata. La pompa lo fa, e la NFPA 20 disciplina il gruppo e il suo controllore.
La conseguenza è che le due specifiche sono accoppiate attraverso l'aspirazione. Il serbatoio deve presentare un'aspirazione stabile al livello dell'acqua più basso consentito dal progetto, perché il momento in cui la riserva è quasi esaurita è quello in cui la pompa è più importante. Dove il serbatoio è sopraelevato svolge parte del lavoro della pompa; a livello del suolo la pompa lo fa tutto.
Configurazioni a tubo bagnato, tubo asciutto e diluvio
Il tipo di sistema cambia il modo in cui il serbatoio viene disegnato e ciò che la riserva deve coprire. In un sistema a tubi bagnati le tubazioni sono cariche d'acqua, quindi il serbatoio fornisce continuamente la domanda degli sprinkler e la riserva è costituita dalla domanda degli sprinkler più l'allowance per le manichette, ciascuna per la propria durata.
Un sistema a tubi secchi contiene invece aria in pressione, e il serbatoio deve fare due cose. Deve fornire l'acqua che riempie il sistema quando gli erogatori si attivano, e deve sostenere quel riempimento alla portata richiesta dal progetto. Il riempimento è un prelievo reale sulla riserva, e un sistema a secco su una rete lunga può richiedere un volume considerevole in breve tempo.
Un sistema deluge apre le sue bocche al rilevamento, e l'intera portata di progetto viene rilasciata in una volta, quindi il serbatoio deve erogare la domanda istantanea di picco per l'intera durata. I sistemi pre-azione si collocano tra i casi a secco e a umido, con un ritardo di rilevamento e un riempimento che deve completarsi prima che l'acqua raggiunga gli sprinkler.
La valvola di controllo dell'impianto sprinkler e il serbatoio
La valvola di controllo dell'impianto sprinkler è il punto in cui il serbatoio diventa parte del sistema. In un impianto a tubi bagnati la valvola di controllo dell'allarme mantiene la pressione del sistema e si apre al flusso, e il serbatoio mantiene quel sistema in carica attraverso la linea di riempimento. In un impianto a tubi asciutti la valvola dei tubi asciutti mantiene la pressione dell'aria e ammette acqua all'azionamento, e il serbatoio deve fornire volume e portata sufficienti a riempire il sistema senza scendere sotto il livello della pompa.
L'interfaccia che conta è il segnale di livello. Il capitolo 14 della NFPA 22 richiede la strumentazione di livello e di condizione sul serbatoio, e tali segnali sono ciò che il pannello di controllo legge per segnalare una condizione di basso livello dell'acqua e ciò che il sistema di supervisione utilizza per valutare la riserva. Devono essere specificati come un insieme coordinato con il controllore e la pompa.
C'è anche la disposizione di riempimento. La cisterna deve essere mantenuta al suo livello di servizio antincendio con il volume prelevato ripristinato entro il tempo di rifornimento consentito, rendendola una fonte affidabile anziché un serbatoio che si svuota silenziosamente attraverso una perdita.
Aspirazione, attrito e il volume utile risultante
Il volume che un sistema può effettivamente prelevare non è il volume che la cisterna contiene, e la differenza è l'attrito. La perdita per attrito nella tubazione tra l'uscita della cisterna e l'aspirazione della pompa riduce il carico disponibile alla pompa in proporzione al quadrato della portata, ed è peggiore esattamente quando il livello della cisterna è nella parte inferiore della fascia utilizzabile e il carico statico è al minimo.
Ecco perché la disposizione dello scarico è specificata nel Capitolo 14 anziché essere lasciata all'impresa di tubazioni. Il tubo di scarico è dimensionato in base alla capacità del serbatoio, il gomito di base di un serbatoio di aspirazione presenta un'estremità a campana, la disposizione include una valvola di non ritorno e lo scarico è dotato di un gruppo piastra antivortice. Uno scarico limitato non perde solo pressione; introduce vortici e trascinamento d'aria.
La regola pratica: il volume utile è misurato all'aspirazione della pompa, dal livello operativo normale al livello di arresto minimo, e il tubo tra serbatoio e pompa rientra nel calcolo.
Collaudo dell'impianto con il serbatoio in posizione
Testare un sistema con un serbatoio di accumulo installato è diverso dal testarlo sulla rete pubblica, e la differenza è la riserva. Una prova di portata prelevata dalla rete dimostra la correttezza delle tubazioni e della pompa. Una prova di portata prelevata dal serbatoio dimostra anche il serbatoio, la configurazione di aspirazione, la linea di riempimento e i controlli di livello, ed è l'unico modo per sapere che la pompa funziona con la riserva che avrà.
La sequenza di messa in servizio deve essere pianificata anziché tentata. Il serbatoio deve essere riempito al suo livello operativo normale, il sistema nella sua configurazione operativa, e la strumentazione di livello deve essere verificata prima della prova di portata anziché dopo. Il Capitolo 17 stabilisce i requisiti della prova di accettazione, inclusa l'ispezione congiunta con l'autorità notificata.
Il collaudo di accettazione del serbatoio stesso è separato dalla prova di flusso, ed entrambi devono essere programmati. Un serbatoio bullonato o saldato viene riempito con acqua secondo i requisiti del Capitolo 17 e deve mantenerla. Una prova di flusso effettuata contemporaneamente individua le perdite più rapidamente, quindi, ove la programmazione lo consenta, le due attività dovrebbero essere coordinate.
Il regime ricorrente di prove e ispezioni
Dopo la messa in servizio, il serbatoio entra a far parte del programma di prove di routine, e le prove ricorrenti confermano che la riserva è ancora una riserva. Le prove di accettazione della pompa e le prove di flusso periodiche scaricano dal serbatoio, quindi il livello deve essere ripristinato successivamente e la configurazione di riempimento deve essere nuovamente verificata. Il Capitolo 18 demanda a NFPA 25 l'ispezione e la manutenzione del serbatoio per tutta la sua vita utile, e quello è il documento in base al quale deve essere redatto il manuale di manutenzione.
Il Capitolo 9 della NFPA 25 tratta specificamente i serbatoi d'acqua all'interno di tale norma di ispezione, collaudo e manutenzione, ed è il riferimento per il programma ricorrente del proprietario: controlli di routine del livello e delle condizioni, ispezione esterna del rivestimento, del tetto, degli sfiati, dello scarico per troppopieno e dei supporti, azionamento e collaudo periodici delle valvole, e l'ispezione interna all'intervallo stabilito dalla norma per il tipo di serbatoio e le condizioni del suo rivestimento.
I controlli più importanti su un serbatoio di riserva rilevano una perdita lenta. Un serbatoio pieno che non viene riempito dopo un collaudo presenta una perdita o una valvola guasta. Un serbatoio riempito più spesso del previsto ha una valvola che trafila o uno strumento di livello che va alla deriva. Entrambi si manifestano nel modello operativo molto prima di un guasto, ed è per questo che il livello di riempimento è il singolo dato più importante del programma.
Dove il serbatoio non si adatta
Ci sono quattro situazioni in cui un serbatoio di stoccaggio è la risposta sbagliata, e vale la pena riconoscerle presto. La prima è quando l'approvvigionamento pubblico è affidabile e già soddisfa da solo la portata, la pressione e la durata richieste. Aggiungere un serbatoio allora aggiunge una struttura e un regime di manutenzione senza aggiungere approvvigionamento.
La seconda è quando lo spazio non può sostenerlo. Un serbatoio del volume richiesto ha un'impronta, una fondazione e un percorso di consegna, e su un sito vincolato tali vincoli possono escluderlo. La terza è quando l'acqua immagazzinata non è idonea al servizio e non esiste un trattamento praticabile.
La quarta è quando una diversa configurazione risolve il problema in modo più semplice. Un serbatoio di rottura isola la pompa antincendio dall'approvvigionamento pubblico e può essere molto più piccolo di una riserva completa. Un serbatoio elevato sostituisce una pompa dove il dislivello è sufficiente. In ogni caso la domanda è la stessa: l'elemento di stoccaggio contiene l'intera riserva, o solo ciò che il resto della catena non può fornire?
La catena di approvvigionamento idrico antincendio e il contributo di ciascun elemento
Elemento | Standard | Funzione | Preleva dal serbatoio |
Fonte idrica | Criteri di approvvigionamento idrico | Riempie e rifornisce il serbatoio | Volume di reintegro |
Serbatoio di stoccaggio | NFPA 22, Cap.14 connessioni | Mantiene la riserva, disaccoppia l'approvvigionamento | Nulla (origine) |
Pompa antincendio | NFPA 20 | Converte il volume in portata e pressione | Volume utile completo |
Condotta principale e montante | NFPA 13 | Trasporta l'acqua alle bocche di erogazione | Determina l'attrito della pompa |
Valvola di controllo | NFPA 13 | Mantiene il sistema in pressione | Volume di riempimento + segnali di livello |
Elementi terminali | NFPA 13 | Erogazione alla portata di progetto | Determina la dimensione della riserva |
Strumenti di misura del livello | NFPA 22 Cap.14 | Segnala lo stato della riserva | Segnali di livello/condizione |
Sistema di riempimento | NFPA 22 Cap.4 | Ripristina il volume al livello antincendio | Volume da sostituire |
Come ogni tipo di sistema attinge alla riserva del serbatoio
Sistema | Tubazioni | Come viene utilizzato il serbatoio | La riserva deve coprire |
Tubazioni bagnate | Riempito d'acqua | Prelievo continuo alla portata di progetto | Sprinkler + idranti, ciascuno per la propria durata |
Tubo a secco | Aria in pressione | Riempimento poi mantenimento della domanda | Riempimento dell'impianto + domanda degli sprinkler |
Pre-azione | Aria fino al rilevamento | Riempimento poi ammissione dell'acqua | Riempimento + ritardo + domanda degli sprinkler |
Diluvio | Vuoto fino all'apertura | Portata piena in una volta | Durata completa della domanda di punta |
Tubo verticale/tubo flessibile | Riempito d'acqua | Flusso del tubo flessibile tramite montante | Durata del flusso del tubo flessibile |
Combinato | Riempito d'acqua | Sprinkler + idranti insieme | Domanda sovrapposta |
Informazioni su Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) progetta e fabbrica 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
Qual è il ruolo del serbatoio in un sistema di protezione antincendio?
È l'elemento di accumulo. Contiene il volume a cui il sistema attinge, mantiene tale volume disponibile mantenendolo al suo livello di servizio antincendio e ripristinandolo entro il tempo consentito, e lo eroga all'aspirazione della pompa. Inoltre disaccoppia l'alimentazione dalla domanda, motivo per cui un sistema alimentato da un serbatoio può superare un evento che la rete pubblica non potrebbe sostenere.
In che cosa un serbatoio differisce da una pompa antincendio nel sistema?
Il serbatoio fornisce volume immagazzinato e, dove è elevato, una certa prevalenza statica. La pompa fornisce portata e pressione controllate, ed è regolata dalla NFPA 20. Il serbatoio non può svolgere il compito della pompa, e la pompa non può sostituire il serbatoio, perché solo il serbatoio contiene una riserva che sopravvive alla perdita dell'alimentazione in ingresso. I due sono coordinati attraverso l'aspirazione, e il serbatoio deve presentare una condizione stabile al livello minimo utilizzabile anziché solo quando è pieno.
Il serbatoio necessita di una valvola di controllo dell'impianto sprinkler?
Non sul serbatoio stesso. La valvola di controllo appartiene al sistema sprinkler: la valvola di allarme in un sistema a tubi bagnati, la valvola a secco o la valvola a diluvio. Il coinvolgimento del serbatoio avviene attraverso la linea di riempimento che mantiene il sistema in pressione, la strumentazione di livello che segnala se la riserva è integra e l'aspirazione che eroga il volume quando la valvola si apre. Il Capitolo 14 tratta i collegamenti e i raccordi delle tubazioni che sostengono questa relazione, inclusa la tubazione di scarico dimensionata in base alla capacità del serbatoio e il gruppo della piastra antivortice all'uscita di scarico.
In che modo un impianto a tubo secco utilizza il serbatoio?
In due modi, ed entrambi attingono alla riserva. Il serbatoio deve riempire l'impianto con acqua alla portata richiesta dal progetto una volta che gli erogatori entrano in funzione, e deve sostenere tale riempimento. Poiché fino a quel momento le tubazioni sono vuote, il riempimento è un prelievo effettivo dal volume immagazzinato anziché un rabbocco di un impianto che già contiene acqua, quindi la riserva deve coprire sia il riempimento sia la richiesta dell'impianto sprinkler.
L'attrito nelle tubazioni influisce sulla quantità utilizzabile del serbatoio?
Sì. L'attrito nella linea di aspirazione riduce il carico disponibile alla pompa, in proporzione al quadrato della portata, ed è peggiore alla portata di progetto con il serbatoio al livello minimo. Il tubo tra il serbatoio e la pompa fa quindi parte del calcolo dimensionale, e la disposizione dello scarico nel Capitolo 14, compreso il terminale a campana sul gomito di base di un serbatoio di aspirazione e il gruppo della piastra antivortice, esiste per mantenere tale perdita prevedibile e tenere l'aria fuori dall'aspirazione.
Come viene testato il sistema con un serbatoio di accumulo installato?
Con il serbatoio riempito al suo normale livello operativo, il sistema nella sua configurazione operativa e la strumentazione di livello verificata per prima, in modo che la prova di flusso eserciti insieme il serbatoio, il sistema di aspirazione, la linea di riempimento e la pompa. La prova di accettazione del serbatoio stesso secondo il Capitolo 17 è un requisito separato, e dove il programma lo consente le due dovrebbero essere coordinate in modo che una prova di flusso rilevi le perdite più rapidamente di una prova statica.
Il serbatoio necessita di una propria prova di flusso?
Deve essere in grado di fornire la portata richiesta dalle prove, il che è una questione diversa dal fatto che il serbatoio necessiti di una prova dedicata propria. Le prove di accettazione della pompa e le prove di flusso periodiche secondo NFPA 20 attingono dal serbatoio, quindi il serbatoio deve erogare tale portata dal suo volume utile e il livello deve essere ripristinato successivamente. La strumentazione di livello e di condizione è ciò che dimostra che la riserva era intatta prima della prova e ripristinata dopo di essa.
Quando un serbatoio non fornisce l'alimentazione richiesta?
Quattro casi comuni. Quando l'approvvigionamento pubblico soddisfa già da solo la portata, la pressione e la durata richieste. Quando non c'è spazio per l'ingombro, la fondazione e il percorso di adduzione. Quando l'acqua accumulata non è idonea all'uso e non può essere trattata. E quando una soluzione diversa svolge il compito in modo più semplice, come un serbatoio di rottura per isolare la pompa dall'approvvigionamento pubblico, un serbatoio sopraelevato dove il battente fornito è sufficiente, o un vaso in pressione per un piccolo impianto senza pompa.
Il serbatoio è un elemento di una catena, e specificarlo isolatamente è il modo in cui i progetti finiscono con un recipiente di dimensioni sbagliate per la pompa che alimenta e di forma sbagliata per il sito su cui si trova. La catena non è complicata: sorgente, serbatoio, pompa, condotta principale, colonna montante, valvola di controllo, uscite. Ma ogni anello impone un vincolo al successivo, e il serbatoio, poiché immagazzina il volume e poiché nulla del suo stato è visibile durante un evento, porta il vincolo che conta di più.
Quindi dimensiona la riserva all'aspirazione della pompa anziché all'ugello, tieni conto dell'attrito tra il serbatoio e la pompa, specifica la disposizione delle uscite e la strumentazione di livello come parte del serbatoio, e pianifica i test con il serbatoio nel circuito.
Inviaci il tipo di sistema, la portata e la durata di progetto, la configurazione di aspirazione e i vincoli del sito, e ti restituiremo la geometria del serbatoio, il set di strumentazione per l'uscita e il livello, la configurazione di coordinamento con la pompa antincendio e il regime di collaudo che chiude la catena.
Parla con il nostro team di ingegneria
Inviate la portata, la base del volume, il codice di riferimento e i vincoli del sito, e il nostro team di ingegneria tornerà con una specifica che un fornitore può quotare e un revisore può approvare. Vi diremo anche chiaramente quando un diverso tipo di serbatoio o un diverso ambito di fornitura è la risposta migliore.
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