NFPA 20消火ポンプ規格：消火水タンクとポンプのインターフェース
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NFPA 20 消防ポンプ規格：消防用水タンクとポンプのインターフェース
ポンプとタンクは、2つの規格によって規定される1つの油圧システムです。タンクは、満液レベルではなく、最低使用可能レベルで安定した吸込みを提供する必要があり、出口の配置は、渦や空気混入なしに受入試験流量を供給しなければなりません。どちらのパッケージもリリースする前に、吸込み形状、最低レベル、出口、および試験流量を調整してください。
はじめに
消火ポンプはパッケージとして購入・設置されるが、それは他者の担当範囲にある容器から供給される。NFPA 20はポンプの設置を規定する。すなわち、駆動装置、制御装置、ジョッキーポンプ、および受入試験である。NFPA 22はそれを供給するタンクを規定する。両者は吸込側で接する。
不一致はめったにポンプについてではない。それは、取水下限におけるタンクが示す状態についてであり、また、ポンプが取水する液位において出口配置が供給できる流量についてである。
本記事では、2つの規格が作業をどのように分担するか、タンクが吸込み側で何を提示する必要があるか、出口摩擦が有効予備量にどのような影響を与えるか、受入試験が組み合わせに何を求めるか、そしてポンプパッケージが依存するタンクの特徴について説明します。
NFPA 20が規定する内容
NFPA 20は防火用固定ポンプの設置に関する標準規格であり、給水ではなくポンプパッケージを対象としている。すなわち、電動式、ディーゼル式、タービン式のいずれであっても消防ポンプとその駆動装置、それを始動させるコントローラ、監視および警報機能、需要と需要の間にシステム圧力を維持するジョッキーポンプ、そして受入試験である。
このパッケージはまた、ポンプが作動する吸入条件を固定します。なぜなら、遠隔タンクから長い配管を通して吸い上げるポンプは、下にあるタンクから吸い上げるポンプとは別の選定になるからです。この規格はタンクを設計するものではありませんが、供給が最悪のレベルでも使用可能な吸入状態を提供することを前提としています。
その前提が、この2つの仕様が交わる点です。NFPA 22は、タンクとその付属品に指定された吐出し配置と最低レベルを含めることを要求し、NFPA 20は、ポンプが規定の吸込み条件に対して設置され、試験されることを要求しています。
タンクとポンプを一つのシステムとして
タンクとポンプを一つのシステムとして捉える場合、流路から始めて逆方向に考える。水は排水口から吸込管を通ってポンプの吸込口に引き込まれ、システム内に押し出される。どの地点においても重要なのは二つのことである。どれだけのヘッドが利用可能か、そして流れがきれいかどうかである。利用可能なヘッドとは、水面からポンプまでの静ヘッドから、配管および継手における摩擦損失を差し引いたものである。流れのきれいさとは、吸込側において空気、渦、旋回流が存在しないことである。
ポンプ曲線は、与えられた揚程に対してポンプが供給できる能力を表します。システムはその曲線と配管抵抗との交点を得ます。タンクは両側に影響します。すなわち、各水位での揚程を設定し、その出口配置によって回避可能な摩擦損失の量が決まります。したがって、この二つは独立して選択することはできません。使用可能な最低水位と出口配置の両方がポンプの条件を規定します。
吸込み：揚程、没水、および渦の防止
吸込み揚程とは、ポンプが水を吸込み口まで持ち上げるために必要な高さであり、これによって吸込みタンク設置と満水設置が区別されます。水面がポンプより上にある場合、吸込みは満水であり、ポンプには正の有効揚程があります。ポンプが水面より下にある場合、吸込みは揚程上にあり、水を持ち上げるためにポンプが生成しなければならない揚程は、供給できる揚程から差し引かれます。
没水とは吸込み開口部より上の水深のことであり、ポンプがきれいに吸水できるかどうかを左右します。没水が不十分だと、吸込み口に流入する流れが回転して渦を形成し、ポンプ内に空気を引き込んで性能と寿命を低下させます。NFPA 22 第14章で要求される吐出口の渦防止板アセンブリが標準的な対策であり、これはタンクの機能です。
吸込みタンクの場合、第14章ではベースエルボにベルエンドと、タンクからポンプを通じて水が逆流しないようにチェックバルブを設けることも要求されています。いずれもタンク側の納入品であり、吸込み口径と整合させます。
摩擦損失とそれが有効予備水量に与える影響
吸込管路の摩擦損失は、流量の二乗に比例してポンプが利用できる揚程を減少させます。火災時にポンプが引き込む流量では、その損失は最大となり、同時にタンクからの静水頭は最小となります。なぜなら水位が有効帯の底部にあるからです。これらの影響は事象の中で同じ時点に重なるため、吸込配置は設計流量と最小水位を同時に評価するのです。
タンクにとっての結果は、有効容積の減少である。有効容積はポンプ吸込み口から低液位カットオフまでで測定され、それより下はすべてデッドストレージとなる。摩擦損失が十分に高く、ポンプが許容最低液位で必要流量を維持できない場合、その液位を引き上げる必要があり、有効容積が減少し、総殻容量が増加する。これが、第14章において吸入管がタンク容量によってサイジングされる理由であり、タンクとポンプ間の長い配管が設置の詳細ではなく設計上の問題である理由である。
試験流量と合格運転
受入試験は、タンクとポンプが一体として証明される場であり、重要な条件下でその組み合わせを試す唯一の試験です。NFPA 20は、ポンプが設置後に定格容量を超える流量で、吐出しを閉じた状態と開いた状態で試験され、定格流量と圧力を供給し、使用中に作動を停止させるような状態を発生させないことを実証することを要求しています。
タンクにとって、この試験には2つの意味があります。タンクは、試験流量をその継続時間にわたって供給するのに十分な有効容量を保持し、試験が要求するレベルにある必要があり、それが低レベル遮断とその上の容量を設定します。
その後、予備水量も復旧させる必要があります。NFPA 22では、引き出された水量を許容される再充填時間内に復旧させ、タンクを消防用水位に維持することが求められるため、充填設備はポンプを用いて実証されなければなりません。ポンプ試験を実施した後にタンクを低水位のまま放置する試運転計画は、どちらの規格も満たしません。
ポンプが依存するタンクの特徴
タンクの特徴のうち、ポンプが依存する最初のグループは、吐出側の物理的な配置です。第14章では配管接続と継手について扱っており、吸込みタンクの場合、それはタンク容量に応じたサイズの吐出管、底部エルボのベル端、配置内の逆止弁、そして吐出口における防渦板アセンブリを意味します。ノズルと吸込み管のサイズは調整される必要があります。サイズが小さすぎるノズルはポンプが引き込める流量を制限し、サイズが大きすぎるノズルはより高い流速で渦の発生を促します。
2つ目のグループは、水面の水位と形状です。最低運用水位は、使用可能な最低点で十分な没水深度を確保できなければならず、タンクはその位置で十分に平らで広くなければなりません。底部が狭いタンクや、深い円錐形によって出口が床面近くにあるタンクでは、同じ容量のより浅いタンクなら対応できる安定した吸込みを確保できないことがあります。
第3のグループはアクセスと計装です。ポンプは保守可能でなければならず、タンクは内部から検査可能でなければならず、第14章ではタンクに液位および状態の計装を設置し、予備状態を制御盤および監視システムに報告することが求められています。
インターフェースの責任と誰が何を所有するか
インターフェースの第2のレベルは、各当事者が何を所有するかであり、最も頻繁に未解決のまま放置される項目です。ポンプ供給者には、タンクの正味容量の基準値、基礎上の吐出出口の高さ、最小運転液位、吸入ラインの摩擦特性、および液位計の設定値が必要です。これらがなければ、ポンプは仮定に基づいて選定され、最も頻繁に誤っている仮定は水位に関するものです。
タンクサプライヤーは、第14章に基づく排出設備、基準点を含む正味容量の記載、防渦板およびベルエンドを含む吸込み設備の詳細、最小運転レベル、および仕上げ基礎上の出口高さを所管します。オーナーは、補充設備および充填ラインの逆流防止を所管し、責任技術者は第12章に基づく基礎およびアンカレッジを所管します。
契約で明記すべき責任は、吸込み形状と最小レベルの調整である。タンクとポンプを別々に購入する場合、どちらか一方のサプライヤーにその役割を割り当てる必要がある。さもなければ、インターフェースが両者の間に挟まれてしまい、試運転時に初めて発覚することになる。その時点では、ポンプはタンクが実際に提供するレベルから定格流量を維持できない。
ポンプパッケージとともに引き渡す書類
引き渡しパッケージは、インターフェースのタンク側をポンプパッケージに引き継ぐものである。これには、吐出出口を示したタンクの一般配置図、レベル計器とその設定値、基準面を含む正味容量の明細、防渦板とベルエンドを含む吸込み配置の詳細、最小運転レベル、および仕上げ基礎面からの出口高さが含まれるべきである。
NFPA 22第17章が要求するタンク受入試験報告書、NFPA 20が要求するポンプ受入試験記録、液位計の校正記録、許容時間内に復元された容量を示す充填設備試験、およびNFPA 25に基づいて第18章が検査体制のために送付する保守マニュアルなど、組み合わせが機能することを証明する記録も含めるべきである。これらがなければ、次にシステムを変更する者は、二つの部分をつなぐ情報なしで作業することになる。
タンク・ポンプ間インターフェースと各要素の責任所在
インターフェース要素 | 参照 | ポンプ側の要件 | 納入元 |
排水管 | NFPA 22 第14章 | 吸込側のポンプ定格に適合 | タンク（ポンプ付き） |
ベースエルボ | NFPA 22 第14章 | 低乱流入口 | タンク |
逆止弁 | NFPA 22 第14章 | ポンプを介した逆流を防止 | タンク |
防渦板 | NFPA 22 第14章 | 流量時に渦や空気がないこと | タンク |
最小運転水位 | NFPA 22 第14章 | ドローダウン時の没水深度 | タンク（ポンプにより確認） |
液位計器 | NFPA 22 第14章 | 警報・監視信号 | タンク（コントローラ付き） |
再充填 | NFPA 22 第4章 | イベント間に満水を維持 | 所有者 |
吸込摩擦 | 水力モデル | 流量・最小水位時の揚程 | 配管（調整済み） |
受入記録 | NFPA 22 第17章、NFPA 20 | 定格性能の証明 | 請負業者・所有者 |
タンクの形状特性とポンプへの影響
タンクの特性 | ポンプへの影響 | 確認 | 参照 |
最小動作レベル | 水没、最低ヘッド | 流量時に安定した吸込みか？ | NFPA 22 Ch.14 |
吐出出口 | 流量を制限し、速度を設定 | 定格流量を通過するか？ | NFPA 22 第14章 |
出口付近の形状 | 低レベル時の表面平坦性 | カットオフまでの安定したドローダウン？ | タンク取水 |
防渦板 | 回転や空気なし | サイズ、正しい高さ？ | NFPA 22 第14章 |
吸込ライン | 摩擦によりヘッドが減少 | 流量/分でのヘッド損失？ | 油圧モデル |
レベル計器 | コントローラ信号 | 設定値は調整済みか？ | NFPA 22 Ch.14 |
充填容量 | 復元速度 | 許容時間内に復元するか？ | NFPA 22 Ch.4 |
逆流防止 | 予備量を隔離 | エアギャップの詳細あり？ | 敷地供給 |
Center Enamelについて
Center Enamel（石家庄正中科技有限公司）は、ボルト締め鋼製貯蔵タンク、溶接鋼製タンク、溶融結合エポキシタンク、亜鉛メッキタンク、ステンレス鋼製容器、圧力容器、アルミニウムジオデシックドーム屋根および浮き屋根の設計・製作を行っています。同社は30年以上の生産経験を有し、100か国以上のプロジェクトに設備を供給してきました。アルミニウムジオデシックドーム屋根はAPI 650 Appendix G、AWWA D108、Aluminum Design Manual、ASCE 7およびIBCに準拠して設計・製作されており、同社は2023年に直径72 mのアルミニウムドーム屋根を開発・輸出しました。エンジニアリング、製作、塗装、品質管理および現場サービスを一つのスコープとして処理しているため、図面、計算根拠および納入されたハードウェアを相互に照合することができます。
よくある質問
消防ポンプは貯水タンクからどのように取水しますか？
タンク内の吐出口を通じて、配管によりポンプ吸込口に接続されます。NFPA 22 第14章がその接続を規定しています。吐出管はタンク容量に応じてサイズが決められ、吸込タンクではベースエルボにベル端が取り付けられ、その配置には逆止弁が備わり、吐出口には防渦板アセンブリが取り付けられます。NFPA 20は、そこを通じて取水するポンプを規定しています。
タンク出口のサイズはポンプに影響しますか？
はい、両方向です。小さすぎる出口はポンプが引き込める流量を制限し、ポンプを定格範囲外で動作させることになります。大きすぎる出口は開口部での流速を高め、吸込側での渦の形成と空気の巻き込みを促進します。ノズルサイズと吸込管サイズは、個別に決めるのではなく、ポンプの選定に対して調整する必要があります。
吸込摩擦は有効容積にどのような影響を与えますか？
流量の二乗に比例してポンプで利用可能な揚程が減少し、タンクが最低レベルにある設計流量時に最も悪化します。損失が大きすぎて、ポンプが許容最小レベルで必要流量を維持できない場合、そのレベルを引き上げる必要があり、それによって有効容積が減少し、タンクが提供しなければならない総殻容量が増加します。
必要な試験流量はいくらで、どのように測定されますか？
NFPA 20は、設置された消火ポンプが、定格容量を超える流量において、吐出弁を閉じた状態と開いた状態で設置後に受入試験を受け、定格流量と圧力を供給し、使用中の性能を停止させるような状態を発生させないことを証明することを要求している。流量はポンプ吐出側で測定され、タンクが試験用の取水量を供給し、タンクの液位は試験中を通じて監視される。
タンク出口における没水深さがなぜ重要か。
浸水が不十分だと、開口部の流れが回転して渦を形成し、ポンプ内に空気を引き込みます。その結果、ポンプは性能曲線を下回る性能となり、時間の経過とともに損傷を受けます。NFPA 22 第14章では、その理由から吐出口に防渦板アセンブリを要求しており、吸込みタンクのベースエルボにベルエンドを設けることでさらに保護が強化されます。
消防ポンプはタンクのどの特徴に依存しているのか？
4つのグループ。第14章に基づく物理的な吐出配置：サイズ調整された吐出管、ベル端、逆止弁、および渦防止板アセンブリ。水面の形状、つまり最小運転水位が十分な水没深さを確保できるようにする。アクセスと計装、これには第14章が要求する水位計および状態計器が含まれる。そして運転機能：補水配置、補水管の逆流防止、およびコントローラが読み取る水位信号。
消防ポンプパッケージはタンク供給者に何を求める必要がありますか？
吐出出口、液位計とその設定値、基準面を含む正味容量の明細、吸入配置の詳細、最小運転液位、仕上げ基礎上の出口の高さ、および吸入配管の摩擦特性を記載したタンクの全体配置図。これらがなければ、ポンプは仮定に基づいて選定され、最も頻繁に誤っている仮定は水位に関するものです。
消火ポンプと消火水槽は2つの規格によって規定されていますが、それらは1つの水力システムであり、その接続点は吸込み側です。水槽は使用可能な最低水位で安定した吸込みを提供する必要があり、出口は渦を発生させることなくポンプの定格流量を供給する必要があり、そして両者は受入試験およびその後の定期試験において一体として証明されなければなりません。
ポンプの形式と定格、必要な流量と圧力、水槽とポンプの相対的な高低差、および現場の制約条件をお送りください。水槽の形状、吐出し配置、最低水位、および計装セットをご提案し、2つのパッケージを1つのシステムとして試運転できるようにいたします。
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