消防設備用貯水タンク：種類、役割、システム統合
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防火システム用貯水タンク：種類、役割、システム統合
タンクは、ポンプ、主管、ライザー、制御弁を含む一連の系統における貯留要素であり、そのサイズは系統の残りの部分が実際に引き出せる量によって決まる。予備量はポンプ吸込み部での需要に対して設定し、タンクとポンプ間の摩擦損失を見込み、タンクとポンプパッケージを一つの水力システムとして調整・試験するものとして扱う。
はじめに
消火水槽は、独立した容器であるかのように仕様が定められ、購入され、設置されます。しかし実際はそうではありません。それは水理系統の一要素であり、系統の他の部分を考慮せずに行われた水槽に関するあらゆる決定は、試運転時、つまり水槽が満水になり配管が接続され、計算が約束した通りの水量をポンプが吸い上げられないことが判明した時点で、見直しを余儀なくされます。
系統は説明するだけなら簡単です。水源、それを貯める水槽、それを移送するポンプ、それを分配する主管とライザー、システムを待機状態に保つ制御弁、そしてそれを放出する末端要素。水槽はその中央に位置し、何かを貯蔵する唯一の要素です。
この記事では、タンクを主題としてその連鎖を順に解説します。タンクの目的、ポンプとの違い、湿式配管・乾式配管・デリュージ配管がそれぞれタンクをどのように利用するか、制御弁が両者の間にどのように位置するか、吸込み摩擦が有効容量をどのように変化させるか、そしてタンクを設置した状態でシステムがどのように試験されるかについて説明します。参考文献はNFPA 22、NFPA 13、NFPA 20です。
消防用水供給システムの構成要素
すべての消火用水供給には同じ骨格があります。水は水源から供給されます。水源は公共本管、専用井戸、または補給水システムの場合があります。水は通常タンクに貯蔵され、その貯蔵量が供給を需要から切り離します。ポンプが圧力を加えます。本管とライザーが水を運びます。制御弁がシステムを加圧状態に保ち、いつでも使えるようにします。末端要素が水を放出します。
タンクを最重要要素にしている特性が2つあります。それは水が大量に存在する唯一の場所であり、事象発生時にその状態が目視できない唯一の要素です。ポンプは交換され、損傷したライザーは隔離されますが、2年間満水で立っているタンクは、その日に正しく機能しなければなりません。
NFPA 22はタンクとその付属設備を規定しています。第14章は配管接続と継手、第12章は地中の基礎、第17章は受入試験、第18章は点検と保守についてです。
ポンプに対するタンクの役割
タンクとポンプは異なる役割を担っており、これらを混同することが数多くの回避可能な誤りの原因となっています。タンクは容量を提供し、高所設置の場合はいくらかの静水頭も提供します。タンクは高さによって与えられる以上の圧力を生み出すことはできず、制御された流量を供給することもできません。ポンプがそれを担い、NFPA 20がそのパッケージとコントローラーを規定しています。
その結果、2つの仕様は吸込み側を通じて連動します。タンクは設計が許容する最低水位において安定した吸込みを提供しなければなりません。なぜなら、予備水がほぼ枯渇する瞬間こそがポンプが最も重要となる時だからです。タンクが高所にある場合はポンプの仕事の一部を担い、地上設置の場合はポンプがすべてを担います。
湿式管、乾式管、デリュージ方式
システムタイプによって、タンクがどのように描画されるか、および予備量が何をカバーしなければならないかが変わります。湿式配管システムでは配管が水で満たされているため、タンクはスプリンクラー需要を継続的に供給し、予備量はスプリンクラー分とホース許容分をそれぞれの継続時間分含みます。
乾式配管システムは代わりに加圧空気を保持し、タンクは二つの役割を果たさなければなりません。ヘッドが作動したときにシステムを満たす水を供給すること、そして設計で要求される流量でその充填を維持することです。この充填は予備量からの実際の取り出しであり、長いネットワーク上の乾式システムは短時間にかなりの量を要求することがあります。
デリュージシステムは検知時に出口を開放し、設計流量全体が一度に放出されるため、タンクはピーク瞬間需要を全継続時間にわたって供給しなければなりません。プリアクションシステムは乾式と湿式の中間に位置し、検知遅延と、水がスプリンクラーに到達する前に完了しなければならない充填を伴います。
スプリンクラー制御弁とタンク
スプリンクラー制御弁は、タンクがシステムの一部となる場所です。湿式配管システムでは、警報逆止弁がシステム圧力を保持し、流水時に開き、タンクは補給ラインを通じてそのシステムを加圧状態に保ちます。乾式配管システムでは、乾式弁が空気圧を保持し、作動時に水を導入し、タンクはポンプの水位以下に下がることなくシステムを満たすのに十分な容量と流量を供給する必要があります。
重要なインターフェースは水位信号です。NFPA 22 第14章は、タンクに水位および状態の計装を要求しており、これらの信号は制御盤が低水位状態を報告するために読み取り、監視システムが予備量を判断するために使用するものです。これらはコントローラーおよびポンプと連携したセットとして指定する必要があります。
給水の配置もあります。タンクは消防用の水位を維持し、許容される再充填時間内に引き出された量を回復させる必要があり、静かに漏れて空になる貯水池ではなく、信頼できる水源とするのです。
吸引、摩擦、そしてその結果としての有効容量
システムが実際に引き出せる量はタンクが保持する量ではなく、その差は摩擦です。タンクの出口とポンプの吸込口の間の配管における摩擦損失は、流量の二乗に比例してポンプで利用可能なヘッドを減少させ、タンクの水位が有効範囲の最下部にあり、静水頭が最小になるときにちょうど最悪になります。
そのため、出口の配置は配管業者に任せるのではなく、第14章で規定されている。吐出管はタンク容量によってサイズが決まり、吸込みタンクのベースエルボにはベルエンドが採用され、配置には逆止弁が組み込まれ、吐出口には防渦板アセンブリが取り付けられる。制限された出口は圧力を失うだけでなく、渦と空気の巻き込みを引き起こす。
実用的なルール：有効容量はポンプ吸込み部で、通常運転レベルから低レベルカットオフまでを測定し、タンクとポンプ間の配管も計算に含める。
タンクを設置した状態でのシステムの試験
貯蔵タンクを設置したシステムの試験は、公共本管で行う試験とは異なり、その違いは予備量にある。本管から引き出した流量試験は、配管とポンプを証明する。タンクから引き出した流量試験は、タンク、吸込み配置、充填ライン、レベル制御も証明し、ポンプが実際に持つ予備量で性能を発揮することを知る唯一の方法である。
試運転の順序は、試みるのではなく計画されなければならない。タンクは通常の運転レベルまで満たされ、システムは運転構成に置かれ、レベル計装は流量試験の後ではなく前に証明されなければならない。第17章は、通知された当局との合同検査を含む受入試験要件を定めている。
タンク自体の受入試験は流量試験とは別であり、両方ともスケジュールする必要があります。ボルト締めまたは溶接されたタンクは、第17章の要件に従って水で満たされ、その水を保持できなければなりません。同時に実施する流量試験は漏れをより早く発見できるため、スケジュールが許す限り、この2つは調整して行うべきです。
定期的な試験および検査の体制
試運転後、タンクは日常的な試験スケジュールの一部となり、定期的な試験によって予備が依然として予備であることが確認されます。ポンプの受入試験および定期流量試験はタンクから排水するため、その後水位を復旧し、充填設備を再度確認する必要があります。第18章ではタンクの寿命にわたる検査と保守をNFPA 25に委ねており、保守マニュアルはこの文書に準拠して作成すべきです。
NFPA 25の第9章は、その検査・試験・保守基準の中で特に水タンクを扱っており、所有者の定期的なプログラムの参照基準となっています。すなわち、定期的な水位と状態の確認、コーティング、屋根、通気口、オーバーフロー、支持部の外部検査、定期的なバルブの操作と試験、そしてタンクの種類とそのコーティング状態に応じて基準が定める間隔での内部検査です。
予備タンクで最も重要な確認は、緩やかな損失を検出することです。試験後に再充填されない満水のタンクは、漏れかバルブの故障があります。予想より頻繁に再充填されるタンクは、バルブの通過や水位計のドリフトがあります。どちらも故障のはるか前に運用パターンに現れるため、充填レベルがプログラムにおいて単一で最も重要な数値なのです。
タンクが適合しない場合
貯蔵タンクが誤った答えとなる状況は4つあり、これらは早い段階で認識する価値があります。第一は、公共供給が信頼でき、必要な流量、圧力、継続時間をそれ自体で既に満たしている場合です。その場合にタンクを追加しても、供給を増やすことなく、構造物と保守体制が増えるだけです。
第二は、そのスペースがそれを支えられない場合です。必要な容量のタンクには設置面積、基礎、搬入経路が必要であり、制約のある敷地ではそうした制約がそれを排除することがあります。第三は、貯留された水がその用途に適さず、実用的な処理方法が存在しない場合です。
第四は、別の構成によって問題がより簡単に解決される場合です。ブレークタンクは消火ポンプを公共供給から切り離し、完全な予備量よりもはるかに小さくできます。高架タンクは、水頭が十分な場合にポンプを代替します。いずれの場合も問いは同じです。貯蔵要素は予備量全体を保持するのか、それとも残りの系統が提供できない分だけを保持するのか、ということです。
消防用水供給チェーンと各要素の役割
要素 | 規格 | 機能 | タンクからの取水 |
水源 | 給水基準 | タンクへの充填と補給 | 補給量 |
貯水タンク | NFPA 22 第14章 接続部 | 予備水量を保持し、供給を分離 | なし（起点） |
消防ポンプ | NFPA 20 | 水量を流量と圧力に変換 | 有効水量全体 |
主管およびライザー | NFPA 13 | 水を放水口へ搬送 | ポンプ摩擦を設定 |
制御弁 | NFPA 13 | システムの加圧状態を保持 | 充填量＋水位信号 |
末端要素 | NFPA 13 | 設計流量で放水 | 予備水量を設定 |
水位計器 | NFPA 22 第14章 | 予備状態を報告 | 水位／状態信号 |
充填設備 | NFPA 22 第4章 | 水量を消防水位まで回復 | 補充する水量 |
各システムタイプがタンク予備量をどのように利用するか
システム | 配管 | タンクの使用方法 | 予備量がカバーすべき範囲 |
湿式配管 | 水で満たされている | 設計流量での持続的取水 | スプリンクラーとホース、それぞれの継続時間 |
ドライパイプ | 加圧空気 | 充填後に需要を維持 | システム充填＋スプリンクラー需要 |
プリアクション | 検出までの空気 | 充填後に水を導入 | 充填＋遅延＋スプリンクラー需要 |
一斉放出 | 開くまで空 | 一度に全流量 | ピーク需要の全継続時間 |
スタンドパイプ/ホース | 水張り | ライザー経由のホース流 | ホース流の継続時間 |
複合 | 水で満たされている | スプリンクラーとホースを同時に | 重畳需要 |
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を設計・製作しています。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、コーティング、品質管理および現場サービスは一つのスコープとして処理されるため、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
防火システムにおけるタンクの役割は何ですか？
それは貯蔵要素です。システムが利用する容量を保持し、その容量を消防用水準に維持し、許容時間内に再充填することで利用可能な状態に保ち、その容量をポンプ吸込口へ供給します。また、供給と需要を切り離す役割も果たしており、そのためタンクから供給されるシステムは、公共本管では対応できない事象を乗り切ることができます。
システムにおいてタンクは消防ポンプとどう異なりますか？
タンクは貯蔵容量を提供し、高所に設置されている場合はいくらかの静水頭も提供します。ポンプは制御された流量と圧力を提供し、NFPA 20がそれを規定しています。タンクはポンプの役割を果たすことはできず、ポンプはタンクの代わりにはなりません。なぜなら、入ってくる供給が失われても維持される予備を保持できるのはタンクだけだからです。この二つは吸込み側を通じて調整され、タンクは満水時だけでなく、使用可能な最低レベルにおいて安定した状態を提示しなければなりません。
タンクにはスプリンクラー制御弁が必要ですか？
タンク自体ではありません。制御弁はスプリンクラーシステムに属します：湿式配管システムの警報逆止弁、乾式配管弁、またはデルージュ弁です。タンクの関与は、システムを加圧状態に保つ補給ライン、予備量が健全であるかを報告する液位計装、そして弁が開いたときに容量を供給する吸込みを通じて行われます。第14章では、タンク容量によってサイズ決定される吐出管や吐出口の防渦板アセンブリを含む、その関係を担う配管接続と継手について扱います。
乾式配管システムはタンクをどのように使用しますか？
2つの方法があり、どちらも予備水量を利用します。タンクは、ヘッドが作動したら設計で要求される流量でシステムに水を充填し、その充填を維持する必要があります。それまでは配管が空であるため、充填は既に水を保持しているシステムの補給ではなく、貯蔵量からの実際の取り出しとなり、予備水量はスプリンクラー需要だけでなく充填分もカバーする必要があります。
配管摩擦はタンクの使用可能量に影響しますか？
はい。吸込み管の摩擦は、流量の二乗に比例してポンプで利用可能な揚程を減少させ、設計流量でタンクが最低水位にあるときに最も悪化します。したがって、タンクとポンプの間の配管はサイジング計算の一部であり、第14章の出口配置（吸込みタンクのベースエルボのベルマウス端や防渦板アセンブリを含む）は、その損失を予測可能に保ち、吸込みへの空気の混入を防ぐために存在します。
貯蔵タンクが設置された状態でシステムはどのように試験されますか？
タンクを通常の運転レベルまで満たし、システムを運転構成にし、液位計装を事前に検証しておくことで、流量試験によってタンク、吸込み配置、充填ライン、ポンプを同時に試験できます。第17章に基づくタンク自体の受入試験は別個の要件であり、スケジュールが許す場合は、流量試験が静的試験よりも早く漏れを発見できるよう、両者を調整する必要があります。
タンクに独自の試験流量が必要ですか？
試験に必要な流量を供給できる必要がありますが、これはタンクに専用の試験が必要かどうかとは別の問題です。NFPA 20に基づくポンプの受入試験および定期流量試験はタンクから取水するため、タンクは有効容量からその流量を供給し、試験後に液位を復旧する必要があります。液位および状態の計装は、試験前に予備量が維持され、試験後に復旧されたことを証明するものです。
タンクが必要な供給を提供しないのはどのような場合ですか？
よくある4つのケース。公共供給がそれ自体で必要な流量・圧力・継続時間をすでに満たしている場合。設置面積、基礎、供給経路のためのスペースがない場合。貯留水が用途に適さず、処理もできない場合。そして、別の構成のほうがより簡単に目的を果たせる場合、たとえばポンプを公共供給から切り離すためのブレークタンク、それによって得られる水頭で十分な場合の高架タンク、ポンプのない小規模システム向けの圧力容器などである。
タンクは連鎖の一要素であり、それを単独で指定することが、プロジェクトが供給先のポンプに対してサイズが不適切で、設置される敷地に対して形状が不適切な容器に行き着く理由です。連鎖は複雑ではありません。水源、タンク、ポンプ、主管、ライザー、制御弁、出口です。しかし各リンクは次のリンクに制約を課し、タンクは、容積を貯蔵し、その状態がイベント中に可視化されないため、最も重要な制約を担います。
したがって、ノズルではなくポンプ吸込口で予備量をサイズ設定し、タンクとポンプ間の摩擦を考慮し、出口配置とレベル計装をタンクの一部として指定し、タンクをループに含めて試験を計画してください。
システムの種類、設計流量と継続時間、吸込み配置、現場の制約条件をお送りください。水槽の形状、出口および液位計装のセット、消火ポンプとの連携配置、そして系統を完結させる試験体制をご提案します。
エンジニアリングチームに相談する
負荷、容量の基準、適用されるコード、および現場の制約条件をお送りください。当社のエンジニアリングチームが、サプライヤーが見積もりでき、レビュー担当者が承認できる仕様をご提案します。また、別のタンク種類や別のスコープの方が適切な回答となる場合には、その旨も率直にお伝えします。
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