پمپ آتش نشانی

شاید پمپ های آتشنشانی بحرانی ترین بخش در تجهیزات آتش نشانی نصب شده در یک مجموعه باشند. در موردی که فشار تغذیه آب عمومی برای فعال کردن اسپرینکلرها خیلی کم است یا انشعاب آب عمومی تامین نشده است، استفاده از پمپ های آتشنشانی ضروری می شود. در مورد نخست، برای تقویت فشار آب عمومی و فعال کردن اسپرینکلرها، یک پمپ آتشنشانی تقویت کننده نصب می شود. در مورد بعدی، پمپ های آتشنشانی به یک مخزن آب اختصاصی (مخزن ذخیره، خلیج، رودخانه، یا…) متصل خواهد شد تا فشار آب مورد نیاز برای مصارف آتشنشانی را تامین کند. بیشتر پمپ های آتشنشانی محرک های دیزل یا الکتریکی دارند، اگرچه بعضی از آنهایی که پیش از سال 1974 ساخته شده اند با موتورهای بنزینی یا ماشین های بخار به حرکت در می آیند (البته این مورد به ندرت دیده می شوند). پمپ های آتشنشانی تقویت فشار معمولا الکتریکی هستند در حالیکه استفاده از پمپ های دیزل برای مخازن آب اختصاصی مرسوم تر می باشند. استاندارد 20NFPA با نام پمپ های ایستگاهی برای محافظت در برابر آتش (ویرایش 1999) در حکم مرجعی موثق، آخرین الزامات و سایر اطلاعات را درباره پمپ های آتشنشانی ارائه می دهد.

• پمپ های عمودی خطی (In-Line Pumps): پمپ های عمودی خطی عمدتا زمانی استفاده می شوند که نیازمند جریان کم، افزایش طول عمر پمپ و مصرف کم انرژی باشیم. از آنجایی که مجرای ورودی و خروجی بر روی یک محور مشترک قرار دارند نصب اینگونه پمپ ها بسیار آسان می باشد.
• پمپ های اسپلیت کیس (Split Case Pumps): عمدتا پمپ های افقی هستند اما می توانند عمودی هم باشند. آن ها بسیار کارآمد هستند و طراحی ساده آن ها موجب می شوند که بتوان از خدمات خطی بدون اختلال در لوله کشی استفاده نمود.
• پمپ های توربینی (Turbine Pumps): پمپ های چند منظوره ای هستند که برای کارکردن در چاه ها و حوضچه های آب یا فاضلاب طراحی می شوند. مجموعه شامل پوسته، دهانه مکش، طبقات پمپ و دهانه رانش می شود. پمپ های عمودی توربینی بهترین راه حل های پمپاژ فنی برای حفاظت از آتش را هنگامی که منبع آب پمپ در زیر زمین و یا در سطح عرشه است، ارائه می دهند.
• کنترلرهای پمپ های آتش نشانی (Fire pump controllers): همانگونه که از نام آن ها مشخص است، پمپ های آتش نشانی را که وظیفه تامین منبع آب سیستم اسپرینکلر ساختمان را به عهده دارند، کنترل می نمایند. آنها باید به خوبی ساخته شده و قابل اعتماد باشند به طوری که بتوان با موفقیت از آنها در مواقع اضطراری و یا آتش سوزی استفاده نمود.

پمپ‌های آتش نشانی به سه دسته تقسیم می‌شوند.

1. پمپ‌های جابه جایی مثبت
2. پمپ‌های سانتریفیوژ
3. پمپ‌های اجکتوری یا جت پمپ‌ها

پمپ‌های جا به جایی مثبت با افزایش نیروی محرکه سرعت سیال بیشتر می‌شود. مثل پمپ‌های تناوبی و دورانی به‌طور خلاصه پمپ‌های تناوبی در قسمت اصلی پمپ یک پیستون به صورت رفت و برگشتی عمل می‌کند و پمپ‌های دورانی عموماً دو چرخ دنده هستند که با هم درگیر بوده و درون پوسته پمپ می‌چرخد. به‌طور کلی پمپ‌های جا به جایی مثبت برای هواگیری یا پمپاژ فوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. پمپ‌های سانترفیوژ: تک مرحله (تک پروانه) – دو مرحله ای (دو پروانه). ورودی اب در وسط پمپ است و عامل اصلی به حرکت درآمدن سیال نیروی گریز از مرکز است. از نظر پروانه به ۳ دسته پروانه بسته و نیمه بسته و باز نیز تقسیم می‌شوند.

پمپ‌ های آتش‌ نشانی معمولاً در یک اتاق پمپ خیلی نزدیک به مخزن جاگذاری می‌شوند. نکته‌ی کلیدی این است که پمپ ‌ها می‌بایست در سطح زیر کف مخزن قرار بگیرند و کل مایع ورودی به لوله‌ی ورودی پمپ (مکش پمپ) طبق نیروی جاذبه از مخزن به پمپ وارد شود، زیرا این پمپ‌ ها اصولاً برای دهش ساخته‌شده‌اند نه مکش خیلی قوی.

درحالت کلی، به پمپ‌ها از طریق موتورهای دیزلی، الکتریکی و غیره توانی داده می‌شود (توان ورودی) که طبق قانون اول ترمودینامیک پس از عبور از راندمان‌های مکانیکی و الکتریکی مختلف، بر روی سیستم موردنظر کار انجام شده و سیال پمپاژ می‌شود.

طبق ضوابط آتش‌نشانی استان تهران محل پمپ‌ها می‌بایست مجهز به شبکه اسپرینکلر باشد؛ هرچند طبق استاندارد 20NFPA، بستگی به کلاس خطر موردنظر داشته مثلاً کد 101NFPA طبق بند 40.3.2.1 استفاده از سیستم خاموش‌سازی اتوماتیک (Automatic Extinguishing Systems) را برای همه مناطق خطر بالا مثل تهویه مواد محترقه الزام کرده است یا سامانه‌ی اسپرینکلر طبق بند 4.13.1.3 برای پمپ‌های دیزل در گروه خط بسیار 2(بر اساس 13NFPA) ذکر شده است. همچنین جدولی طبق جداسازی و نرخ مقاوت حریق سازه مواردی ارائه شده است.

مؤلفه‌های مهم در پمپ:

هد پمپ:

متأثر از فشار خروجی از پمپ (از تقسیم فشار بر چگالی سیال و شتاب گرانش، ارتفاع مصور خروجی از پمپ به دست می‌آید) برای محاسبه‌ی هد می‌بایست همه‌ی موارد زیر محاسبه و با یکدیگر جمع شوند:

• فشار موردنیاز جهت غلبه بر نیروی جاذبه‌ی آب در اثر فاصله‌ی عمودی پمپ با آخرین مصرف‌کننده (آخرین اسپرینکلر یا آخرین لوله ایستاده)
• افت فشار طولی در اثر زبری نسبی لوله (محاسبه به‌روش‌های هیزین ویلیامز، دارسی ویسباخ و غیره که می‌توان از نرم‌افزارهایی نظیر پایپ نت یا اتواسپرینکلر نیز استفاده کرد)
• حداقل فشار مور نیاز خود مصرف‌کننده (مثلاً برای یک اسپرینکلر حداقل 0.5 bar و حداکثر فشار 12 bar)
• افت فشار محلی (ناشی از عبور سیال از اتصالات مثل زانویی ها، شیرهای مسیر و غیره)

دبی پمپ:

ظرفیت دهی سیال که مفهوم سرعت سیال در مساحت عبوری از آن را می‌دهد، به‌عبارتی‌دیگر مقدار حجم سیالی که در مدت‌زمانی مشخص بتواند پر کند که در بحث پمپ به‌ویژه در کشورمان واحد GPM (گالن بر دقیقه) پرکاربرد است.

برای محاسبه دبی پمپ:

• مساحت تحت پوشش لوله ایستاده و اسپرینکلر،
• تعداد لوله ایستاده و اسپرینکلر،
• مساحت مفروض (assumed) لوله ایستاده و اسپرینکلرها
• انواع و طرح ساختمان مؤثر است

که برآورد هرکدام خود یک مبحث طولانی و خارج از محدوده این مقاله می‌تواند باشد.

به‌جز دو مؤلفه‌های اصلی مذکور، سایر مؤلفه‌های مهم، نظیر توان، راندمان، BEP، NPSHr و غیره نیز بسیار اهمیت دارند مثلاً برای عدم خلل در پمپ (بحث کاویتاسیون تبخیری و حباب‌های مخرب هوا در پمپ می‌بایست NPSHa را محاسبه کرده و بزرگ‌تر از NPSHr در نظر بگیریم که در بخش آخر به جزئیات آن پرداخته می‌شود).

 

منحنی عملکرد مشخصه پمپ:

• این منحنی مانند DNA پمپ است.
• در کاتالوگ ها به صورت یک نمودار با محور افقی دبی و محور عمودی هد نمایش داده می شود.
• در این نمودار سایر مشخصات مهم پمپ موارد مطروحه مؤلفه های پمپ وجود دارند.
• دبی بسیار زیاد ناحیه کم راندمان خطرناک است.
• این دبی بالا موجب خیز شفت و آسیب یاتاقان ها می شوند.
• بهترین راندمان در نواحی وسطی منحنی است.

خیلی از شرکت‌ها به‌جایی منحنی مشخصه، جدول مشخصه ارائه می‌دهند که مشخصات پمپ را به‌صورت جدول دسته‌بندی کرده است.

قوانین افینیتی پمپ:

• قطر پمپ با دور پمپ رابطه‌ی مستقیم دارد.
• دبی پمپ با مجذور دور (قطر پروانه پمپ) رابطه‌ی مستقیم دارد.
• قدرت پمپ با توان سوم (دور یا قطر پمپ) داری یک رابطه‌ی مستقیم است.

با دقت به موارد فوق، می‌توان علت شکل ساده منحنی عملکرد پمپ را یافت!

پمپ آتش نشانی زمینی:

این پمپ‌ها برعکس پمپ‌های سیرکولاتور (که در تهویه مطبوع رایج‌اند) به جهت فشارهای بالا به‌ویژه موارد آبرسانی-آتش نشانی نصب‌شده که توسط شاسی (عمدتاً چدن خاکستری) به زمین وصل می‌شود درنتیجه برعکس حالت قبل می‌تواند منحنی عملکرد نسبتاً تیزی داشته باشد.

جوکی پمپ آتش نشانی:

این پمپ‌ها، پمپ‌های پیشرو نیز نام دارند و عمدتاً در کنار پمپ‌های اصلی به‌ویژه موارد آتش‌نشانی استفاده می‌شود. جوکی پمپ دبی نسبتاً بسیار کمتری داشته و هدی برابر سایر پمپ‌ها دارند (در نتیجه منحنی عملکرد آن شدیداً تیز است)

این پمپ‌ها در ابتدا وارد مدار شده و موجب می‌شود پمپ اصلی به علت نشتی‌ها یا مصارف کم، مرتب روشن و خاموش نشود.

سوئیچ فشار:

پمپ‌ها توسط سنسور فشار کنترل می‌شوند. در هنگام حریق که هیدرانتی باز یا اسپرینکلری فعال می شود در اثر افت فشار وارد شده به پمپ فرمان شروع داده می شود. ولی تنها راه خاموش کردن پمپ برای یک آتش¬نشان رفتن به اتاق پمپ و انجام دادن دستی آن است.

بوستر پمپ:

بوستر پمپ در ترجمه ی لغوی به معنای پمپ های تقویت کننده است. به منظور افزایش مولفه ی هد، پمپ ها سری می شوند (مانند پمپ های طبقاتی) و به منظور افزایش دبی آن ها را موازی می کنند. (مانند بوستر پمپ های آبرسانی یا آتش نشانی)

بوستر پمپ آتش نشانی (دورثابت) شامل منبع دیافراگمی (که با مخزن ذخیره بزرگ پشت پمپ متفاوت است)، شاسی، کلکتور مکش، کلکتور دهش، پرشر سوئیچ، مانومتر، تابلو پمپ، پمپ های اصلی و جوکی پمپ به طور موازی نصب شده می باشد.

مثل همه ی سیستم های مهم، می بایست پمپ های پشتیبان (backup pumps) وجود داشته باشند که به محض خراب شدن پمپ اصلی بتوانند مستقلا ظرفیت مورد نیاز طراحی را برطرف کنند

البته طبق ضوابط آتش نشانی تهران چنانچه پمپ اصلی فهرست شده باشد، در نظر گرفتن یک پمپ کافی است.

سایز کلکتور دهش پمپ باید طبق رایزرهای متصل به آن انتخاب می شود (یک سایز بیشتر از بزرگترین رایزر) و طبق ضوابط آتش نشانی تهران، حداقل 4in در نظر گرفته می شود. در صورتی که تعداد رایزر متصل به کلکتور دهش بیش از 3 عدد باشد، می توان از رابطه ی زیر استفاده کرد:

بر روی کلکتور دهش می بایست یک شیر یک طرفه و شیر قطع کن جریان نصب و یک انشعاب آب شهر با سایز حداقل 1 in در نظر گرفته شود.

همچنین در کلیه ارتباطات آب آتش نشانی با آب مصرفی می بایست شیر یک طرفه دوتایی استفاده شود.

سایز کلکتور مکش نیز می بایست یک سایز بیشتر از کلکتور دهش و حداقل 5in باشد و انشعاب بین مخزن و کلکتور مکش نیز می بایست هم سایز در نظر گرفته می شوند. همچنین در قسمت مکش مکش پمپ می بایست شیرقطع کن جریان از نوع دروازه ای و یک صافی مناسب نصب شود (شیر قطع کن از نوع ساقه بلند یا OS&Y است که باز و بسته بودن آن به طور بصری مشخص باشد و نصب آن در ضوابط آتش نشانی تهران برای گروه بندی های S2 و S3 آن مرجع، الزامی در نظر گرفته می شود)

تابلو برق پمپ نیز می بایست دارای IP حداقل 54 باشد.

پمپ ‌های دور متغیر:

این پمپ ها (و بوستر پمپ هایشان) عمدتا در موارد آبرسانی استفاده می‌شود که در جلوگیری از پدیده‌ی ضربه قوچ (Water Hammer)، بحث آمپر نکشیدن اولیه‌ی پمپ (Soft Starter) و طول عمر بیشتر پمپ‌ها می‌تواند بسیار موثر باشد.

لازم به ذکر است در بوستر پمپ‌های دور متغیر، منبع دیافراگمی و جوکی پمپ مطرح نمی‌شوند و به جای سوئیچ فشار از پرشر ترانسدیوسر استفاده می شود.

همچنین در موارد آتش نشانی از پمپ های دور ثابت استفاده شده مگر الزامات بسیار خاص الکتریکی با دبی های بسیار بالا (مطابق NFPA 20).

طبق ضوابط آتش نشانی تهران؛ درکلیه شرایط، پمپ‌های آتش‌نشانی می‌بایست توسط سیستم برق شهری و همچنین توسط سیستم برق اضطراری تغذیه شوند که در غیر اینصورت می‌بایست محرک یکی از پمپ‌ها موتور دیزل باشد.

طبق این ضوابط، حجم مخزن سوخت پمپ با ژرناتور دیزل به‌ازای هر کیلووات توان پمپ 5 لیتر در نظر گرفته شده و برای مقدار نهایی محاسبه شده نیز می‌بایست 10 درصد ضریب اطمینان لحاظ شود.

کاویتاسیون:

این پدیده که ایجاد حباب هوا در پمپ است می تواند با نیروی نسبتا زیادی که دارد موجب آسیب شدید و اختلال در عملکرد پمپ شود.

علل ایجاد کاویتاسیون میتواند مکش حباب هوا (کاویتاسیون گازی)، فشار کم در مکش (دمای زیاد در مکش) که همان بحث NPSH مطروحه در بخش های قبل است (کاویتاسیون تبخیری)، جریان متلاطم آب در مکش ناشی از صافی یا زانویی های متعدد (کاویتاسیون توربولنس) و سایر موارد دیگر (مباحث هیدرودینامیک پروانه پمپ با حلزونی) یا مسدود بودن رانش پمپ باشد.

که در این رابطه h_f هد اصطکاکی،Z₀ و Z_e هد استاتیکی مکش، P_o فشار اتمسفر، P_v فشار بخار، g شتاب گرانش و ρ چگالی آب است.

به‌همین جهت با رعایت فاصله 5D از پمپ (D قطر مکش) بدون اتصلات، استفاده از تبدیل‌های کاهنده‌ی غیر هم مرکز و بررسی NPSHr پمپ اهمیت ویژه‌ای دارد هرچند به طور کلی استفاده از شیر سه کاره در رانش و تبدیل کاهنده هوشمند در بهبود موارد مذکور بسیار موثر است.