Насосные станции пожаротушения: нормативы, расчёт и обеспечение надёжности

Проектирование насосных станций для систем пожаротушения представляет собой комплексную инженерную задачу, требующую глубокого понимания нормативных требований, гидравлических расчетов и принципов обеспечения надежности. От качества проектирования и подбора оборудования зависит не только соответствие объекта требованиям пожарной безопасности, но и реальная способность системы защитить людей и имущество в критической ситуации.

Нормативно-правовая база проектирования насосных станций пожаротушения

Основу нормативного регулирования в области проектирования насосных станций пожаротушения составляют актуализированные своды правил, вступившие в силу в 2020-2021 годах. Главный документ для внутренних систем — СП 10.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод» — регламентирует требования к насосным установкам, обеспечивающим работу внутренних пожарных кранов и автоматических установок пожаротушения внутри зданий. Для наружного противопожарного водоснабжения применяется СП 8.13130.2020, а автоматические установки пожаротушения проектируются согласно СП 484.1311500.2020, который заменил ранее действовавший СП 5.13130.2009.

Обновление нормативной базы внесло существенные изменения в проектную практику. Одно из ключевых нововведений касается требований к помещениям насосных станций. Согласно актуальным нормам, насосные станции размещаются в отдельно стоящих зданиях, пристройках или непосредственно в защищаемых зданиях на первом, цокольном или первом подземном этаже. Размещение на более низких отметках не допускается. Помещение должно иметь отдельный выход наружу или на лестничную клетку с выходом наружу, что обеспечивает доступность оборудования для обслуживающего персонала в любых условиях.

Противопожарные требования к самому помещению насосной станции также ужесточились. Помещение отделяется от других помещений здания противопожарными перегородками и перекрытиями с пределом огнестойкости не менее REI 45. Если насосная станция размещается в производственном здании, требования повышаются до класса огнестойкости REI 120. Эти меры гарантируют, что даже при развитии пожара в здании насосное оборудование сохранит работоспособность в течение времени, необходимого для эвакуации людей и тушения.

Микроклиматические условия в помещении насосной станции жестко регламентированы. Температура воздуха должна поддерживаться в диапазоне от +5°С до +35°С, относительная влажность не должна превышать 80% при температуре 25°С. Эти параметры обеспечивают надежную работу электрооборудования и предотвращают коррозию металлических элементов. Рабочее освещение в помещении принимается не менее 75 люкс, аварийное — не менее 10 люкс согласно действующим нормам освещения производственных помещений.

У входа в насосную станцию устанавливается световое табло «Насосная станция пожаротушения», подключенное к сети аварийного освещения. Помещение оборудуется телефонной связью или другим видом оперативной связи с пожарным постом объекта. Эти требования гарантируют, что в критической ситуации дежурный персонал сможет быстро получить информацию о состоянии насосной станции и при необходимости организовать ее обслуживание.

Расчёт производительности и напора насосных станций

Определение расчетных параметров насосной станции начинается с анализа типа и характеристик защищаемого объекта. Расход воды на внутреннее пожаротушение зависит от категории здания по пожарной опасности, его объема, этажности и функционального назначения. Для жилых зданий высотой до 16 этажей расход от одного пожарного крана составляет 2,5 л/с, при высоте от 16 до 25 этажей увеличивается до 5,0 л/с. В административных и общественных зданиях расход может варьироваться от 2,5 до 5,2 л/с в зависимости от объема здания и числа людей, которые в нем находятся одновременно.

Для автоматических установок пожаротушения расчет ведется по интенсивности орошения защищаемой площади. В спринклерных установках расчетная площадь орошения определяется исходя из группы помещений по пожарной опасности.  Расчет ведется по защите заданной нормами площади при требуемой интенсивности. Интенсивность орошения составляет от 0,08 до 0,30 л/(с·м²) в зависимости от категории защищаемых помещений. При этом один спринклерный ороситель стандартной производительности с коэффициентом 0,42 обеспечивает защиту площади около 12,5 м² при расстоянии между оросителями 2,7-3,0 метра.

Расчет требуемого напора учитывает несколько составляющих. Первая — геодезическая высота подачи воды от оси насоса до наиболее высокорасположенного и удаленного оросителя или пожарного крана. Вторая — потери давления в трубопроводах, которые зависят от диаметра труб, их материала, длины и конфигурации трассы. Третья — свободный напор у диктующего водоразборного устройства. Для пожарных кранов этот напор должен обеспечивать высоту компактной струи не менее 6 метров в жилых зданиях и не менее 12 метров в административных и производственных, что соответствует напору около 13 и 20 метров водяного столба соответственно.

Рассмотрим конкретный расчет для административного здания высотой 28 метров с расположением пожарных кранов на каждом этаже. Основание насосной станции находится на отметке -0,150 метра, распределительные трубопроводы проложены под перекрытием верхнего этажа на отметке +28,300 метра. Геодезическая высота подачи составит 28,45 метра. Требуемый напор у наиболее удаленного пожарного крана принимается 19,9 метра для обеспечения высоты компактной струи 12 метров. Потери давления в трубопроводах при расчетном расходе 10,4 л/с составят ориентировочно 15-20 метров в зависимости от диаметров труб и количества местных сопротивлений. Суммарный требуемый напор насосной установки получается около 63-68 метров водяного столба при производительности около 37,5 м³/ч.

При проектировании спринклерных установок расчет ведется от расчетной площади орошения на наиболее неблагоприятном по высоте этаже. Если принята интенсивность орошения 0,12 л/(с·м²) для помещений группы 2 пожарной опасности, а расчетная площадь составляет 240 м², требуемый расход воды составит 28,8 л/с или 103,7 м³/ч. Свободный напор у наиболее удаленного спринклера должен быть не менее 0,05 МПа для оросителей стандартной производительности или 0,12 МПа для быстродействующих оросителей. При этом в расчете учитывается одновременная работа расчетного количества оросителей на максимально неблагоприятном участке.

Важным аспектом является определение рабочей точки насосов при их совместной работе. При параллельном включении двух насосов с одинаковыми характеристиками их суммарная производительность в рабочей точке не равна удвоенной производительности одного насоса из-за увеличения гидравлического сопротивления системы. Необходимо строить совмещенную характеристику насосов и характеристику сети для точного определения параметров работы. Это особенно важно при использовании схем с несколькими рабочими насосами на крупных объектах.

Резервирование насосного оборудования и обеспечение категорий надёжности

Категория надежности насосной станции определяет схему резервирования оборудования и требования к источникам водоснабжения. Насосные станции, подающие воду непосредственно в сеть противопожарного или объединенного водопровода, относятся к I категории надежности. Для таких станций установлены жесткие требования: максимально допустимое снижение подачи воды не более 30% от расчетного расхода, максимальная длительность снижения подачи не более 3 суток, максимальный перерыв в подаче воды не более 10 минут.

Обеспечение этих требований достигается резервированием основного насосного оборудования. Независимо от количества рабочих насосов предусматривается как минимум один резервный насос той же производительности и напора. На практике наиболее распространена схема с одним рабочим и одним резервным насосом, хотя на крупных объектах возможна установка двух рабочих насосов с одним резервным. Резервный насос должен автоматически включаться при отказе рабочего насоса или его невыходе на расчетный режим в течение заданного времени.

Критически важным элементом современных насосных станций является жокей-насос, также называемый подпитывающим насосом. Его функция заключается в поддержании постоянного давления в трубопроводах системы пожаротушения в дежурном режиме и компенсации естественных утечек. Жокей-насос представляет собой компактный многоступенчатый центробежный насос небольшой производительности, работающий в автоматическом режиме по сигналам датчиков давления.

Подбор жокей-насоса осуществляется по специальным критериям. Его производительность должна быть меньше расхода одного спринклера — обычно составляет 1-1,5 м³/ч, что соответствует примерно 0,3-0,4 л/с. Это гарантирует, что при срабатывании даже одного оросителя давление в системе упадет, несмотря на работу жокей-насоса, что приведет к автоматическому запуску основного пожарного насоса. Напор жокей-насоса принимается на 5-10 метров выше напора основного насоса, что обеспечивает поддержание давления выше минимально необходимого для срабатывания узлов управления.

В состав насосной станции входит мембранный расширительный бак объемом не менее 40 литров, который служит для сглаживания гидроударов при включении жокей-насоса и аккумулирования небольшого запаса воды под давлением. Бак оснащается манометром и предохранительным клапаном. В дежурном режиме при падении давления в системе на 0,05 МПа включается жокей-насос, восполняет утечки и поддерживает давление. При дальнейшем падении давления, вызванном открытием пожарного крана или срабатыванием спринклеров, включается основной пожарный насос.

Требования к всасывающим и напорным линиям также определяются категорией надежности. Для насосных станций I и II категорий количество всасывающих линий должно быть не менее двух независимо от числа установленных насосов. При отключении одной всасывающей линии остальные должны обеспечивать пропуск полного расчетного расхода воды. Аналогично количество напорных линий от насосных станций I и II категорий предусматривается не менее двух. Каждая напорная линия оборудуется запорной арматурой и обратным клапаном, предотвращающим обратный ток воды.

На каждом насосе устанавливаются входная и выходная задвижки, обратный клапан и датчик давления перед обратным клапаном. Такая компоновка позволяет выводить любой насос в ремонт без остановки работы станции. Все насосы подключаются к единым входному и выходному коллекторам, выполненным из нержавеющих труб или труб с антикоррозионным покрытием. Коллекторы оснащаются патрубками для подключения питающих и напорных трубопроводов с возможностью присоединения нескольких независимых линий.

Компания КПЭ предлагает готовые решения насосных станций для систем пожаротушения НСП Fire, полностью соответствующие требованиям действующих нормативов и укомплектованные всем необходимым оборудованием, включая основные и резервные насосы, жокей-насос, запорную арматуру и автоматику управления. Подробнее с техническими характеристиками можно ознакомиться на странице https://kpee.ru/product/nasosnye-stanczii-dlya-sistem-pozharotusheniya-nsp-fire/.

Автоматика управления насосными станциями

Система автоматического управления насосной станцией пожаротушения обеспечивает быстрый и надежный запуск насосов при возникновении пожара без участия оперативного персонала. Современные системы автоматики строятся на базе программируемых контроллеров или специализированных приборов управления пожарными насосами, которые реализуют сложные алгоритмы контроля и управления с высокой степенью надежности.

В дежурном режиме автоматика управляет работой жокей-насоса по показаниям манометра или электроконтактного манометра. При снижении давления в системе до нижнего порогового значения подается команда на включение жокей-насоса. После восстановления давления до верхнего порогового значения жокей-насос автоматически отключается. Диапазон регулирования обычно составляет 0,05-0,10 МПа. Частое включение и отключение жокей-насоса в нормальном режиме является признаком утечек в системе, которые необходимо устранить.

При возникновении пожара алгоритм работы меняется. Срабатывание пожарных извещателей, узла управления спринклерной или дренчерной установки, открытие пожарных кранов приводит к резкому падению давления в системе. Когда давление снижается до значения, при котором жокей-насос не может его восстановить, срабатывает сигнализатор давления основного контура. Этот сигнал запускает каскад автоматических действий: включается основной пожарный насос, формируется сигнал «Пожар» в систему противопожарной защиты объекта, включается световая и звуковая сигнализация в помещении насосной станции и на пожарном посту.

Время выхода основного насоса на рабочий режим контролируется автоматически. Если в течение установленного времени, обычно 10-30 секунд, насос не вышел на расчетный режим или не обеспечивает требуемое давление, автоматика подает команду на аварийное отключение основного насоса и одновременное включение резервного. Этот механизм каскадного резервирования гарантирует непрерывность процесса пожаротушения даже при отказе основного оборудования.

Нормативы предусматривают три способа пуска пожарных насосов. Автоматический пуск осуществляется от датчиков давления, узлов управления автоматических установок, приборов пожарной сигнализации. Дистанционный пуск может выполняться с пожарного поста или из диспетчерского пункта объекта. Местный ручной пуск выполняется непосредственно из помещения насосной станции с помощью кнопок на шкафу управления. Все три способа должны функционировать независимо друг от друга, обеспечивая максимальную гибкость управления в различных ситуациях.

Система контроля и сигнализации насосной станции включает множество параметров. Контролируется исправность цепей управления основных и резервных насосов, наличие питающих напряжений, положение запорной арматуры, давление на всасывающем и напорном коллекторах, уровень воды в резервуарах. При обнаружении неисправности формируется сигнал «Неисправность» с указанием конкретного элемента системы. Световая и звуковая сигнализация позволяет оперативному персоналу быстро диагностировать проблему и принять меры по ее устранению.

Шкафы управления насосами размещаются непосредственно в помещении насосной станции в доступном месте. Они оборудуются системой блокировки от несанкционированного доступа, но при этом обеспечивают возможность аварийного ручного пуска без вскрытия шкафа. Современные системы автоматики интегрируются в общую систему диспетчеризации объекта по стандартным промышленным протоколам связи, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг состояния насосной станции и получать оперативную информацию о любых изменениях в ее работе.

Категории электроснабжения и обеспечение энергонадёжности

Надежность электроснабжения насосных станций пожаротушения имеет критическое значение, поскольку отключение питания в момент пожара делает систему полностью неработоспособной. Действующие нормативы устанавливают прямую зависимость между категорией насосной станции по надежности водоснабжения и категорией электроснабжения. Для насосных станций I категории надежности требуется I категория электроснабжения согласно ПУЭ.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается только на время автоматического включения резервного источника. В качестве независимых источников питания могут использоваться секции шин двухтрансформаторной подстанции, две однотрансформаторные подстанции, подключенные к разным питающим линиям, или комбинация питания от сети с резервным дизель-генератором.

Типовая схема электроснабжения насосной станции I категории предусматривает питание от двух трансформаторов разных подстанций с автоматическим вводом резерва. Кабельные линии от каждого источника прокладываются по раздельным трассам, чтобы исключить их одновременное повреждение. Применяются кабели с огнестойкой изоляцией исполнения «нг-FRLS» или с дополнительной огнезащитой, которые сохраняют работоспособность в условиях пожара в течение нормируемого времени.

Интересная особенность нормативов заключается в дифференциации требований в зависимости от расхода воды. Требуемая категория электроснабжения определяется СП 10.13130 и ПУЭ с учетом расхода, высоты здания и надежности источника водоснабжения. В общем случае при расходе воды на внутреннее пожаротушение более 2,5 л/с требуется I категория электроснабжения. При расходе 2,5 л/с и менее допускается II категория, которая предусматривает возможность кратковременного перерыва в работе на время ручного включения резервного питания. Для жилых зданий высотой 10-16 этажей при суммарном расходе 5 л/с также допускается II категория электроснабжения.

При невозможности обеспечения электроснабжения I категории нормативы предусматривают альтернативное решение. Допускается установка резервного пожарного насоса с приводом от двигателя внутреннего сгорания и автоматическим запуском от аккумуляторных батарей. Такой насос должен выйти на рабочий режим не позднее чем через 10 минут после получения сигнала на запуск. Это решение особенно актуально для объектов в небольших населенных пунктах или удаленных производственных площадках, где обеспечение двух независимых источников электроснабжения затруднено.

Отдельные требования установлены для вспомогательного оборудования насосной станции. Электродвигатели компрессоров для пневматических систем, дренажных насосов и насосов подкачки пенообразователя относятся к III категории электроснабжения. Их кратковременное отключение не влияет на способность станции выполнить основную функцию — подачу воды на тушение пожара. Жокей-насос также может питаться по III категории, поскольку его функция ограничивается дежурным режимом, а при пожаре работают основные пожарные насосы.

Питание панели управления насосной станцией осуществляется двумя независимыми вводами по I категории надежности. От панели кабелями в огнестойком исполнении запитываются основной и резервный насосы. Такая схема гарантирует, что при повреждении одного ввода или одного кабеля система сохранит работоспособность. Автоматика контролирует наличие напряжения на обоих вводах и формирует сигнал при пропадании питания на любом из них.

Техническая эксплуатация и обеспечение работоспособности

Поддержание насосной станции пожаротушения в работоспособном состоянии требует систематического технического обслуживания и регулярных проверок. Нормативы устанавливают минимальную периодичность проверок, однако на практике для критически важных объектов целесообразно проводить их чаще.

Еженедельные проверки включают автоматический запуск жокей-насоса с контролем давления в системе и визуальный осмотр оборудования. Ежемесячно проводится проверка работоспособности всех насосов под нагрузкой. Каждый насос поочередно запускается и работает не менее 10 минут с контролем развиваемого напора и потребляемого тока. Проверяется срабатывание автоматики при различных сценариях: снижении давления, имитации отказа основного насоса, ручном пуске с пожарного поста.

Ежегодные комплексные испытания проводятся с привлечением специализированной организации. Выполняется проверка фактической производительности и напора насосов с построением их рабочих характеристик. Для этого используется расходомерная установка или метод измерения по падению уровня в резервуаре известного объема. Проверяется время выхода насосов на рабочий режим, надежность срабатывания резервирования, корректность показаний всех датчиков и измерительных приборов.

Особое внимание уделяется состоянию гидропневматических баков. Давление воздушной подушки в баке должно контролироваться ежемесячно и при необходимости корректироваться. Типичное рабочее давление воздуха составляет 0,15-0,20 МПа. Проверяется герметичность мембраны — появление воды в воздушной камере или воздуха в водяной указывает на ее повреждение и необходимость замены.

Наиболее распространенные неисправности насосных станций связаны с утечками в системе, которые приводят к частым включениям жокей-насоса. Систематический поиск и устранение даже небольших утечек важен не только для экономии электроэнергии, но и для предотвращения износа жокей-насоса. Кавитация основных насосов может возникать при недостаточном подпоре на всасывании или загрязнении приемной сетки в резервуаре. Регулярная очистка резервуара и контроль уровня воды в нем предотвращают эту проблему.

Отказы автоматики чаще всего связаны с неисправностью датчиков давления или их разъюснений. Периодическая калибровка датчиков с использованием образцового манометра позволяет поддерживать точность измерений. Проверка контактов реле и контакторов с их очисткой и подтяжкой предотвращает отказы силовых цепей. Резервное электропитание систем автоматики от аккумуляторных батарей должно тестироваться ежеквартально с контролем емкости батарей.

Результаты всех проверок, испытаний и технического обслуживания фиксируются в журнале эксплуатации насосной станции. Этот документ является основным источником информации о техническом состоянии оборудования и служит доказательством выполнения требований нормативов при проверках органами государственного пожарного надзора. Своевременное и качественное техническое обслуживание гарантирует, что в критический момент насосная станция выполнит свою функцию и обеспечит эффективное тушение пожара.