Пожарные насосы

Пожарный насос — гидравлическая машина для подачи воды и водных огнетушащих составов в установки пожаротушения. Это нормативно определённый объект: его параметры, конструктивные классы и методы испытаний заданы национальным стандартом, а проектные требования — сводами правил по противопожарной защите. Без привязки к нормативу обозначение «пожарный насос» не имеет инженерного смысла: насос центробежный с подачей 40 л/с на пожарном автомобиле и насос-повыситель ППВ в жилом доме регулируются разными документами и подбираются по разной логике.

Два контура применения

Все пожарные насосы делятся на два слабо пересекающихся класса по контуру применения, и эта ось определяет, какой норматив работает и какие требования предъявляются к подбору, резервированию и испытаниям.

Дальше материал устроен так: общая нормативная база и типы — затем последовательно каждый контур с собственными требованиями.

Нормативная база

Четыре документа закрывают практически все вопросы по пожарным насосам в РФ.

• ГОСТ Р 53331-2009 «Техника пожарная. Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний». Базовый стандарт для насосов, устанавливаемых на пожарных автомобилях и мотопомпах. Задаёт классификацию по подаче и напору, конструктивные требования, методы приёмочных и периодических испытаний (подача, напор, КПД, кавитационный запас, герметичность, длительная работа).
• СП 10.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Нормативные требования». Регулирует насосы-повысители для внутреннего ППВ: число одновременных струй, расход на струю, расчётный напор, требования к насосной установке, автоматическому пуску, схеме включения.
• СП 485.1311500.2020 «Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования». Регулирует насосные станции АУПТ — спринклерных, дренчерных, пенных. Задаёт требования к основному и резервному насосам, жокей-насосу, дизельному резерву, времени выхода на режим, схеме АВР, приёмочным испытаниям (Приложение Ж).
• СП 5.13130.2009 «Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования». Положения по проектированию АУПТ перенесены в СП 485 и применяются по нему. Положения по автоматической пожарной сигнализации и по ряду установок газового, порошкового, аэрозольного пожаротушения продолжают применяться в действующей части.

Над ними стоит Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» — общий документ верхнего уровня: даёт определения и общие требования к системам противопожарной защиты, но численных параметров для пожарных насосов не содержит. К прикладным документам относятся также ПУЭ-7 (требования к электроснабжению насосных станций, категории электроприёмников, АВР) и серия методических ГОСТ на испытания установок пожаротушения (ГОСТ Р 50680, ГОСТ Р 50800).

Типы пожарных насосов

В пожарной технике применяется ограниченный набор типов. Школьная классификация «динамические vs объёмные» не имеет проектного смысла: на пожарный автомобиль и в насосную станцию идут только центробежные насосы, остальное — вспомогательное оборудование. Привязка типов к нормативу показывает это явно.

В дальнейших разделах работаем только с центробежными насосами в составе пожарной техники (ГОСТ Р 53331) и в составе стационарных насосных станций (СП 10, СП 485).

Насосы пожарных автомобилей: классы по ГОСТ Р 53331

ГОСТ Р 53331-2009 делит центробежные пожарные насосы на три класса по уровню развиваемого напора:

• Насосы нормального давления — давление на выходе до 1,6 МПа (16 кгс/см²). Это рабочий диапазон для подачи воды стволами РС-50/РС-70 и большинства лафетных стволов. Типичные модели: ПН-40УА, ПН-40УБ, ПН-40УВ, ПН-40УВМ.01, НЦПН-40/100, НЦПН-100/100, ПН-60, ПН-110.
• Насосы высокого давления — давление на выходе 1,6–5,0 МПа. Применяются для подачи распылённой воды с высокой кинетической энергией капель (мелкораспылённая струя), что особенно эффективно при тушении горючих жидкостей и для пенного пожаротушения с высокой кратностью. Типичные модели: НЦПВ-4/400-РТ, НЦВ-4-400-РТ, МНПВ-90/300.
• Комбинированные насосы — два последовательно соединённых насоса нормального и высокого давления с общим приводом. Позволяют на одном автомобиле работать в обоих режимах. Типичная модель: НЦПК-40/100-4/400В1Т.

В обозначении модели зашиты ключевые параметры. Например, НЦПК-40/100-4/400 означает: насос центробежный пожарный комбинированный; подача нормальной ступени 40 л/с при напоре 100 м; подача высокой ступени 4 л/с при напоре 400 м.

Физический потолок всасывания. Центробежный насос на пожарном автомобиле забирает воду из открытого источника через всасывающий рукав. Теоретический предел всасывания — атмосферное давление ≈10,3 м водяного столба; с учётом потерь в рукаве, в насосе и кавитационного запаса практическая высота — около 7–8 м. На этом пределе работа стабильно невозможна: при длинном всасывающем рукаве или повышенной температуре воды кавитация возникает раньше, подача срывается. Это нужно учитывать при выборе позиции пожарного автомобиля относительно водоисточника.

Стационарные насосные станции АУПТ и ППВ

Стационарные пожарные насосы — это центробежные насосы в составе насосной станции, работающей в автоматическом или дистанционном режиме. Логика их подбора и компоновки отличается от автомобильных насосов: они стоят в гарантированно подпорной части системы (вода поступает на всас под давлением, без открытого забора), проектируются под расчётный расход здания или защищаемой секции, обязаны иметь резерв.

Внутренний противопожарный водопровод (СП 10.13130.2020). Насос-повыситель ППВ автоматически включается при срабатывании пожарного крана и обеспечивает нормативный расход через минимально требуемое число одновременных струй. Расход на одну струю — от 1,5 до 4 л/с в зависимости от типа здания (этажность, объём, категория по пожарной опасности); минимально требуемое число струй — от 1 до 4. Насос-повыситель проектируется на сумму расходов всех одновременных струй с запасом по подаче и напором, обеспечивающим нормативное давление у диктующего пожарного крана (наиболее удалённого и высокого).

Автоматические установки пожаротушения (СП 485.1311500.2020). Насосная станция АУПТ обеспечивает расход и напор для расчётного количества секций спринклерной или дренчерной установки. Нормативная интенсивность орошения для водяных АУПТ — от 0,08 до 0,5 л/(с·м²) в зависимости от группы помещения по Приложению А СП 485. Расчёт идёт от защищаемой площади (площадь, на которую одновременно подаётся вода при расчётном пожаре в наиболее неблагоприятной точке) и нормативной продолжительности подачи.

Жокей-насос. Для спринклерной установки под давлением применяется жокей-насос — небольшой насос, поддерживающий давление в системе при незначительных утечках. Он не является основным или резервным насосом и не учитывается в расчётном расходе АУПТ. Его задача — компенсировать сезонную и эксплуатационную утечку, не давая основному насосу включаться при каждом мелком падении давления. По СП 485 жокей подбирается под расход утечек, а не под расход системы — на этом массово ошибаются (см. раздел «Типичные ошибки»).

Резервирование и регламент при отключении электропитания

Это узел, на котором проверяющий ловит практически любую недокомплектованную насосную станцию.

Состав насосной станции водяного АУПТ:

• основной (рабочий) насос — обеспечивает расчётный расход и напор АУПТ;
• резервный насос с подачей и напором не менее основного — включается автоматически при отказе основного или при снижении давления ниже уставки;
• жокей-насос (для систем под давлением) — поддерживает давление, не входит в расчёт расхода;
• при необходимости — дизельный резервный насосный агрегат как альтернатива электрическому резерву;
• щит управления, контрольно-сигнальный клапан (КСК), узлы автоматики и аварийной сигнализации.

Резервирование насоса. По СП 485 насосная станция АУПТ должна иметь основной и резервный насосы. Резервный по подаче и напору не уступает основному. Команда на пуск резервного формируется автоматически — по сигналу о потере давления, отказе пуска основного или его аварии. Аналогичное требование к резервированию относится и к насосным станциям внутреннего ППВ согласно СП 10.

Электропитание. Насосные станции АУПТ и ППВ относятся к электроприёмникам особой группы I категории или I категории по ПУЭ-7 (категория определяется типом объекта и проектной документацией). Это требует двух независимых вводов от двух источников с автоматическим вводом резерва (АВР). Время переключения АВР задаётся условиями применения: для классической I категории — порядка секунды и менее (зависит от типа коммутационных аппаратов); для особой группы I категории — переключение без перерыва питания через автономный источник (аккумуляторная батарея, источник бесперебойного питания). Конкретные требования по времени восстановления питания для каждой схемы определяются проектным решением со ссылкой на ПУЭ-7 и нормативные документы на средства АВР.

Дизельный резерв. При невозможности обеспечить два независимых электрических ввода или для повышенной надёжности проектом предусматривается дизельный резервный насосный агрегат. По СП 485 время выхода дизельного резерва на режим — не более 30 секунд от команды на пуск. Дизельный агрегат требует автономного запаса топлива (на расчётное время работы установки плюс эксплуатационный запас), системы автоматического пуска от батареи, средств подогрева для пуска при отрицательных температурах, регулярных рабочих пусков по графику владельца.

Типовой алгоритм при потере основного электропитания:

1. Срабатывает АВР, питание переходит на резервный ввод — основной насос продолжает работать.
2. При отсутствии второго ввода или неуспехе переключения — формируется команда на пуск дизельного резерва.
3. Контроль выхода дизельного резерва на режим — не более 30 секунд.
4. Сигналы о потере основного питания и пуске резерва передаются на пост дежурного оператора и в систему мониторинга объекта.
5. До восстановления основного ввода эксплуатация ведётся на резерве; владелец объекта обязан зафиксировать время работы на резерве и принять меры по восстановлению.

Если в проектной документации этот алгоритм не описан или не реализован в автоматике станции, насосная станция формально не соответствует СП 485 — основание для предписания инспектором ГПН.

Подбор насоса: расчётный расход и напор

В нормативах РФ для пожарных насосов расход выражается в литрах в секунду (л/с), напор — в метрах водяного столба (м) или мегапаскалях (МПа). «Литры в минуту» и «м³/час» из общегражданских каталогов конвертируются: 1 л/с = 60 л/мин = 3,6 м³/ч; 10 м водяного столба ≈ 0,1 МПа ≈ 1 кгс/см². При работе с каталогами оборудования сверка единиц обязательна — расхождение в 60 раз между л/с и л/мин регулярно встречается в коммерческих ТЗ.

Подбор насоса ППВ. Расчётный расход = (число одновременных струй) × (расход на одну струю). Напор = (геометрическая высота диктующего крана) + (потери напора в трубопроводе) + (минимальный свободный напор у крана по СП 10, обычно 4 м для компактной струи). Подача насоса выбирается с запасом 10–20% относительно расчётной для компенсации износа крыльчатки и неучтённых потерь.

Подбор насоса АУПТ. Расчётный расход = (защищаемая площадь, м²) × (нормативная интенсивность орошения, л/(с·м²)) — для одной секции в самой неблагоприятной точке. Напор — от уставки оросителя (обычно от 0,1 МПа) плюс потери в магистрали, разводящих трубопроводах и в узлах КСК. Запас по подаче и напору — те же 10–20%.

Резервный насос подбирается с теми же характеристиками, что и основной (или выше). Жокей — на расход утечек системы (оценочно 0,1–1 л/с для типовых спринклерных установок); конкретное значение определяется по проектным данным о допустимом снижении давления и режиму подкачки.

Испытания: приёмочные и периодические

Испытания — это та часть жизненного цикла пожарного насоса, которая отделяет работающее оборудование от формально установленного.

Насосы пожарных автомобилей. Приёмочные испытания по ГОСТ Р 53331-2009 включают:

• проверку подачи и напора в нескольких рабочих точках (получение характеристической кривой Q-H);
• измерение коэффициента полезного действия;
• определение кавитационного запаса;
• проверку герметичности насоса и присоединений;
• испытание длительной работой на номинальном режиме;
• проверку работы вакуумной системы (заполнение, время выхода на режим).

Периодические испытания — по плану эксплуатанта пожарной техники; типично — раз в полгода с замером основных характеристик и протоколированием.

Насосные станции АУПТ. Приёмочные испытания по СП 485.1311500.2020, Приложение Ж:

• пуск основного насоса с замером времени выхода на режим;
• пуск резервного насоса (имитация отказа основного);
• замер расхода и напора на выходе насосной станции;
• проверка работы АВР с переходом на резервный электрический ввод;
• проверка пуска дизельного резерва с замером времени выхода на режим (не более 30 с);
• контроль срабатывания КСК, прохождения сигнала на дежурный пост.

Периодические испытания насосных станций — не реже одного раза в полугодие (детально периодичность и состав определяются регламентом эксплуатации объекта и СП 485). Результаты оформляются актом, который хранится у эксплуатанта и предъявляется при проверке.

Типичные ошибки проектирования и эксплуатации

Ниже — ошибки, которые встречаются регулярно и обычно не разбираются в обзорных публикациях по теме.

1. Жокей-насос подобран под расход системы, а не под утечки. Жокей включается на каждое падение давления, даже от температурного сжатия воды, и работает почти непрерывно; за несколько месяцев изнашивается, перестаёт удерживать давление, основной насос начинает запускаться от ложных уставок. Правильно — подбирать жокей под допустимый уровень утечек, обычно 0,1–1 л/с с запасом по напору 10–20%.
2. АВР не учитывает фактическое время переключения. Декларируется I категория, по факту переключение занимает несколько секунд из-за инерции коммутационных аппаратов или ошибок в схеме управления. На приёмочных испытаниях это видно сразу. Лечится правильной комплектацией АВР (быстродействующие устройства) и проверкой реального времени переключения секундомером при имитации отказа основного ввода.
3. Глубина всасывания пожарного автомобиля больше 7–8 м. На бумаге кажется, что «положили рукав длиннее — будет лучше», на пожаре насос не выходит на подачу. Реальные ограничения — кавитация и длина всасывающего рукава. Чаще встречается при работе с водоисточником через высокий обрыв или с эстакады.
4. Перепутаны единицы л/мин и л/с. Закупается насос с «расходом 100 л/мин», когда требуется 100 л/с — разница в 60 раз. Не теоретическая ошибка: с регулярностью всплывает в коммерческих ТЗ, особенно когда заказчик отталкивается от каталога инженерной компании без сверки с СП 10/СП 485.
5. Резервный насос подобран слабее основного. Это прямое нарушение СП 485: резервный должен иметь подачу и напор не менее основного, чтобы при отказе основного система работала по тому же расчёту. Иначе на отказе подаётся фактически меньше, чем требует расчёт АУПТ.
6. Дизельный резерв без периодических пусков. Дизельный агрегат, который раз в полгода проверяется холостым прогоном, может не запуститься в нужный момент: севшая батарея, замёрзшее топливо, заклинивший пускач. Регламент эксплуатации обязан включать периодический рабочий пуск с проверкой выхода на режим.
7. Игнорирование расчёта диктующего крана/диктующего оросителя. Насос подобран по среднему положению точки расхода, а не по наиболее удалённой и высокой. На дальнем кране или оросителе свободный напор оказывается ниже нормативного, эффективная подача страдает.
8. Отсутствие защиты от сухого хода для насосов из подземных резервуаров. При снижении уровня воды в резервуаре насос работает «всухую», крыльчатка перегревается, разрушается уплотнение. Лечится автоматикой по уровню и блокировкой пуска при критически низком уровне.

Все перечисленные ошибки выявляются на этапе проектирования (через ревизию расчётов) или на приёмочных испытаниях (через имитацию отказов). На этапе эксплуатации без целевых проверок они остаются скрытыми до реального пожара.