淺談船用中壓細水霧系統(tǒng)

■ 褚麗麗

通過南京消防器材股份有限公司設(shè)計的船用中壓細水霧滅火系統(tǒng)在4 410 kW深水供應(yīng)船的實際應(yīng)用的案例，介紹了船用中壓細水霧系統(tǒng)的性能特點、滅火機理以及設(shè)計原則，并對該系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、動作流程及控制方式分別進行了闡述。

0 引 言

很長一段時間以來，我國很多船舶都采用國外的消防系統(tǒng)，但是代價昂貴。由于各船級社對于船舶消防的規(guī)定愈發(fā)嚴格，許多船廠便將視線轉(zhuǎn)向了國內(nèi)的廠家。經(jīng)過多年的努力，目前，國內(nèi)的產(chǎn)品已經(jīng)可以和國外產(chǎn)品相媲美。隨著陸用中高壓細水霧系統(tǒng)的逐漸普及，船用的中高壓細水霧系統(tǒng)也蓬勃發(fā)展起來。以下介紹的是由南京消防器材股份有限公司設(shè)計的船用中壓細水霧滅火系統(tǒng)。

1 細水霧技術(shù)對于船舶的意義

船舶火災(zāi)是船舶海難中較常見且危險性較大的一種事故，隨著船舶噸位的增大以及自動化程度的提高，船舶無論在營運還是在修理中都會發(fā)生火災(zāi)，其又因撲救條件比陸上差，給國家和人民生命財產(chǎn)造成的損失也難以估量，被公認為最難撲救的火災(zāi)之一。水是最常用的滅火劑，但是一般的水噴淋滅火方式效率低下，用水量高，有二次水危害，尤其在船舶這個不能大量載水的特殊環(huán)境下危害更大。而細水霧滅火系統(tǒng)具有效率高，用水量少和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，因此細水霧滅火系統(tǒng)對于船舶消防來說具有十分重要的意義。

2 船用中壓細水霧滅火系統(tǒng)

2.1 滅火機理

細水霧滅火系統(tǒng)可對保護對象實施滅火，抑制火，控溫和降壓等多種保護方式，其滅火機理歸納為以下幾點：

1）高效吸熱。由于細水霧的霧滴直徑很小，相對表面積較一般水滴大1 700倍，在火場中能完全蒸發(fā)。按照100 ℃水的蒸發(fā)潛熱為2 257 kJ/kg計，每只噴嘴噴出的水霧吸熱功率約為300 kW，可見其吸熱率之高，冷卻效果之強。

2）窒息。細水霧噴入火場后迅速蒸發(fā)形成蒸汽，體積急劇膨脹，排除空氣，在燃燒物周圍形成一道屏障阻擋空氣的吸入，當(dāng)周圍的空氣濃度降到一定水平，火焰將被窒息，熄滅。

3）阻隔熱輻射。細水霧噴入火場后，蒸發(fā)形成的蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙霧籠罩，對火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品，達到防治火焰蔓延的效果。

4）浸潤作用。顆粒大沖量大的霧滴會沖擊到燃燒物表面，從而使燃燒物得到浸濕，阻止固體揮發(fā)可燃氣體的進一步產(chǎn)生，到達滅火和防止火災(zāi)蔓延的目的。

5）乳化作用。當(dāng)撲救油類火災(zāi)時，水霧沖擊油品的表面，形成乳化層，一方面降低了油品的蒸發(fā)速度，另一方面由于水霧滴的單擊攪拌作用能使可燃液體表層產(chǎn)生不燃燒的乳化層，起到了阻燃的作用。

在滅火的過程中，往往會有幾種作用同時發(fā)生，從而有效滅火。

2.2 性能特點

1）用水量大大降低。通常而言常，規(guī)水噴霧用水量是水噴淋的70%～ 90% ，而細水霧滅火系統(tǒng)的用水量則通常為常規(guī)水噴霧的20% 以下，因此整個系統(tǒng)大大的減少了管材，降低能耗。

2）降低了火災(zāi)損失和水漬損失。對于水噴淋系統(tǒng)，很多情況下由于使用大量水進行火災(zāi)撲救造成的水漬損失還要高于火災(zāi)損失，而細水霧的用水量僅為常規(guī)水噴淋系統(tǒng)用水量的1/10，所以水漬的損失極小，對環(huán)境、保護對象、保護區(qū)人員均無損壞和污染，是環(huán)保型滅火系統(tǒng)。

3）減少了火災(zāi)區(qū)域熱量的傳播。由于細水霧的阻隔熱輻射作用，有效控制火災(zāi)蔓延。

4）由于水霧滴的直徑很小，噴霧時水呈不連續(xù)性，因此其具有良好的電氣絕緣性能，根據(jù)公安部天津消防研究所委托天津市電力科學(xué)研究院進行細水霧噴頭噴射霧束的交流電耐壓性能試驗，結(jié)果表明：霧束在220 kV、110 kV、35 kV 3種電壓等級下不發(fā)生工頻交流閃絡(luò)（實驗結(jié)果見表1）。所以細水霧滅火系統(tǒng)可以有效撲救帶電設(shè)備火災(zāi)。

5）細水霧具有很好的冷卻作用，可以有效避免高溫造成的結(jié)構(gòu)變形，且滅火后不會復(fù)燃；火場周圍的環(huán)境溫度低，便于救災(zāi)人員接近。

6）細水霧系統(tǒng)的水價格低廉，來源廣泛，容易獲取，滅火的可持續(xù)能力強；

7）細水霧蒸發(fā)后，體積膨脹而充滿整個火場空間，細小的水蒸氣顆粒極易與燃燒形成的游離碳結(jié)合，從而對火場環(huán)境起到降塵、凈化效果，可以有效消除煙霧中的腐蝕性及有毒物質(zhì)，提高能見度，減少煙塵對人體的損害，有利于人員的安全撤離。注：1.泵組。滅火時供水。2.試驗閥。常閉，對泵進行檢查試驗時打開。3.選擇閥。常閉，滅火時打開，使壓力水流向失火區(qū)域。4.壓力開關(guān)。水通過時動作，反饋信號到火災(zāi)報警滅火控制器。5.噴頭。噴放細水霧，實施滅火。6.火災(zāi)探測器。探測火災(zāi)信號并傳遞信號給火災(zāi)報警滅火控制器。7.手動報警按鈕。實現(xiàn)系統(tǒng)電氣手動操作。8.聲光報警器。提醒有關(guān)人員發(fā)生火情。9.分區(qū)顯示盤。重復(fù)顯示火災(zāi)報警信息。10.火災(zāi)報警滅火控制器。接收火災(zāi)信號并發(fā)出報警信號與滅火指令。11.水泵控制柜。實現(xiàn)水泵的啟動。12.旁通閥。實現(xiàn)泵無負荷啟動。13.溢流電磁閥（含溢流接頭）。必要時配置，溢流多余的水流量。

表1 細水霧噴頭噴射霧束的交流電耐壓試驗結(jié)果

圖1 滅火系統(tǒng)示意圖

2.3 適用場所

根據(jù)CCS通函有關(guān)局部水基滅火系統(tǒng)的保護對象、保護處所和保護區(qū)域含義的解釋（SOLAS公約第II-2 章、MSC/Circ.913 附件）

1）保護對象（MSC/Circ.1120）。保護對象系指布置在 500 總噸及以上客船和2 000 總噸及以上貨船上，總?cè)莘e超過500 m3（含機艙頂棚在內(nèi)）的A類機器處所內(nèi)的用作主推進裝置的內(nèi)燃機；用作各類驅(qū)動動力源（如發(fā)電機、空壓機、液壓泵等）的內(nèi)燃機；鍋爐（包括蒸汽和熱油鍋爐）、焚燒爐、燃油型惰氣發(fā)生器和燃油裝置（如熱油加熱器、加熱的燃油分油機）。

2）保護處所（MSC/Circ.1082）。保護處所系指安裝有局部水基滅火系統(tǒng)的機器處所（MSC/Circ.1082）。用局部水基滅火系統(tǒng)保護的機器處所，是總?cè)莘e超過500 m3（含處所頂棚在內(nèi)）的A類機器處所。

3）保護區(qū)域（MSC/Circ.1120）。保護區(qū)域系指必須由局部水基滅火系統(tǒng)對保護對象提供覆蓋保護的區(qū)域，保護區(qū)域可以是整個保護對象，也可以是其部分。分別為以下幾個部分：a．對于作為主推進機械或發(fā)電機原動力的內(nèi)燃機；b．對于鍋爐、焚燒爐和燃油型惰性氣體發(fā)生器；c．對于燃油裝置（如熱油加熱器、加熱的燃油分油機）。

2.4 船用細水霧滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

2.4.1 系統(tǒng)示意圖（見圖1）

該系統(tǒng)是由一套滅火裝置對多個保護區(qū)實施消防保護的組合分配滅火系統(tǒng)。其系統(tǒng)設(shè)計用量必須滿足最大保護區(qū)的消防保護需要。

2.4.2 系統(tǒng)控制方式及動作流程

1）系統(tǒng)控制方式。該系統(tǒng)具有自動啟動控制、電氣手動啟動控制、應(yīng)急啟動控制3種控制方式。

a．自動啟動控制。將火災(zāi)報警滅火控制器、水泵控制柜的控制方式均設(shè)為“自動”方式：系統(tǒng)即處于自動滅火控制狀態(tài)，當(dāng)保護區(qū)出現(xiàn)火情時，火災(zāi)探測器將火災(zāi)信號送往火災(zāi)報警滅火控制器，火災(zāi)報警滅火控制器發(fā)出聲、光報警信號，同時發(fā)出滅火指令打開相應(yīng)保護區(qū)的選擇閥和泵組，向相應(yīng)保護區(qū)噴射細水霧實施滅火。確認火災(zāi)撲滅后，按下火災(zāi)報警滅火控制器上的復(fù)位按鈕，即可關(guān)閉選擇閥和泵組，手動按下壓力開關(guān)復(fù)位按鈕，使系統(tǒng)恢復(fù)到伺服狀態(tài)。

b．電氣手動啟動控制。當(dāng)保護區(qū)人為發(fā)現(xiàn)火情時，可按下相應(yīng)區(qū)域的手動報警按鈕或火災(zāi)報警滅火控制器上的相應(yīng)區(qū)的啟動按鈕，即可按預(yù)定程序啟動滅火系統(tǒng)，釋放細水霧，實施滅火。確認火災(zāi)撲滅后，復(fù)位手動報警按鈕和火災(zāi)報警滅火控制器上的復(fù)位按鈕，即可關(guān)閉選擇閥和泵組。手動按下壓力開關(guān)復(fù)位按鈕，使系統(tǒng)恢復(fù)到伺服狀態(tài)?；馂?zāi)報警滅火控制器在自動狀態(tài)下，具有電氣手動控制優(yōu)先功能。

c．應(yīng)急啟動控制。當(dāng)保護區(qū)出現(xiàn)火情，火災(zāi)報警滅火控制系統(tǒng)失靈時，可手動打開相應(yīng)保護區(qū)選擇閥，再將水泵控制柜“手動/自動”選擇開關(guān)置于“手動”位置，按下水泵控制柜上的啟動按鈕，即可向相應(yīng)保護區(qū)噴射細水霧實施滅火。確認火災(zāi)撲滅后，按下水泵控制柜上的停止按鈕關(guān)閉水泵，手動關(guān)閉選擇閥，手動按下壓力開關(guān)復(fù)位按鈕，使系統(tǒng)恢復(fù)到伺服狀態(tài)。

2）系統(tǒng)動作流程（見圖2）。

圖2 系統(tǒng)動作流程

2.5 主要設(shè)計原則

2.5.1 一般規(guī)定

根據(jù)MSC/Circ.913適用于A類機器處所的固定式局部水基滅火系統(tǒng)認可導(dǎo)則中的規(guī)定，該滅火系統(tǒng)應(yīng)能對A類機器處所中SOLAS公約第II-2 /7.7條所指定地區(qū)發(fā)生的局部火災(zāi)實施抑制，且無需關(guān)停主機，撤離人員，切斷風(fēng)機或密閉該處所。

2.5.2 定義水基滅火介質(zhì)為混有或不混有能增強滅火功能添加劑的海水或淡水。

2.5.3 系統(tǒng)的基本要求

1）系統(tǒng)應(yīng)能手動釋放；2）系統(tǒng)的啟動不應(yīng)導(dǎo)致失電或使船舶機動性降低；3）系統(tǒng)應(yīng)能即刻使用，并具有連續(xù)供應(yīng)水基至少20min的能力；4）噴嘴的位置、型式和特性應(yīng)在限定條件下進行試驗，噴嘴位置的布置應(yīng)考慮避開可能對滅火系統(tǒng)的噴射構(gòu)成障礙；5）系統(tǒng)動力源的電器元件應(yīng)至少具有IP54安全等級；6）系統(tǒng)管路的尺寸應(yīng)通過液力計算確定，以保證獲得系統(tǒng)良好工作性能所需的壓力和流量要求；7）系統(tǒng)的設(shè)計能力應(yīng)依據(jù)相應(yīng)于保護面積所要求的最大水量來確定；8）為保證系統(tǒng)具有要求的流量和壓力，應(yīng)配置1套能對系統(tǒng)的動作進行試驗的裝置。

2.6 系統(tǒng)設(shè)計

以4 410 kW深水供應(yīng)船機艙水基滅火系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹船用中壓細水霧的系統(tǒng)設(shè)計，本船入級中國船級社（CCS）。消防系統(tǒng)需要得到船級社審圖師的認可，消防系統(tǒng)安裝好后，需要得到驗船師的認可方可投入使用。

2.6.1 設(shè)計內(nèi)容

對4 410 kW深水供應(yīng)船的4臺主機、分油機和鍋爐共6個保護區(qū)進行細水霧自動滅火系統(tǒng)工程設(shè)計。

2.6.2 設(shè)計依據(jù)

1）《國際海上人命安全公約》；2）由相關(guān)委托方或相關(guān)單位提供的相關(guān)設(shè)計條件；3）有關(guān)廠家的產(chǎn)品樣本；4）IMO MSC.1/Circ.1387，IMO MSC/Circ.1165號通函及其兩份修正案MSC.1/Circ.1237和MSC.1/Circ.1269；5）CCS最新規(guī)范。

2.6.3 設(shè)計條件

保護區(qū)參數(shù)，詳見機艙布置圖及總布置圖。

2.6.3 設(shè)計說明

1）本船采用一套泵式中壓細水霧組合分配自動滅火系統(tǒng)對6個保護區(qū)進行保護。2）設(shè)計采用局部保護滅火系統(tǒng)的滅火方式，即噴放細水霧來保護整個設(shè)備。3）滅火系統(tǒng)的控制方式為自動控制、手動控制2種。在保護處所之內(nèi)和之外各布置一套系統(tǒng)的手動操作控制裝置，并能在一處完成系統(tǒng)啟動的全部操作。其中一套分散布置在機艙內(nèi)各保護區(qū)附近離失火源部位5 m外的位置處，另一套布置在機艙保護處所外易于到達的位置處，可沿脫險通道采用集中設(shè)置的方式布置。當(dāng)保護區(qū)有人時采用手動控制方式，當(dāng)為無人場所時采用自動控制方式。4） 細水霧滅火系統(tǒng)的自動控制應(yīng)在接受到兩個獨立的火災(zāi)信號后才能啟動系統(tǒng)。5）對于組合分配系統(tǒng)，每個保護區(qū)或保護對象應(yīng)設(shè)一個選擇閥、每個選擇閥上應(yīng)設(shè)有對應(yīng)保護區(qū)或保護對象的永久性銘牌。6）當(dāng)保護區(qū)細水霧系統(tǒng)自動釋放時，安裝在駕控臺的分區(qū)顯示盤和安裝在集控室的火災(zāi)控制器均能提供聲、光報警，同時能夠顯示釋放的區(qū)域。

2.6.4 計算

1）根據(jù)船級社的規(guī)范要求，保護區(qū)的參數(shù)，選擇具有相應(yīng)防護措施且不影響細水霧噴放效果的噴頭，選擇噴頭型號。本船選用ZSXTC 60—9A型噴嘴，工作壓力2.0~3.5 MPa，流量特性系數(shù)5.96，噴頭安裝最大間距2.5 m，應(yīng)用高度范圍0.5~2.0 m。

2）根據(jù)機艙布置圖所示，布置各個保護區(qū)的噴頭，按照最大保護區(qū)所需要噴頭個數(shù)，計算系統(tǒng)用水量，選用水泵型號，根據(jù)計算本船選用3.5 MPa，175 L/min，11 kW的高壓柱塞泵。此外，還應(yīng)對系統(tǒng)進行水力計算，以確認水泵的流量和揚程是否滿足要求。

3 結(jié) 語

由于船舶火災(zāi)具有自身的一些特點，比方說機艙的位置是在船體下部，熱煙氣無法順利及時排出，熱量不易散發(fā)，空間狹小，艙室升溫很快，船體鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能差，容易失去承重力；艙內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊，內(nèi)部障礙多，撲救難度大，所以船用中壓細水霧滅火系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于新造、改造的船舶A類機器處所：如船舶機艙中的柴油發(fā)動機、柴油發(fā)電機、燃油鍋爐、焚燒爐、燃油裝置等設(shè)備的消防保護。

該系統(tǒng)具有對環(huán)境無污染，對人體無害和良好的滅火效能等特點，特別是作為“綠色”滅火系統(tǒng)，可達到環(huán)保要求，有很大的社會效益。