特種船細(xì)水霧滅火及電氣控制系統(tǒng)淺析

劉文浩　黃慶鵬

（廣船國(guó)際技術(shù)中心 )

特種船細(xì)水霧滅火及電氣控制系統(tǒng)淺析

劉文浩黃慶鵬

（廣船國(guó)際技術(shù)中心 )

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為重要的水消防系統(tǒng)之一，具有非常優(yōu)越的特點(diǎn)。本文主要對(duì)船用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的定義、特性及分類(lèi)作簡(jiǎn)單介紹，并結(jié)合我司特種船的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)本電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)要求上的解讀。

細(xì)水霧 滅火 電氣 系統(tǒng) 應(yīng)用

0　前言

船舶火災(zāi)安全性能對(duì)船舶的生存能力起著至關(guān)重要的作用，如何更好的防范船舶火災(zāi)的發(fā)生一直是國(guó)際海事界關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)SOLAS公約Ⅱ-2章（消防篇）修改的正式文本，要求船舶A類(lèi)機(jī)器處所必須加裝機(jī)艙固定式局部水霧滅火系統(tǒng)，在機(jī)器設(shè)備不關(guān)閉，人員不撤離的情況下，撲滅處于初級(jí)階段的火災(zāi)，減少損失，為船舶航行安全提供保障。

1　細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的出現(xiàn)，有效滿(mǎn)足SOLAS公約的要求。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是一種利用細(xì)水霧噴頭在一定壓力下將水流分解成細(xì)小的水霧滴進(jìn)行防火保護(hù)的滅火系統(tǒng)，它是一套具有供水設(shè)備、分配管網(wǎng)和探測(cè)、報(bào)警裝置，并與一個(gè)或多個(gè)細(xì)水霧噴頭相連，能夠噴放細(xì)水霧來(lái)控火、抑火或滅火的系統(tǒng)。

1.1滅火劑介紹

能夠有效地在燃燒區(qū)破壞燃燒條件，達(dá)到抑制燃燒或中止燃燒的物質(zhì)稱(chēng)作滅火劑。滅火劑有水、泡沫、二氧化碳、干粉、鹵代烷滅火劑等。水是最廣泛的滅火劑，它能迅速冷卻物體，隔絕空氣，使燃燒窒息。水是既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的滅火劑，效能高，取用方便，對(duì)人體和物體基本無(wú)害，成本低廉。本系統(tǒng)的滅火介質(zhì)是水。

1.2細(xì)水霧滅火特性

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的性能特點(diǎn)如下：

⑴ 細(xì)水霧可有效吸收和降低火災(zāi)區(qū)煙氣中的固體懸浮顆粒濃度，提高能見(jiàn)度，減小煙粒對(duì)人體的損壞，有利于人員的安全撤離；

⑵ 具有良好的電氣絕緣性能，撲救電氣設(shè)備火災(zāi)安全性好；

⑶ 系統(tǒng)滅火后，幾乎無(wú)水漬損失，對(duì)環(huán)境、保護(hù)對(duì)象、保護(hù)區(qū)人員均無(wú)損壞和污染，是環(huán)保型滅火系統(tǒng)；

⑷ 滅火用水量少，系統(tǒng)不需要龐大的儲(chǔ)水設(shè)施，在相同的滅火時(shí)間內(nèi)，耗水量比艙室噴淋滅火大大減少；

⑸ 作為滅火的水價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛；

⑹ 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可以是開(kāi)式系統(tǒng)，也可以是閉式系統(tǒng)，組成簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，工作可靠；

⑺ 降溫作用強(qiáng)，火場(chǎng)周?chē)沫h(huán)境溫度低，便于救災(zāi)人員接近。

1.3細(xì)水霧滅火分類(lèi)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)根據(jù)不同的分類(lèi)方法可分為多種類(lèi)別，具體分類(lèi)可按表1所示。

2　特種船實(shí)例分析

下面將結(jié)合我司特種船高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況，具體分析一下細(xì)水霧滅火的選用及組成。

表1　細(xì)水霧滅火系統(tǒng)分類(lèi)表

2.1設(shè)計(jì)原則

⑴ 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)SOLAS公約的新規(guī)定，選擇固定式局部滅火系統(tǒng)必須滿(mǎn)足IMO海上安全MSC/Circ.913及安全規(guī)則（FSS）要求；

⑵ 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同時(shí)需依據(jù)GJB4000-2000艦船通用規(guī)范，第521篇水消防系統(tǒng)，并需滿(mǎn)足GB/T 22241-2008《船用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)通用技術(shù)條件》所規(guī)定的要求；

⑶ 設(shè)計(jì)應(yīng)考慮可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際的滅火效果；

⑷ 機(jī)器處所選型還應(yīng)考慮機(jī)艙排水能力，要充分考慮到接受滅火的電氣設(shè)備防護(hù)等級(jí)的要求，防護(hù)等級(jí)越高電氣設(shè)備越貴，經(jīng)濟(jì)性必須綜合考慮；

⑸ 設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足規(guī)格書(shū)的要求。

2.2系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.2.1選型

根據(jù)SOLAS新增規(guī)范MSC Circ.913的規(guī)定，局部細(xì)水霧滅火系統(tǒng)主要保護(hù)在A類(lèi)機(jī)器處所的高危設(shè)備和區(qū)域。本船主、輔機(jī)艙的幾個(gè)高危設(shè)備及易燃區(qū)域包括主推進(jìn)柴油機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)組、燃油分油機(jī)、燃油輔鍋爐、焚燒爐等。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)種類(lèi)較多，系統(tǒng)參數(shù)差別大。由純水液壓泵驅(qū)動(dòng)的高壓?jiǎn)蜗嗔骷?xì)水霧滅火系統(tǒng)是所有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)產(chǎn)品中最具競(jìng)爭(zhēng)力的一種，符合設(shè)計(jì)原則及船舶機(jī)艙被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)，通過(guò)此套系統(tǒng)可迅速地滅火，人員不必撤離機(jī)艙，同時(shí)不損壞被保護(hù)的機(jī)器，并能由損管中心遙控和本地手動(dòng)釋放，所以最終確定采用泵式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

2.2.2系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由高壓泵組、細(xì)水霧噴頭、報(bào)警滅火控制器、報(bào)警滅火操作面板、報(bào)警滅火單元接線箱、選擇閥組、選擇閥組接線箱、手動(dòng)控制盒、火災(zāi)探測(cè)器、釋放聲光報(bào)警器、管系等部件組成，系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。主要部件介紹如下：

高壓泵組：泵組各部件安裝在機(jī)架上，包含高壓泵、濾清器、電機(jī)、安全閥、聯(lián)軸器及各種配件等。高壓泵根據(jù)計(jì)算所需的流量，按泵的技術(shù)參數(shù)選型。在滿(mǎn)足壓力與流量情況下，選擇PAH80標(biāo)準(zhǔn)型水泵，Y200L-4-H型電機(jī)。由于系統(tǒng)定位為初步局部滅火，故無(wú)配置備用泵組。

細(xì)水霧噴頭：采用離心式噴嘴，實(shí)現(xiàn)液體霧化的目的。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗低，霧化效率高，霧滴直徑Dv0.9≤120μm。

報(bào)警滅火控制器及電氣控制附件：用于接收和處理火警信號(hào)，控制信號(hào)，綜合故障信號(hào)；實(shí)現(xiàn)控制及報(bào)警功能。

管系：組成供應(yīng)用水的管道部件總稱(chēng)，管徑小，壓力大，須采用無(wú)縫不銹鋼管。管道各連接處應(yīng)無(wú)滴漏，管道應(yīng)無(wú)變形。否則會(huì)出現(xiàn)腐蝕隱患或高壓危險(xiǎn)等。

2.2.3系統(tǒng)工作過(guò)程

本系統(tǒng)通過(guò)高壓泵組將船上的淡水加壓到8～10 Mpa，經(jīng)過(guò)管路組合，將高壓淡水送至各個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)的細(xì)水霧噴頭，由噴頭噴射霧滴直徑很小的高壓細(xì)水霧，覆蓋在失火部位，高壓細(xì)水霧在熱能的作用下汽化，吸收大量的熱量，使失火部位溫度驟降，細(xì)水霧噴入失火部位后，汽化成比原來(lái)體積大1000多倍的水蒸氣，迅速排斥火場(chǎng)的空氣，阻止新鮮空氣進(jìn)入火場(chǎng)，火焰被窒息，有效阻隔火焰的熱輻射，達(dá)到滅火、防止火焰蔓延的目的。船上壓縮空氣系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供壓縮空氣，用于吹除管路的殘存水。

圖1　泵式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)組成

3　電氣控制系統(tǒng)淺析

GB/T 22241-2008《船用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中，關(guān)于電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)范摘要如下：

⑴ 系統(tǒng)壓力源布置在被保護(hù)處所內(nèi)時(shí)，電氣元件的電源至少具有IP54的防護(hù)等級(jí)。系統(tǒng)應(yīng)有主電源和應(yīng)急電源同時(shí)供電，并能自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

⑵ 系統(tǒng)的啟動(dòng)功能應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：

① 系統(tǒng)應(yīng)能手動(dòng)啟動(dòng)。手動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)具有防止誤動(dòng)作的措施，并用文字或圖形符號(hào)表明操作方法。

② 系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)具有延遲功能。延遲時(shí)間在0 S～30 S范圍內(nèi)可調(diào)，分檔可調(diào)時(shí)每檔間隔應(yīng)不大于5 S，延遲時(shí)間設(shè)定誤差應(yīng)不大于設(shè)定時(shí)間的20%。

⑶ 泵組應(yīng)具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種啟動(dòng)方式，并具有啟、停按鈕及運(yùn)行、故障狀態(tài)顯示，還應(yīng)具有運(yùn)行、故障信號(hào)遠(yuǎn)傳等功能。

⑷ 火警報(bào)警設(shè)備應(yīng)符合GB 4717、GB 16806、GB 17429等標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖2為特種船高壓細(xì)水霧滅火電氣控制原理及組成。

3.1控制箱及電源

見(jiàn)圖3所示，為高壓泵組實(shí)物圖，高壓泵組包含水泵、馬達(dá)、水泵控制箱、過(guò)濾器、閥組及其它管子附件。由于高壓泵組安裝在局部水基滅火室，系統(tǒng)壓力源布置在保護(hù)區(qū)外，電氣元件——水泵控制箱防護(hù)等級(jí)不需要達(dá)到IP54，在此僅選用IP44防護(hù)等級(jí)。

圖2　高壓細(xì)水霧滅火電氣系統(tǒng)圖

船上電站為系統(tǒng)提供三相AC380V/50 Hz主電源和應(yīng)急電源兩路電力，當(dāng)主電失去時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部可自動(dòng)轉(zhuǎn)換到備用電源供電，符合規(guī)范A要求。

高壓泵控制箱設(shè)置啟、停按鈕及運(yùn)行、泵故障、水位高、水位低、水位超低等故障狀態(tài)顯示。系統(tǒng)接通電源后，通過(guò)控制箱內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟泵功能，也可通過(guò)西門(mén)子S7-224可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟泵功能。滿(mǎn)足規(guī)范C中手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)方式及相關(guān)功能要求，遠(yuǎn)傳輸出功能見(jiàn)下文。

圖3　高壓細(xì)水霧高壓泵組實(shí)物圖

3.2自動(dòng)控制滅火

火警自動(dòng)探測(cè)分系統(tǒng)由煙霧探頭、火警探測(cè)報(bào)警控制箱、報(bào)警器等組成，系統(tǒng)設(shè)備需滿(mǎn)足GB 4717、GB 16806、GB 17429等標(biāo)準(zhǔn)的要求。該系統(tǒng)具有尋址功能，能準(zhǔn)確提供火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域。

高壓泵控制箱接通電源以后，通過(guò)RS485接口自動(dòng)接收來(lái)自火警探測(cè)報(bào)警控制箱的火警信號(hào)。當(dāng)某一保護(hù)區(qū)發(fā)生火情時(shí)，高壓泵組控制箱發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令。報(bào)警滅火控制板向所保護(hù)的處所和連續(xù)有人值班的處所發(fā)出光報(bào)警信號(hào)和獨(dú)特的聲響報(bào)警信號(hào)。高壓泵控制箱發(fā)出滅火指令至控制盒，控制盒首先發(fā)出啟動(dòng)水泵、打開(kāi)水泵電磁閥和相應(yīng)保護(hù)區(qū)的選擇閥指令，通過(guò)延時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)定保證水泵正常運(yùn)行后，關(guān)閉水泵電磁閥，水泵升壓至設(shè)定壓力的同時(shí)，通過(guò)選擇閥向相應(yīng)保護(hù)區(qū)噴射細(xì)水霧實(shí)施滅火。滅火完成后關(guān)閉水泵，停止釋放細(xì)水霧?？刂坪袛嚯姡x擇閥復(fù)位。自動(dòng)控制滅火示意框圖見(jiàn)圖4。

圖4　自動(dòng)控制滅火示意框圖

3.3手動(dòng)控制滅火

本系統(tǒng)手動(dòng)控制可分為應(yīng)急控制、本地控制以及遙控滅火三種。優(yōu)先級(jí)別為應(yīng)急控制，其次為本地控制，最后是遙控。

全船設(shè)置2個(gè)選擇電磁閥組共10位選擇電磁閥，布置在高壓泵組附近。每位選擇電磁閥自帶手動(dòng)操作裝置（即手動(dòng)桿）。緊急情況下，船員將對(duì)應(yīng)選擇閥的手動(dòng)桿轉(zhuǎn)至“開(kāi)”位置，打開(kāi)選擇電磁閥；按下閥板上應(yīng)急啟動(dòng)按鈕盒上的“啟動(dòng)”按鈕；高壓泵組啟動(dòng)，釋放細(xì)水霧滅火。

全船共7個(gè)本地滅火按鈕盒，分別布置在每個(gè)保護(hù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)附近。按下某一保護(hù)區(qū)本地手動(dòng)滅火控制盒上“滅火”按鈕，系統(tǒng)即可按預(yù)定程序啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，釋放細(xì)水霧實(shí)施滅火?；鹪趽錅绾?，按下手動(dòng)滅火控制盒上的“泵停止”按鈕，高壓泵停止工作，選擇電磁閥組及壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)滅火按鈕盒按鈕均安裝防止誤動(dòng)作的保護(hù)罩，并用文字簡(jiǎn)單說(shuō)明操作方法。滿(mǎn)足規(guī)范B (I)的要求。

為滿(mǎn)足規(guī)范C中運(yùn)行、故障信號(hào)遠(yuǎn)傳等功能的要求，系統(tǒng)設(shè)置滅火操作板一塊，如圖5所示，安裝于損管控制臺(tái)內(nèi)，主要用于遙控手動(dòng)滅火控制，細(xì)水霧釋放信號(hào)、系統(tǒng)工作狀態(tài)及綜合故障信號(hào)的顯示與報(bào)警等。另高壓泵控制箱通過(guò)一根2×2×0.75的CAN網(wǎng)線將施放報(bào)警及綜合報(bào)警信息提供給損管系統(tǒng)。

圖5　高壓細(xì)水霧滅火操作板效果圖

4　結(jié)束語(yǔ)

船舶的火災(zāi)給船舶安全營(yíng)運(yùn)帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，一旦發(fā)生，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。船用細(xì)水霧系統(tǒng)以其安全、環(huán)保的特點(diǎn)，凸顯其美好的應(yīng)用前景，但也有其局限性，高壓系統(tǒng)的管路、配件及水泵的工作壓力高，水質(zhì)不好易造成噴嘴堵塞，難以推廣等。設(shè)備廠商、船廠、船員、及有關(guān)部門(mén)需共同努力，充分發(fā)揮細(xì)水霧滅后系統(tǒng)在機(jī)艙局部性火災(zāi)中的關(guān)鍵作用。

[1] GJB4000-2000艦船通用規(guī)范

[2]《船用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（GB/T 22241-2008）

[3]《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2006年版）

[4]《某型船技術(shù)規(guī)格書(shū)》

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.03.002

劉文浩（1988--），男，助理工程師，船舶電氣設(shè)計(jì)。黃慶鵬（1981--），男，工程師，船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)。

（2016-2-23）