基于消防船改進遠程消防供水系統的可行性研究

■ 賀春暉 馮建國

基于消防船改進遠程消防供水系統的可行性研究

■ 賀春暉 馮建國

遠程消防供水系統是一種負責為大型火災現場遠距離供應消防用水的設備，其供水量大且流量穩(wěn)定、布置靈活、補盲效果顯著，在火災補救和救援行動中有著廣泛的應用。本文結合秦皇島港石化港區(qū)的現狀，提出利用港區(qū)消防船替代傳統系統的取水模塊，組成改進型遠程消防供水系統，并論證了其可行性，為各港消防部門建設類似系統提供參考。

消防；遠程供水；消防船

0 引 言

遠程供水系統作為一種可靈活布置的長距離輸水設備，在居民生活、火災撲救等供水系統事故時的應急供水，城市水災、內澇時的應急排污等多個領域已經得到了廣泛應用。目前，國內對該系統的應用主要在火災救援方面，在2010年大連“7·16”新港火災事故、2012年4月9日廣東東莞建暉造紙廠火災事故、2012年成都“12·23”新都天旭倉儲配送中心火災事故、2015年4月6日漳州騰龍芳烴公司二甲苯裝置漏油著火事故等多起火災險情的撲救過程中，都有一套或多套遠程供水系統投入供應消防用水。

1 研究背景

秦皇島港石化港區(qū)現有多家經營單位，存有各類油罐83個，總儲量75.7萬m3，油品的種類有汽油、柴油、石腦油、航空煤油、甲醇等。雖說罐區(qū)已經建設有一套完整的固定式消防系統，然而由于液體火災具有易擴散、烈度高的特性，就近布置的固定式消防系統有可能受災情影響失去效能。為了提高消防供水保障率，避免因為消防供水困難，導致火災撲救工作無法開展，港口公安局消防支隊結合國內外消防作戰(zhàn)經驗，提出為石化港區(qū)建設一套遠程消防供水系統。

傳統的遠程供水系統是由浮艇泵模塊、加壓泵模塊、水帶敷設和回收模塊、水帶運輸模塊等模塊集成組合而成。其中前兩個模塊一般配置于泵車上，主要承擔從水源地取水和加壓遠距離輸送工作，作業(yè)時浮艇泵由泵車機械臂投放至附近水源內，其可漂浮在水面上吸水送至泵車，再經由泵車內配置的大流量中開式水泵加壓模塊將水源遠程輸送；后兩個模塊則配置于水帶敷設車上，車輛本身擔負水帶運輸任務，車身設置的水帶導向機構和水帶卷盤配合車輛行駛能力，則能迅速敷設和回收消防水帶。兩輛車輛配合就可以迅速組成一套以車載水泵為動力源、以消防水帶為輸送通道的遠程供水系統。一套傳統遠程供水系統的輸水流量可達10 000 L/min，輸水距離可達1～3 km，通過多套系統串聯的方式還可使輸水距離提高到6 km以上。

2 改進思路

3 可行性論證

3.1 單泵運行的水力計算

單泵運行時的流量為900 m3/h，即15 000 L/min，

根據柯錦城等人總結的傳統遠程供水系統存在泵車?？课恢靡蟾?、難以靠近水源地，浮艇泵輸水距離有限且對水源水質要求較高，水帶護橋不宜布置、車輛通行困難，水帶較重不宜敷設等缺陷，這些問題制約了該系統的適用性和運行效率，王龍燦等人提出了建設配套市政取水車位的措施以解決泵車取水難的問題；柯錦城等人提出了以改造水帶護橋、增配水帶推車等措施來解決水帶展開難的問題。

本研究結合秦港石化港區(qū)現狀，針對傳統系統的缺點，提出利用港區(qū)已有消防船替代傳統系統的泵車，與水帶敷設車組成遠程供水系統。與泵車相比，消防船無需另配浮艇泵，僅靠船身取水口及自帶水泵即可完成取水、加壓任務，港區(qū)內的海水均可作為其輸送的水源；其適用范圍大于傳統系統的泵車，且配置的2臺額定流量為900 m3/h、額定功率達1.40 MPa的離心泵，也較傳統泵車的性能參數更優(yōu)。此外，港區(qū)建有大量設施齊備的碼頭及岸線資源均可供消防船靠泊，并能提供充足的場地與水帶敷設車進行接駁，使得整套系統布置起來十分靈活；若以消防船長期?？康墓ぷ鞔次粸槿∷鳂I(yè)基地，則水帶敷設車只需攜帶長1 500 m的襯膠消防水龍帶，即可使其供水范圍覆蓋整個石化港區(qū)。所以，改進后的系統的供水量和保護半徑可滿足消防支隊為石化港區(qū)輸送消防用水的要求，但尚需驗證水泵揚程能否提供足夠的輸水壓力。此時系統總水頭損失 hw為：

式1中：Z表示消防船水泵吸水口至消防車取水口高差，按平均低潮位取5 m?！苃j表示系統局部水頭損失，主要為消防船內閘閥、止回閥等管路附件的水頭損失，取0.1 MPa；以及消防水龍帶上閥門、分水器等附件的水頭損失，取0.15 MPa?！苃f表示系統沿程水頭損失，包括消防船內管道水頭損失和消防水龍帶的水頭損失。其中消防船內管道為DN 300鋼管，其水頭損失計算公式為：

式2中：v為管內平均流速，單泵運行時為3.42 m/s；dj為管道內徑，0.305 m；L1為管道長度，20 m；經計算可得hf1為0.01 MPa。消防水龍帶的水頭損失計算公式為:

式3中：1.05為水帶彎曲導致的額外阻力系數；L2為水龍帶長度；A為水龍帶阻抗系數，其值見表1。

表1 水龍帶阻抗系數

將該值帶入上述公式計算，則可得采用各型水帶的沿程水頭損失及系統的總水頭損失，計算結果見表2。

表2 消防水帶水頭損失值

由于消防船配離心泵揚程為1.40 MPa，故2種DN 200水龍帶的水頭損失太大，不能滿足系統運行要求；而2種DN 250水龍帶的水頭損失雖然小于水泵揚程，但是出水壓力無法滿足《消防給水及消火栓系統技術規(guī)范》（GB 50974—2014），從地面算起不小于0.10 MPa的要求，為消防車供水時，容易出現壓力不足的故障；故本系統應該選擇使用DN 300的消防水龍帶。

3.2 系統最大供水能力計算

由上述計算可知，當系統采用1 500 m長內襯橡膠的DN 300水龍帶輸送流量為15 000 L/min的海水時，末端出水水頭尚有0.696 MPa，顯然本系統可以輸送更大流量的海水，而消防船配置的水泵為2臺，也可以提供更大的輸水量。

取雙泵并聯運行時額定流量折減系數為0.8，則此時泵組的流量為24 000 L/min，該值超出了水帶廠家提供的阻抗系數表。根據已知的襯膠水龍帶阻抗系數與流量對應關系，繪出散點圖，并擬合曲線，推出兩者的函數關系，見圖1；并外插值，可得與流量24 000 L/min對應的水龍帶阻抗系數為0.000 60 MPa/m。

代入計算公式可知，當流量為24 000 L/min時，DN 300襯膠水龍帶的沿程水頭損失為0.945 MPa，此時系統總水頭損失為1.255 MPa，則系統出水水頭為0.145 MPa，滿足系統設計及《消防給水及消火栓系統技術規(guī)范》的相關要求，故本系統的最大供水能力可以達到24 000 L/min。

4 存在的問題

石化港區(qū)現有的消防船不具備接駁DN 300水龍帶的接口，船只須根據系統設計要求進行管路改造。將甲板上敷設的分水器母管由DN 150改為與艙內水泵出水母管等徑的DN 300，并增加一條DN 300的等徑三通將分水器升高，于三通的支管端安裝閥門和消防快速接口。為使消防船以左右舷靠泊時均能隨時接駁消防水龍帶，甲板兩側的分水器管路均按上述方式進行改造。

系統最大供水能力的計算，由于缺乏消防船水泵的流量—揚程曲線資料，選擇了經驗系數進行流量折減計算；同時由于計算流量超出了水龍帶廠家資料，采用了擬合曲線外插值的方法計算水龍帶阻抗系數；這些近似計算會產生一定的誤差，所以本系統的最大供水能力還需要進行實驗測試來進行驗證。

5 結 語

總之，通過以上論述，利用秦港石化港區(qū)現有的消防船為供水設備與消防水帶敷設車結合，可組成一套新型的遠程消防供水系統。該系統能以消防船平時?？康墓ぷ鞔a頭為取水基地，為1 500 m外的石化港區(qū)陸域罐區(qū)輸送流量為15 000 ～24 000 L/min的消防海水，滿足消防支隊的消防用水需求。該系統切實可行，并具有較好的性能參數，值得其它城市港口消防部門借鑒。

［1］柯錦城，張俊波，黃斌.消防遠程供水系統建設探討［J］. 消防科學與技術，2015,34（11）:1514－1516.

［2］王龍燦，黃先煒，黃斌.大功率遠程移動供水系統配套市政取水車位建設的規(guī)劃探討［C］. 中國消防協會學術工作委員會. 2013消防科技與工程學術會議論文集.北京：中國石化出版社，2013.

［3］宋群立，姚斌，唐慶龍.化工園區(qū)遠程供水系統的應用研究[J]. 武警學院院報，2014,（12）:43-46.

［4］高碩.利用現有消防車輛實施遠程供水的可行性探究［J］. 消防技術與產品信息，2016,（4）:33-35.

［5］鄭春生.遠程供水系統在火災撲救中的應用探討［J］. 消防科學與技術，2016,35（8）:1145-1148.