飽和潛水支持船潛水設(shè)備區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計

王顯力，康 健，劉志超

（1.中國船舶與海洋工程設(shè)計研究院，上海 200011；2.上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125；3.上海振華啟東海洋工程股份有限公司，江蘇 啟東 226259）

0 引 言

飽和潛水支持船（Dive Support Vessel，DSV）是支持水下作業(yè)的專業(yè)船舶，其配備的飽和潛水系統(tǒng)是能保證潛水員在水下高壓環(huán)境下正常作業(yè)的配套系統(tǒng)，具有應(yīng)對大深度和大噸位應(yīng)急打撈、大面積溢油及其他突發(fā)事件的能力，對保證水下施工、科研和救援等工作正常開展具有重大意義[1]。飽和潛水技術(shù)是在潛水醫(yī)學(xué)家Bond提出的“飽和潛水”理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所謂“飽和潛水”理論，是指潛水員在高氣壓環(huán)境下長時間暴露，使得其體內(nèi)各組織中的氣體達到完全飽和，此時只要環(huán)境壓力不發(fā)生改變，不論暴露多長時間，其減壓時間是相等的[2]。潛水員從惰性氣體飽和狀態(tài)減壓需要的時間很長。若能創(chuàng)造條件使?jié)撍畣T在作業(yè)區(qū)長時間停留，使其體內(nèi)氣體達到飽和，則潛水員即可長時間作業(yè)，直到作業(yè)完成，1次減壓出水[3]，從而使?jié)撍鳂I(yè)效率大大提高。為飽和潛水員提供服務(wù)和支持的船舶稱為飽和潛水支持船。飽和潛水支持船是一種高端的海洋工程作業(yè)船舶，在深海水下施工、設(shè)備維護巡檢等作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。潛水設(shè)備區(qū)布置有大量的壓力設(shè)備、高壓氣體及潛水員生活艙室，由于潛水員無法直接從惰性氣體飽和狀態(tài)回到常壓狀態(tài)，因此支持母船上一旦發(fā)生火災(zāi)，迅速降溫、滅火，保證潛水員安全及相關(guān)潛水服務(wù)設(shè)備正常運行是飽和潛水支持船必須解決的問題。

1 船舶概況

本文以中國船舶工業(yè)集團公司第七○八研究所設(shè)計、上海振華重工股份有限公司建造、船東為英國Selion集團公司300m飽和潛水支持船（以下簡稱該船）為研究對象介紹其潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)的設(shè)計。該船潛水系統(tǒng)的設(shè)計滿足DNV DSV-SAT和SURFACE船級符號的要求。船舶及主要潛水設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 船舶及主要潛水設(shè)備參數(shù)

2 規(guī)范規(guī)則的研究及系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)DNV規(guī)范Part5，Ch16，Sec6，C飽和潛水支持船消防系統(tǒng)的要求，船上布置有加壓減壓生活艙、潛水鐘、氣瓶、空壓機和控制站的區(qū)域需設(shè)置固定式滅火系統(tǒng)，若該區(qū)域是圍閉區(qū)域，則滅火范圍需能覆蓋至少整個A類防火分割區(qū)域，滅火系統(tǒng)既可以是適用于A類機器處所的水噴淋系統(tǒng)，也可以是與其等效的對人無害的固定式氣體滅火系統(tǒng)[4]。

該船潛水區(qū)域設(shè)置有飽和潛水控制站、常規(guī)潛水控制站及集中控制站，這些控制站中均設(shè)置 FM1230氣體滅火，氣瓶及釋放裝置儲存在就近的艙室內(nèi)，每個房間獨立設(shè)置，本文不再贅述，下面詳細探討設(shè)備區(qū)的水噴淋滅火系統(tǒng)。

該船的潛水設(shè)備區(qū)域采用水噴淋滅火系統(tǒng)。依據(jù)規(guī)范要求，若選用水噴淋滅火系統(tǒng)，則該系統(tǒng)的有效流量應(yīng)≥10L/min/m2的水平保護區(qū)域，用以滅火和冷卻飽和區(qū)域內(nèi)的壓力設(shè)備；或在等效的圍閉處所內(nèi)采用流量＜5L/min/m2的水霧滅火，并對承壓保護對象增加流量為5L/min/m2的噴淋冷卻，水霧系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)需能同時觸發(fā)作用。該船的潛水設(shè)備區(qū)域除了安裝氣瓶和加壓減壓生活艙以外，還安裝有為潛水員居住艙室服務(wù)的環(huán)控設(shè)備、空調(diào)設(shè)備及氣體的壓縮、調(diào)撥和回收設(shè)備，若全船采用流量為10L/min/m2的水噴淋系統(tǒng)滅火，部分設(shè)備的防護等級很難滿足噴淋的要求，一旦噴淋系統(tǒng)釋放，雖然不會影響潛水員的安全，但部分設(shè)備經(jīng)過噴淋之后可能無法繼續(xù)使用，帶來設(shè)備更換和安裝方面的巨額費用。同時，為做到區(qū)域全覆蓋，噴淋系統(tǒng)噴頭的布設(shè)不可避免地出現(xiàn)交叉重疊，噴水量增加，且飽和潛水區(qū)域自身面積比較大，當(dāng)整個區(qū)域噴淋時大量的海水進入船艙對整船的排水能力及穩(wěn)性是一個考驗；同時，水泵和管子較大，對于該船這種多功能、緊湊型船舶而言實現(xiàn)起來比較困難。

為能既滿足規(guī)范的要求，又減少海水的噴射量，將該船潛水設(shè)備區(qū)域的消防系統(tǒng)設(shè)計為2部分：圍閉處所內(nèi)的區(qū)域采用全淹沒水霧滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)使用淡水，并對壓力設(shè)備設(shè)置流量≥5L/min/m2的海水噴淋；開場區(qū)域采用流量為10L/min/m2的海水噴淋系統(tǒng)，全淹沒水霧滅火系統(tǒng)的覆蓋范圍包括整個防火分隔的艙室，而噴淋系統(tǒng)僅覆蓋壓力容器范圍，噴淋系統(tǒng)和水霧系統(tǒng)采用聯(lián)動控制。這樣整個系統(tǒng)所需的水量將大大減少，區(qū)域內(nèi)的非承壓設(shè)備由于采用的是淡水細水霧保護，即使釋放消防系統(tǒng)也不會對設(shè)備造成損害。同時，細水霧噴射顆粒的直徑很小，相對表面積較大，受熱之后更易汽化，在汽化過程中，從燃燒物表面或火災(zāi)區(qū)域吸收大量的熱量，從而使燃燒物表面的溫度迅速降低[5]。整個系統(tǒng)的防護設(shè)置見圖1。

圖1 潛水設(shè)備區(qū)域消防噴頭布置圖示意

3 滅火區(qū)域設(shè)定及最大防護區(qū)域的劃分

該船潛水系統(tǒng)水噴淋系統(tǒng)需保護的區(qū)域從下到上依次為潛水員生活環(huán)控設(shè)備區(qū)、潛水員艙室設(shè)備區(qū)、氣瓶區(qū)、空壓機區(qū)、潛水鐘及逃生通道區(qū)和高壓逃生艇區(qū)。

圍閉處所采用的是全淹沒水霧滅火系統(tǒng)，噴頭選用AUTRONICA K6型式，船級社認證保護區(qū)域為9m2的方形區(qū)域，設(shè)計壓力下的水量為 18.0L/min，流量為 2.00L/min/m2；圍閉處所區(qū)域承壓設(shè)備的噴淋系統(tǒng)噴頭選用AUTRONICA K32型式，船級社認證的保護區(qū)域是半徑為2m的圓形區(qū)域，面積約為12.6m2，設(shè)計壓力下的水量為 71.5L/min，流量為 5.67L/min/m2；開敞甲板區(qū)域承壓設(shè)備噴淋系統(tǒng)噴頭選用AUTRONICA K47，船級社認證保護區(qū)域是半徑為2m的圓形區(qū)域，面積約為12.6m2，設(shè)計壓力下的水量為127.5L/min，流量為10.12L/min/m2。

根據(jù)潛水設(shè)備艙室的布置及噴頭的設(shè)置，整個潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)噴頭及水量配置見表2。

表2 潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)噴頭及水量配置

4 噴淋水泵的計算選型

噴淋泵的選型需考慮整個系統(tǒng)要達到的最大水量，潛水區(qū)域一旦發(fā)生火情，潛水員從高壓逃生艙經(jīng)過逃生通道進入高壓逃生艇。同時，需考慮逃生通道免受火災(zāi)的影響及高壓逃生艇的安全吊放。完整的潛水員逃生路線示意見圖2。

圖2 潛水員逃生路線示意

根據(jù)圖2，潛水設(shè)備區(qū)域的最大保護區(qū)域應(yīng)包括區(qū)域3、區(qū)域5、區(qū)域6、區(qū)域11和區(qū)域12，故噴淋泵及全淹沒水霧水泵的排量分別為

式(1)和式(2)中：Q為噴淋水泵總流量；Qn為區(qū)域n的噴淋流量；q為水霧水泵總流量；qn為區(qū)域n的水霧流量。

根據(jù)上述計算，該船潛水區(qū)域消防系統(tǒng)設(shè)置1臺噴淋海水泵，排量為210m3/h，排出壓力為10bar；設(shè)置3臺全淹沒水霧淡水泵，排量為29m3/h，排出壓力為12bar，兩用一備；同時，為水霧系統(tǒng)配置1臺穩(wěn)壓泵，排量為12.5m3/h，排出壓力為12bar；保證水霧系統(tǒng)釋放閥之前的管路系統(tǒng)內(nèi)壓力平穩(wěn)變化，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低到穩(wěn)壓泵設(shè)定的啟動壓力與主泵設(shè)定的啟動壓力之間，以確保有足夠的時間啟動穩(wěn)壓泵，從而保持系統(tǒng)壓力，避免大功率噴淋泵意外啟動[6]。

5 系統(tǒng)的原理設(shè)計

根據(jù)前文所述，該船潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)原理圖見圖3。根據(jù)規(guī)范要求，釋放按鈕應(yīng)設(shè)置在該區(qū)域外的就近位置處；對于水霧系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)同時作用的區(qū)域，釋放按鈕應(yīng)能實現(xiàn)操作連鎖、同時釋放；最大逃生路線上幾個區(qū)域應(yīng)同步釋放，釋放操作按鈕設(shè)置在這幾個區(qū)域以外易于到達的地方。

圖3 潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)原理圖

6 結(jié) 語

本文以一艘飽和潛水支持船飽和潛水區(qū)域的固定式消防系統(tǒng)為研究對象對該船潛水設(shè)備區(qū)固定式消防系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)備的選型進行探討。該設(shè)計既滿足規(guī)范的防護要求，又能最大限度地保護區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，經(jīng)過與船級社及用戶反復(fù)溝通，所設(shè)計的圖紙文件得到了DNV船級社審查同意。該研究可為船舶設(shè)計者設(shè)計該類船舶的消防系統(tǒng)提供參考。

【 參 考 文 獻 】

[1] 劉婷，張春景.DP3系統(tǒng)分析與研究——在飽和潛水支持船設(shè)備和布置上[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016, 3 (2): 258-259.

[2] 劉貞飛，嚴國華，陳雷，等.飽和潛水在海洋工程中的應(yīng)用[J].中國水運，2012 (3): 38.

[3] 欒濤，續(xù)明，張大偉．飽和潛水系統(tǒng)在水下海管膨脹彎安裝應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2013 (1): 119.

[4] DNV.DNV Rules Part5, Ch16, Sec6, C[S].2014.

[5] 汪遠，梁俊，蔡振仲.細水霧——開創(chuàng)船舶消防的新時代[J].水上消防，2007 (6): 42.

[6] 徐天曉，于再紅.深水鉆井船水消防系統(tǒng)的設(shè)計[J].船舶，2013 (6): 55.