現(xiàn)代消防船對外消防系統(tǒng)設計

賈蓉萍

（上海佳豪船海工程研究設計有限公司，上海 201612）

0 引 言

由于陸上消防設施在沿海碼頭作業(yè)具有一定的局限性，如易受道路交通的影響、裝載的消防用水和濃縮泡沫液有限等，導致各港口對消防船的需求量不斷增加?，F(xiàn)代消防船能為海上石油鉆井平臺及其輔助平臺提供安全保障，是一種與陸上消防設施相輔相成的新型消防系統(tǒng)。

專業(yè)消防船一般具有較強的機動性，最大航速通常能達到16～17kn，應急反應迅速；同時，隨著船型的不斷加大，其濃縮泡沫液、干粉和CO2等消防介質(zhì)的裝載量逐漸增多，能承擔長時間的滅火任務。因此，消防船在沿岸石油化工企業(yè)和離岸物流船舶（大型郵船、貨船）的消防滅火工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 “浦消一號”消防船

“浦消一號”消防船（見圖1）為新型多用途1200t近海消防船，總長約53.2m，型寬12.8m，型深6.0m，設計吃水4.0m，最大航速約16.3kn，續(xù)航力1800n mile。該船是采用當前最新的消防公務船設計理念設計的，配置有先進可靠的推進動力和自動化控制系統(tǒng)，已于2017年5月交付使用。該船主要承擔近海海域的消防滅火救援任務，同時具有對岸供水、溢油處置、拖帶遇險船舶和海上救援等功能，配備有先進的搜救、救援設備。

圖1 “浦消一號”消防船

“浦消一號”消防船是當前國內(nèi)消防能力最強、裝備最先進的消防船之一，雖然其船籍符號申請的是“二類消防船”，但其對外消防系統(tǒng)的實際配置達到了“三類消防船”的要求。該船對外水消防系統(tǒng)功能齊全，專業(yè)性強，包含3臺機帶對外消防泵和10門射程、流量不同的消防炮，整個系統(tǒng)由船用對外消防系統(tǒng)廠家挪威FFS提供，最大滅火水量達到3.5t/s，最大消防炮射程約245m。該船具有對外水滅火、對外泡沫滅火、對外CO2滅火和對外干粉滅火的能力，可根據(jù)火災的類型和特性選擇合適的滅火方式。

2 對外水消防系統(tǒng)

2.1 對外水消防系統(tǒng)的功能

對外水消防系統(tǒng)主要用于撲滅A類火災，即由易燃固體引起的，一般在燃燒時產(chǎn)生灼熱灰燼的火災[1]。該系統(tǒng)通常用于遠程滅火，起到初步冷卻、降溫和隔離的作用，從而達到滅火的目的。

“浦消一號”消防船配有水霧系統(tǒng)，具有“Water Spraying”標志（見圖2），能對暴露于火場的輻射熱的船舶垂直表面提供有效冷卻的水霧，使船舶能在滅火或開展營救作業(yè)時盡量接近燃燒目標，以更好地達到滅火的目的[2]。

圖2 水幕系統(tǒng)

2.2 對外水消防系統(tǒng)的組成

對外水消防系統(tǒng)主要由對外消防泵、對外消防泵驅(qū)動裝置、消防水炮（通常兼作泡沫炮）、消防四通站及相關閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。2018年版《鋼制海船入級規(guī)范》的第8篇第1章對第1類、第2類和第3類消防船的最低配置有明確的要求，具體見表1[2]。

“浦消一號”消防船的對外消防泵由主機自由端和專用對外消防柴油機驅(qū)動，中間通過高彈和離合器齒輪箱相連。該船的消防管路采用串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的設計思路，只要任意一臺柴油機具有工作能力，就能保證消防炮正常工作。當3臺對外消防泵同時工作時，總滅火水量高達12600m3/h，操作人員可啟動任意1門或多門（甚至全部10門）對外消防炮，最大射程達245m，起到遠距離滅火的作用。此外，該船配置有2套全回轉(zhuǎn)舵槳和可調(diào)螺距側(cè)推器，用于克服消防炮工作時的后坐力，保持消防船的相對穩(wěn)定。船上燃油艙的配置能使該船持續(xù)對外消防滅火100h。該船對外水消防系統(tǒng)具體配置見表2。

表1 不同類型消防船最低配置要求

表2 “浦消一號”消防船對外消防系統(tǒng)具體配置

2.3 對外水消防系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點

對外水消防系統(tǒng)根據(jù)消防炮的數(shù)量和功能的不同，其設計的難易程度有所不同。消防炮的數(shù)量越多，功能越強大，閥件越多，其控制越復雜。對外水消防系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點如下：

1) 由于對外消防泵的流量通常較大，在根據(jù)建造規(guī)格書和船級社的要求選擇好對外消防泵的型號之后，應充分對其汽蝕余量進行計算，確保對外消防泵進口有效汽蝕余量大于對外消防泵的必須汽蝕余量，避免出現(xiàn)空轉(zhuǎn)和汽蝕等現(xiàn)象。

2) 對外消防泵的吸入管路應盡量短和直。吸入管路內(nèi)的最大設計水速一般不超過2m/s。海底門格柵的凈流通面積通常要大于海水閥入口面積2～3倍?！捌窒惶枴毕来瑢ν庀辣梦牍芡ㄟ^增大異徑和斜切45°等方式增大吸入口面積，盡可能地降低進口流速。此外，該吸入管斜切口應朝向水流較大的方向。

3) 設計對外消防泵與其進口閥啟動連鎖。對外消防泵啟動之前，應確保其進口閥處于開啟狀態(tài)，使整個對外消防泵充滿水，防止其空轉(zhuǎn)，燒壞其密封，使整個對外消防泵癱瘓。

4) 應在對外消防泵的出口閥處設置較小管徑的旁通管路，防止主消防管路水流突然增大破壞管路和消防炮。當對外消防泵在主機怠速的情況下與主機合排時，首先應打開旁通閥，關閉出口閥，使整個對外消防系統(tǒng)管路逐漸充滿水，在消防炮處有水出來之后再打開對外消防泵出口閥，關閉旁通閥，提高主機的轉(zhuǎn)速，使主機和對外消防泵全負荷運行。

5) 在對外消防泵處接固定泄放管路。在對外消防結(jié)束之后，需關閉對外消防泵的出口閥，打開旁通閥和舷側(cè)閥，防止主消防管路內(nèi)巨大的水流在重力的作用下沖擊對外消防泵的葉輪。打開對外消防泵的泄放閥，泄放掉管路和對外消防泵內(nèi)的海水，防止其長期浸泡在海水中，加速腐蝕。

6) 嚴格計算船舶的穩(wěn)性。一門流量為3600m3/h、射程為245m的消防炮，其后坐力達到64.8kN，消防炮所在位置的結(jié)構(gòu)和管路應作特別加強。對外消防滅火作業(yè)的穩(wěn)性核算計及所有參與對外消防滅火作業(yè)的消防炮以最大的排量向?qū)Υ白畈焕姆较驀娚鋾r所產(chǎn)生的最大橫傾力和力矩[3]。

7) 船舶需配置一定功率的主推進系統(tǒng)和側(cè)推器，以便克服各消防炮的后坐力，使消防船在開展滅火作業(yè)時保持自身位置基本不變。若有其他措施能確保船舶在開展滅火作業(yè)時保持自身位置基本不變，則可不配置側(cè)推器。

3 對外泡沫滅火系統(tǒng)

3.1 對外泡沫滅火系統(tǒng)的功能

泡沫濃縮液與海水在泡沫比例混合器中按一定的比例混合形成泡沫劑，起到增大消防介質(zhì)與火源的接觸面積、隔絕空氣和降低溫度的作用，從而達到滅火的目的，主要用于B類和C類火災，即由一些液體或氣體引起的火災，如柴油、原油、瀝青、甲醇和天然氣等[1]。

目前船上使用的泡沫劑通常為空氣泡沫劑，主要有水成膜泡沫、氟蛋白泡沫和普通蛋白類泡沫等3種，其中：普通蛋白類泡沫滅火劑具有良好的耐火性，缺點是易受油品的污染；氟蛋白泡沫滅火劑具有很好的流動性，即使受到油品的污染也不會輕易消泡，但價格比普通蛋白類泡沫滅火劑高很多；水成膜泡沫滅火劑是指能在烴類液體表面形成水膜的泡沫滅火劑[4]，是目前船上應用較普遍的滅火劑，除了具有耐熱、耐火和耐油等優(yōu)點以外，還能在燃燒表面形成一層水膜，與泡沫層一起覆蓋在燃燒物表面。此外，水膜高溫汽化能降低周邊的溫度，并稀釋燃燒液體表面的含氧量，具有效率高、速度快和防復燃性能好等優(yōu)點。

泡沫可按發(fā)泡倍數(shù)分為低倍泡沫、中倍泡沫和高倍泡沫等3種。發(fā)泡倍數(shù)是指泡沫體積與構(gòu)成該泡沫的泡沫溶液的體積的比值。低倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般小于20倍，最為普遍；中倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般為21～200倍，可用于撲滅海面上的流淌火；高倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般大于201倍，通常應用于便攜式消防設備中[5]?！捌窒惶枴毕来吓渲糜械捅杜菽?、中倍和高倍泡沫滅火系統(tǒng)。

3.2 對外泡沫滅火系統(tǒng)的組成

對外泡沫滅火系統(tǒng)通常與對外水消防系統(tǒng)共用管路和消防炮，由對外消防泵提供水源?！捌窒惶枴毕来?0門消防炮既能噴水，又能噴射泡沫。對外泡沫滅火系統(tǒng)主要由泡沫輸送泵、泡沫循環(huán)泵、泡沫比例混合器、泡沫炮、相應的閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

3.3 對外泡沫滅火系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點

對外泡沫滅火系統(tǒng)的應用通常分為2部分：一部分為泡沫濃縮液的注入、排出、透氣和清洗；另一部分為對外噴射與海水混合的泡沫液。該系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點如下：

1) 泡沫濃縮液具有腐蝕性，因此泡沫液管、泡沫艙、穿過泡沫艙的管子和管路上的閥附件均應選擇防腐型的材料，通常選擇不銹鋼材質(zhì)或在外側(cè)做防腐涂層。另外，應設置清洗管路和低位泄放管路，在完成滅火作業(yè)之后，及時泄放和清洗，防止腐蝕。

2) 在計算泡沫管路阻力和選擇管徑時，先明確該船即將使用的泡沫液種類，選擇不同的泡沫液會有不同的黏度，對應選擇的泡沫泵和泡沫管管徑有所不同。

3) 泡沫艙的透氣裝置推薦使用真空壓力閥，泡沫濃縮液通常要求密封保存，長期暴露在大氣中會使其變質(zhì)，從而影響滅火效果。另外，從價格的角度考慮，越好的泡沫濃縮液越貴，應根據(jù)廠家的要求妥善保存。即使不使用PV閥，而是用常規(guī)的空氣管頭，在不使用泡沫液時，建議用盲板將空氣管封死，當需要使用時及時打開。

4) 為獲得更好的濃縮泡沫液與海水的混合液，泡沫比例混合器進口處應有長度大于等于5倍管徑的直管段，出口處應有長度大于等于3倍管徑的直管段。不同泡沫比例混合器廠家對這些數(shù)據(jù)的要求會稍有不同。

5) 消防炮前面的閥與消防炮的最小距離必須大于1倍閥的通徑，且泡沫炮前至少有1m的直管段，防止紊流影響消防炮的射程。

4 對外干粉滅火系統(tǒng)

4.1 對外干粉系統(tǒng)的功能

對外干粉滅火系統(tǒng)（見圖3）的工作原理與噴射泵類似，即以氮氣瓶內(nèi)儲存的高壓氮氣作為動力，將干粉罐內(nèi)的干粉帶出干粉炮。干粉滅火系統(tǒng)普遍用于撲滅B類、C類、D類和E類火災，作用廣泛。不同于水或泡沫，干粉通?？捎糜趽錅珉娖髟O備引起的火災，同時不像CO2有導致人員窒息的危險，因此干粉滅火有其獨特的應用價值。

圖3 對外干粉滅火系統(tǒng)

4.2 對外干粉滅火系統(tǒng)的組成

對外干粉滅火系統(tǒng)通常由干粉廠家打包供應，船廠負責安裝和外接管路。一套完整的對外干粉滅火系統(tǒng)通常由干粉罐、一定數(shù)量的氮氣瓶、減壓閥、干粉炮、干粉軟管及卷盤、手持干粉槍、相應的閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

“浦消一號”消防船的對外干粉滅火系統(tǒng)由1個2000kg的干粉罐、9個68L的氮氣瓶組、1個噴射率為30kg/s且射程不小于32m的干粉炮、2套噴射率為5kg/s且射程不小于12m的干粉槍及卷盤、其他閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

4.3 對外干粉滅火系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點

對外干粉滅火系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，其設計包括“干粉系統(tǒng)管路原理圖”和“干粉房間布置圖”。該系統(tǒng)相比其他系統(tǒng)較為簡單，其設計要點和創(chuàng)新點如下：

1) 手動就地啟動。當發(fā)生火災時，按下就地啟動按鈕啟動系統(tǒng)，打開高壓氣瓶（即氮氣瓶）瓶頭閥，待罐內(nèi)粉氣混合物的壓力達到一定數(shù)值之后，自動開啟出口球閥，釋放干粉滅火劑。

2) 手動應急操作。當手動就地啟動失敗時，轉(zhuǎn)動啟動裝置上的緊急手輪，手動打開儲氣瓶瓶頭閥和高壓氣瓶瓶頭閥，待罐內(nèi)粉氣混合物的壓力達到一定數(shù)值之后，手動打開出口球閥，釋放干粉滅火劑。

3) 每次使用之后都要手動開啟沖洗瓶頭閥，手動開啟需沖洗管路的相應球閥、干粉炮和干粉槍管路進行管路沖洗。

4) “浦消一號”消防船的干粉炮通過卡套固定布置在最高處的消防炮上，通過控制消防炮的水平橫移和俯仰角調(diào)整干粉炮的噴射角度，以便發(fā)揮消防炮的作用。

5 對外CO2滅火系統(tǒng)

5.1 對外CO2滅火系統(tǒng)的功能

對外CO2滅火系統(tǒng)通過釋放CO2降低空氣中的氧氣含量，從而達到滅火的目的，普遍用于撲滅B類、C類、D類和E類火災。由于CO2操作不當有可能對人員造成窒息的危險，因此通常在密閉處所確保無人之后再釋放。對外CO2滅火系統(tǒng)相對于對外干粉滅火系統(tǒng)，能確保不對精密儀器設備本身造成傷害和污染，因此使用較多。

5.2 對外CO2滅火系統(tǒng)的組成

對外CO2滅火系統(tǒng)通常由設備廠家打包供應，船廠負責安裝和外接管路。一套完整的CO2滅火系統(tǒng)由CO2氣瓶組、氣動釋放閥、手動釋放閥、遙控施放站、背壓閥、信號叫笛、CO2施放軟管及噴槍、相應的控制閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

5.3 對外CO2滅火系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點

對外CO2滅火系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，其設計包含“CO2站室布置圖”“CO2管路系統(tǒng)原理圖”和“CO2滅火計算書”，這3份圖紙要求送審船級社認可。對外CO2滅火系統(tǒng)的設計要點和創(chuàng)新點如下：

1) CO2釋放建議在較為封閉的無人處所進行，若要在開敞處所釋放，由于CO2比空氣重，建議站在上風向。若條件允許，最好穿戴消防員裝備，帶好消防氧氣瓶進入滅火區(qū)域。

2) “浦消一號”消防船的對外CO2滅火系統(tǒng)的各高壓鋼瓶內(nèi)共儲存有1.5t CO2，4只CO2噴槍能在1.5min內(nèi)將1.5t CO2全部釋放，另配有50m高壓軟管1根，盤車機1個，可將消防船上的CO2高壓軟管拉至難船的機艙內(nèi)滅火。

6 結(jié) 語

本文所述4類消防滅火系統(tǒng)是目前主要采用的滅火系統(tǒng)，各系統(tǒng)的獨立陸基應用已較為成熟?！捌窒惶枴毕来菍⑦@4種滅火系統(tǒng)集成裝船使用的大型多用途消防船，在對這些系統(tǒng)進行裝船設計過程中，需根據(jù)船舶的特性做合理的設計調(diào)整，以保證各系統(tǒng)裝船之后正常運行。此外，“浦消一號”消防船的順利交付說明消防船的大型化、功能多樣化和集中化已成為可能，乃至已成為趨勢，可供同類船型的設計和建造借鑒，為后續(xù)沿海設施的消防提供了新思路。