貨滾船滾裝處所水霧系統(tǒng)的選型和應(yīng)用

王振宇，張馮君

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210000）

0 引言

金陵船廠為澳大利亞船東建造的貨物滾裝船，掛澳大利亞旗，入級英國勞氏船級社，用于澳洲幾個(gè)海島之間的定點(diǎn)航線，設(shè)計(jì)最低環(huán)境溫度為?10 ℃。該船共4層甲板可裝貨，甲板1/2/3為封閉滾裝處所，甲板4為露天甲板，甲板4局部的上方被居住甲板甲板5覆蓋，屬于露天滾裝處所。全船可裝載小轎車、裝運(yùn)集裝箱的拖車等滾裝貨物。按照船東要求，本船選用 UNITOR公司設(shè)計(jì)的XFLOW系統(tǒng)，最大水壓為1.6 MPa，屬于低壓水霧，用于全船滾裝處所的保護(hù)。

1 滾裝處所水霧型式基本定義

MSC.1/Circular.1430將水霧系統(tǒng)定義為2種：

1）性能試驗(yàn)型（Performance）：系統(tǒng)應(yīng)在特定的噴嘴和布置情況下，做滅火試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果決定設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。

2）規(guī)則定義型（Prescriptive）：是指根據(jù)規(guī)則要求的參數(shù)，如最小釋放水量、最大噴嘴間距等設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

目前市場上主流的高壓水霧系統(tǒng)均為性能試驗(yàn)型，而本船使用的XFLOW系統(tǒng)，屬于規(guī)則定義型。

2 水霧系統(tǒng)種類

水霧系統(tǒng)可分為：

1）暴雨式噴淋系統(tǒng)

噴嘴不帶感溫包（開式噴嘴），管子通過噴嘴與周圍相通，里面壓力即是大氣壓。系統(tǒng)可通過手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行釋放。

2）濕管式噴淋系統(tǒng)

噴嘴自帶感溫包（閉式噴嘴），管路里充滿水，當(dāng)感溫包破裂后，水會(huì)自動(dòng)流出，觸動(dòng)管路上的流量開關(guān)，進(jìn)而啟動(dòng)水霧泵和釋放閥。

3）干管式噴淋系統(tǒng)

噴嘴自帶感溫包（閉式噴嘴），管路里充滿干空氣或氮?dú)?，在感溫包破裂后，氣體流出，觸動(dòng)管路上的流量開關(guān)，進(jìn)而啟動(dòng)水霧泵和釋放閥。

4）預(yù)激發(fā)式噴淋系統(tǒng)

噴嘴自帶感溫包，也可以是開式噴嘴不帶感溫包。專門的火警探測系統(tǒng)布置在被保護(hù)區(qū)域作為補(bǔ)充。當(dāng)探頭探測到火警時(shí)，自動(dòng)打開釋放閥，水流向噴嘴。帶感溫包的噴嘴在達(dá)到一定溫度時(shí)，感溫包熔化，噴嘴出水；開式噴嘴則直接出水。

3 滾裝處所水霧設(shè)計(jì)選型

滾裝處所水霧設(shè)計(jì)選型有以下幾個(gè)步驟及注意點(diǎn)。

1）明確滾裝處所的類別

滾裝處所分為3類：

（1）開式滾裝處所。貨艙的兩端或一端為敞開式，或存在露天甲板的區(qū)域。

（2）封閉滾裝處所。航行時(shí)貨艙處于封閉狀態(tài)。、

（3）特殊區(qū)域。車輛能夠到達(dá)的區(qū)域，或者人員能夠到達(dá)的區(qū)域。

2）查詢并明確各類噴淋系統(tǒng)適用范圍

根據(jù) 2012年 5月通過的 IMO MSC.1/Circular.1430通函，對貨物滾裝船上滾裝處所的水霧的要求如表1所示。

表1 滾裝處所水霧型式

3）查詢并明確 SC.1/Circular.1430最小釋放水量的規(guī)定

MSC.1/Circular.1430中規(guī)定了最小釋放水量，見表2。

表2 最小釋放水量

對于滾裝處所存在非水密的中間甲板或活動(dòng)甲板，無論何種型式的系統(tǒng)，其最小覆蓋范圍都應(yīng)在表2的基礎(chǔ)上再乘以2倍。如本船甲板2非水密的中間甲板，此處最小覆蓋范圍應(yīng)為甲板 2上方（甲板3倒掛）280 m范圍內(nèi)+甲板2下方280 m范圍。

4）確定本船滾裝區(qū)域的尺寸

滾裝區(qū)域的尺寸見表3。

表3 滾裝區(qū)域的尺寸

5）水量對比

水量對比可用式（1）計(jì)算。

式中：

Z

為2種水量之比；

Q

為某一層高范圍內(nèi)濕管式噴淋系統(tǒng)最小水量，mm/min；

F

為某一層高范圍內(nèi)濕管式噴淋系統(tǒng)最小覆蓋范圍，m；

Q

為某一層高范圍內(nèi)（暴雨式、干管式或預(yù)激發(fā)式）3種噴淋系統(tǒng)最小水量之一，mm/min；

F

為某一層高范圍內(nèi)（暴雨式、干管式或預(yù)激發(fā)式）3種噴淋系統(tǒng)最小覆蓋范圍之一，m。以濕管式與干管式在甲板2的水量對比（

Z

）為例。根據(jù)表3，查出對應(yīng)區(qū)域?qū)痈邽?.5 m～6.5 m，根據(jù)式（1）和表2，得：

Q

=15 mm/min，

F

=280 m，

Q

=15 mm/min，

F

=365 m，故

Z

=77%。以濕管式與暴雨式在甲板3的水量對比（

Z

）為例，根據(jù)表3，查出對應(yīng)區(qū)域?qū)痈咴?.5 m～9 m之間，被保護(hù)區(qū)域的全寬

B

=28 m，根據(jù)式（1）和表2，得：

Q

=20 mm/min，

F

=280 m；

Q

=15 mm/min，

F

=1 120 m。故

Z

=33%。

6）與干散貨船相比，滾裝船空船重量較大，重心較高，且滾裝類貨物分層裝載，滿載后，每層貨艙均有一定的虧艙空間，會(huì)導(dǎo)致船舶整體的重心偏高。一旦消防水在滾裝貨艙內(nèi)大量積聚會(huì)在很大程度上削弱滾裝船的穩(wěn)性，也會(huì)加劇船舶的橫傾和縱傾。多年來，先后發(fā)生過數(shù)次消防水量自由液面對船舶產(chǎn)生重大影響的事故，因此在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，選擇所需水量最小的系統(tǒng)。

7）該船建造規(guī)格書明確最低環(huán)境溫度為?10 ℃，由于貨艙通風(fēng)緣故，滾裝封閉處所理論溫度等同于外界環(huán)境溫度。當(dāng)環(huán)境溫度為?10 ℃時(shí)，在濕管式中注入乙二醇防凍液，可有效防止冰凍。

基于以上步驟和注意點(diǎn)，最終在屬于封閉滾裝區(qū)域的甲板 1/2/3選用濕管閉式噴嘴，屬于露天區(qū)域的甲板4選用暴雨干式噴嘴。濕管式和暴雨式噴嘴系統(tǒng)共用1套泵站。

4 滾裝處所水霧系統(tǒng)應(yīng)用注意事項(xiàng)

1）對于濕式噴嘴感溫包溫度，需要根據(jù)表4要求選用，不能混用。

表4 不同層高溫包范圍

2）水霧噴嘴的布置要求

水霧廠家會(huì)根據(jù)總布置圖，提供第1版水霧布置圖。隨后船廠設(shè)計(jì)部門應(yīng)在船體結(jié)構(gòu)圖出來后，在廠家圖紙基礎(chǔ)上調(diào)整布置噴嘴。后續(xù)電纜托架、管系都應(yīng)不會(huì)對水霧進(jìn)行干涉。必要時(shí)，需要增加噴嘴數(shù)量，以彌補(bǔ)被電纜和管系干涉導(dǎo)致的覆蓋損失。

3）大梁的影響

滾裝船由于每層甲板都會(huì)承載裝滿貨物的車輛，甲板反面每隔一定距離會(huì)布置大量的T型大梁作為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

MSC.1430要求：如果大梁高度小于600 mm，噴嘴可與大梁平齊，或比大梁下沿還高；如果大梁高于600 mm，則噴嘴最多只能布置在距離上層甲板600 mm高度處。

由于近年來滾裝船甲板承受載荷越來越大，相應(yīng)的大梁結(jié)構(gòu)也越來越強(qiáng)。目前IMO已出臺(tái)新的解釋，對于開式噴嘴，可以不用考慮上述600 mm高度的限制，但濕式噴嘴仍適用。因此還需要核查噴嘴的噴射角度是否會(huì)與大梁干涉。本船選用的噴嘴角度，在600 mm高度范圍的限制下，出水時(shí)沒有被大梁干涉。

4）噴嘴間距

通過船級社認(rèn)證的噴嘴，一般在船檢證書上標(biāo)有噴嘴之間最大距離的要求、噴嘴距最近艙壁的最大距離要求等，布置時(shí)需要進(jìn)行校核。

5）特殊區(qū)域的噴嘴布置

如連接滾裝區(qū)域每層甲板坡道下方、滾裝區(qū)域兩側(cè)專門供人員通行的通道等。只要這些區(qū)域與貨艙相通，就必須要布置噴嘴進(jìn)行保護(hù)。

6）水霧泵站

泵站布置位置應(yīng)位于被保護(hù)的滾裝區(qū)域外，本船水霧泵站位于機(jī)艙內(nèi)。

應(yīng)有備用泵?？梢允褂?用1備，也可以是3臺(tái)，每臺(tái)50%。本船由于泵站位置正好處于滾裝坡道下方的機(jī)艙區(qū)域，層高有限。本船選擇了3臺(tái)50%，降低單泵的排量，減少泵的尺寸。

7）電氣防護(hù)

系統(tǒng)電氣組件如控制箱等，無論布置在哪里，IP 54是其最低要求。

5 實(shí)船系統(tǒng)簡介

全船共分6個(gè)大區(qū)保護(hù)。每個(gè)大區(qū)配有獨(dú)立的遙控分區(qū)閥。1區(qū)～5區(qū)屬于封閉滾裝區(qū)域，全部使用濕式封閉噴嘴；6區(qū)是露天區(qū)域，使用開式噴嘴。

在1區(qū)～5區(qū)的每個(gè)區(qū)中，由于甲板2屬于非水密的中間甲板，此處保護(hù)區(qū)域需要考慮位于甲板2的上方（2區(qū)）和下方（1區(qū)首部）共560 m的范圍，因此此處是整個(gè)封閉滾裝處所水量最大的區(qū)域。同時(shí)由于此處水一旦釋放，必須依靠艙底水系統(tǒng)排出，故計(jì)算的理論水量還要作為艙底水系統(tǒng)管路尺寸的依據(jù)。

上述水量最后需要與6區(qū)（甲板4）比較，取大者作為泵站和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，本船是6區(qū)（甲板4）水量較大。

圖1為本船滾裝處所水霧系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)初次使用時(shí)，1區(qū)～5區(qū)管路中要先充滿淡水和防凍液的混合液，直到每區(qū)透氣閥10冒出液體為止。系統(tǒng)處于正常備用時(shí)，1區(qū)～5區(qū)分區(qū)閥12處于打開位置，泵站中的微型保壓泵4根據(jù)系統(tǒng)壓力反饋，隨時(shí)從淡水艙補(bǔ)水加入系統(tǒng)；而6區(qū)的分區(qū)遙控閥11則關(guān)閉。如果封閉滾裝處所內(nèi)局部噴嘴感受溫度而破裂，管內(nèi)水流出，對應(yīng)分區(qū)的流量開關(guān)觸發(fā)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)2臺(tái)主泵1和2，從舷側(cè)吸入海水；如果系統(tǒng)壓力未達(dá)到設(shè)定值，備用泵3自動(dòng)啟動(dòng)；如果露天滾裝處所（6區(qū)）發(fā)現(xiàn)火警，則可通過就地按鈕，人工啟動(dòng)水泵1和2以及分區(qū)閥11，向6區(qū)釋放水霧。

圖1 滾裝處所水霧系統(tǒng)原理圖

6 滾裝船水霧系統(tǒng)對船舶排水設(shè)計(jì)的影響

為了避免船舶滅火時(shí)噴射出的大量水霧形成的積水對船舶穩(wěn)性造成影響，滾裝車輛處所內(nèi)應(yīng)布置良好的排水設(shè)施，在排水設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意以下幾個(gè)方面：

1）艙底水系統(tǒng)（適用于水線以下滾裝處所的排水）

艙底水系統(tǒng)要確保至少布置4個(gè)污水井，且前后均有。每個(gè)污水井容量至少0.15 m，且越大越好。

2）艙底水泵的排量

式中：

Q

為所在區(qū)域水霧釋放水量+適當(dāng)數(shù)量消防栓水量。消防栓股數(shù)根據(jù)所裝貨品分別為2股或4股，本船裝危險(xiǎn)品，故選4股。

艙底水管管內(nèi)流速不允許超過2 m/s。

艙底水管截面積需要滿足下水條件：（1）主管為

A

≥0.625

Q

；（2）支管為

A

≥0.625

Q

/

J

。

Q

為所在區(qū)域水霧釋放水量+4股消防栓水量，m/s；

J

為該區(qū)域艙底水管支管數(shù)量，也就是對應(yīng)污水井的數(shù)量。

本船的1區(qū)～3區(qū)均用艙底水系統(tǒng)進(jìn)行排水。

2）疏排水系統(tǒng)（適用于水線以上滾裝處所的排水）

甲板上每側(cè)至少要有4個(gè)排水口均布，每根排水管直徑至少125 mm，每側(cè)排水管總截面積按式（3）計(jì)算。

式中：

Q

為所在區(qū)域水霧釋放水量+4股消防栓水量，m/s；

h

為落水口到出舷口的高度差，m；Σ

h

為落水口管路的沿程阻力損失，m。

本船的4區(qū)～6區(qū)均用疏排水系統(tǒng)進(jìn)行排水，水經(jīng)排水口靠重力排到舷外。

3）保護(hù)罩

無論是艙底水污水井還是落水口，均應(yīng)該布置保護(hù)罩，主要是防止水霧釋放時(shí)直接進(jìn)入污水井或落水口。

保護(hù)罩需要滿足的條件包括：（1）鋼絲網(wǎng)保護(hù)，鋼絲網(wǎng)孔不應(yīng)該超過25 mm；（2）保護(hù)罩需要鋼絲網(wǎng)制作，鋼絲網(wǎng)總的流通面積至少為6倍于落水口或污水井開孔大小。（3）保護(hù)罩處需要做醒目標(biāo)志“Drain opening – do not cover or obstruct”，字高至少50 mm。

7 結(jié)論

根據(jù)規(guī)范要求，通過對貨物滾裝船水霧消防系統(tǒng)進(jìn)行選型分析，介紹水霧實(shí)船布置以及對相關(guān)艙底水系統(tǒng)和疏排水系統(tǒng)的影響，指出各個(gè)部分的注意事項(xiàng)，為滾裝船水霧消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。