某半潛運輸船油漆間水噴淋系統(tǒng)噴嘴的選取及布置

劉雅斐　金俊闊

摘? ? 要：油漆間水噴淋系統(tǒng)噴嘴的選取及布置不僅關(guān)系到貨物的安全，同時也關(guān)系到人員和航行安全等諸多方面。本文以某半潛運輸船油漆間為例，闡述了油漆間水噴淋系統(tǒng)噴嘴的選取和布置要點，結(jié)合國際海上人命安全公約（SOLAS）及相關(guān)規(guī)范的最新要求，量化了水噴淋管路、噴嘴數(shù)量、噴嘴位置等的具體設(shè)計，提出了在水噴淋系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮和容易被忽略的問題，探討和總結(jié)了水噴淋系統(tǒng)的相關(guān)優(yōu)化方案，為同類型船舶油漆間水噴淋系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：油漆間;水噴淋系統(tǒng)設(shè)計;《國際海上人命安全公約》;噴嘴選取及布置;優(yōu)化方案

中圖分類號：U664.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Selection and Layout of Nozzle for Water Spray System

in Paint Store of A Semi-submersible Vessel

LIU Yafei， JIN Junkuo

（ CIMC Ocean Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 201103 ）

Abstract： The selection and layout of nozzles in paint store is not only related to the safety of cargo， but also to the safety of personnel and navigation etc. Taking the paint store of a semi-submersible vessel as an example， this paper mainly describes the design idea and layout point of nozzles in paint store. Combined with the latest requirements of the Convention on the safety of life at sea （SOLAS）， the water spray pipeline， number of nozzles and the position of nozzles are specifically designed， the problems that need to be considered and easily ignored in the design of water spray system are put forward， and the related optimization scheme of water sprinkler system is discussed and summarized.

Key words： Paint store; Design of water spray system; SOLAS; Nozzle selection and layout; Matters needing attention; Optimization scheme

1? ? ?前言

船舶火災(zāi)是對船舶本體和船上人員生命安全最致命的威脅，提高船舶自身的抗災(zāi)能力，在容易失火的油漆間區(qū)域設(shè)置合理的消防滅火措施是非常必要的。隨著船舶工業(yè)的不斷發(fā)展，人類發(fā)明了各種行之有效又經(jīng)濟環(huán)保的滅火方式，主要有：水滅火系統(tǒng)、CO2滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、惰性氣體等。水滅火系統(tǒng)作為人類文明史上最原始的滅火方式，隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展以及科研人員不斷的研究和開發(fā)，使得水滅火系統(tǒng)的用水量更小、水覆蓋面積更大、撲滅更有效。

2? ? 油漆間水噴淋滅火系統(tǒng)

2.1? ?水噴淋滅火的原理

水噴淋系統(tǒng)的滅火原理較為簡單，它是通過大直徑水滴穿透火焰羽流進而濕潤整個材料表面，直接利用冷卻效應(yīng)來抑制、撲滅火災(zāi)。

為了減少火災(zāi)對船舶本體、船員和乘客、船上貨物和環(huán)境產(chǎn)生危險，水滅火系統(tǒng)應(yīng)運而生。水滅火系統(tǒng)根據(jù)《國際海上人命安全公約（SOLAS）》的要求，廣泛運用于船舶起居處所、貨艙、機艙、油漆間等區(qū)域的滅火。固定式水噴淋系統(tǒng)，就是其中一種行之有效的水滅火系統(tǒng)，它能快速抑制火災(zāi)，在火源處撲滅火災(zāi)。

2.2? ?油漆間水噴淋滅火系統(tǒng)

油漆間作為儲存易燃液體的處所，根據(jù)《國際海上人命安全公約（SOLAS）》和《消防安全系統(tǒng)規(guī)則》的要求，面積≥4m 2的油漆間應(yīng)設(shè)置有效的固定式滅火系統(tǒng)。常用于油漆間的固定式滅火系統(tǒng)，主要有以下三種：

（1）二氧化碳系統(tǒng);

（2）干粉系統(tǒng);

（3）水霧及噴水器系統(tǒng)。

對于面積<4 m2的油漆間，SOLAS規(guī)定可以用手提式的二氧化碳滅火器或者用消防水管接注水口或水帶接頭來替代固定式滅火系統(tǒng)。但由于船上油漆工作的需要，大型船舶的油漆間面積都≥4 m2，此類船舶上油漆間通常設(shè)置有固定式水滅火系統(tǒng)。在油漆間內(nèi)設(shè)有噴放水介質(zhì)管路和附件，使船員無需進入該受保護處所就能實現(xiàn)滅火，這種方式是目前最常用也是最經(jīng)濟的滅火措施。

本文以某半潛運輸船為例，詳細論述噴嘴的選取及布置。

該船貨艙區(qū)域長160.2 m、寬40.0 m，主要用于運輸豪華游輪、內(nèi)河巡航船、拖輪、工作船或一些浮式裝置。該船上建共四層，主要設(shè)置船員房間、船員活動處所、應(yīng)急發(fā)電機室、電氣設(shè)備間等。油漆間位于上建的第三層，毗鄰應(yīng)急發(fā)電機室和船員活動處所。

油漆間面積約為10.57 m2，內(nèi)部布置了儲存油漆貨架及調(diào)制油漆工作臺?；诎踩紤]及規(guī)范要求，油漆間內(nèi)布置了一套固定式水滅火系統(tǒng)，水源來自艙室外同層甲板的消防管路;艙室頂部甲板以下布置水管及噴嘴，噴嘴的布置高度除了考慮頂部甲板的限高，還考慮了由于貨架等高度遮擋對水噴嘴的覆蓋面積帶來的影響。

3? ? ?噴嘴類型的選取及布置

3.1? 噴嘴的類型

噴嘴是水噴淋系統(tǒng)中的一個重要組件，它與供水管及控制閥、火災(zāi)報警裝置共同組成了水噴淋滅火系統(tǒng)。噴嘴在一定的水壓作用下，將水流分解為水滴噴出，成霧狀擴散覆蓋，大大提高了滅火效率。

噴嘴的形式主要分為：下垂型、直立型、普通型及邊墻型等。由于船上的危險等級高、布置又相對簡單，下垂型和直立型是船用噴嘴的首選。

（1）下垂式噴嘴：垂直安裝于供水管路上，以拋物線狀灑水，能將總水量的80%～100%噴向地，如圖1? a）所示;

（2）直立型噴嘴：直立安裝于供水管路上，也以拋物線狀灑水，與下垂式不同處在于它除了能將總水量的80%～100%噴向地面，還能夠兼顧到吊頂，將部分水噴灑到天花板，如圖1? b）所示。

用于所有鋼制海船中面積≥4 m2的油漆間。國內(nèi)生產(chǎn)的噴嘴基本上都是采用船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T3813-1998，且能提供CCS的形式認可證書，如表1所列。

表1? 船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CB/T3813-1998）通用噴嘴參數(shù)

國外生產(chǎn)噴嘴的廠家，主要有Minmax、tyco等。國內(nèi)外噴嘴相同口徑的流量特性系數(shù)K值的差距不大，但國外廠家能做出公稱口徑更小、更適合小面積場所需求的噴嘴。

從理論上來說，噴嘴的直徑越大，則噴嘴的流量特性系數(shù)和覆蓋的面積也越大。但并不是噴嘴直徑越大就越好，考慮到油漆間等被保護艙室的特殊性，小口徑高流量的噴嘴更適用于油漆間。

3.2? ?噴嘴的數(shù)量

（1）計算依據(jù)

根據(jù)SOLAS規(guī)范要求：水霧或噴水器系統(tǒng)設(shè)計供水能力為5 l/m2 min，水霧系統(tǒng)可連接在船舶消防總管上。

噴嘴的數(shù)量：

N≥Q/a

式中：Q為供水流量，Q=R*A;

a為噴嘴的流量，a=K*? ? ? ? ;

R為平均供水速率;

A為油漆間面積;

K為噴嘴流量特性系數(shù);

P為供水壓力。

噴嘴的出水量與其工作壓力及流量特性系數(shù)有關(guān)，如圖2和圖3所示。

（2）供水流量計算

本船選用國外某廠家的噴嘴型式為下垂式產(chǎn)品：

工作壓力P=0.5 bar;噴嘴內(nèi)徑φd=5.4 mm，噴嘴流量特性系數(shù)K=14。

可得消防水流量為：

消防水流速：Q=R*A=52.85l m3/min

（3）噴嘴數(shù)量計算

本船消防泵壓力為12 bar，油漆間所在甲板室外消防栓口的水壓約為8.5 bar，a=40.8l m3/min，可得油漆間要求的噴嘴數(shù)量為：N=Q/a=1.295個噴嘴數(shù)量為2個。其理論布置圖及噴嘴覆蓋曲線，如圖4、圖5所示。

4? ? 噴嘴的布置優(yōu)化

4.1? ?影響噴嘴布置的因素

一般情況下噴嘴應(yīng)布置在艙室頂部甲板的下方，這樣易于接觸到火災(zāi)熱氣流并有利于均勻噴水。當(dāng)噴嘴附近有障礙物時，應(yīng)考慮增加噴嘴數(shù)量。

影響噴嘴布置的因素主要有：被保護艙室的面積、層高、障礙物的高度、噴嘴的形式、噴射角等。怎樣更好的進行布置、更合理的利用角度，使其既滿足規(guī)范要求達到好的滅火效果，又能適當(dāng)?shù)墓?jié)約生產(chǎn)成本，這是我們不斷追求的目標(biāo)。在具體布置時需注意以下幾點：

（1）油漆間層高和艙室頂部甲板的限制

本船油漆間層高為3 100 mm，水噴淋管及噴嘴布置在艙室頂部甲板以下，高于底甲板至少2 300 mm。由于層高的限制，使噴嘴布置的高度受限，輻射的半徑也將受限，具體輻射半徑需查詢下垂式噴嘴安裝曲線圖。

（2）貨架高度的限制

油漆間內(nèi)貨架最高一層擱板高大于1 600 mm。噴嘴的布置不僅要考慮貨架高度，也要考慮最高一層擱架板的高度，這些都會影響噴嘴實際輻射半徑。

（3）水噴淋管路線上風(fēng)管等阻礙

每個油漆間內(nèi)都會設(shè)置風(fēng)管，水噴淋管的布置會受其阻擋。噴淋管的布置需要避開風(fēng)管、電纜支架等，以免引起噴嘴布置高度下降，減少噴嘴的實際輻射半徑。

4.2? ?噴嘴的布置

本船采用下垂型噴嘴，安裝在供水管路上。噴嘴灑水的形狀為拋物線狀。

管路從房間右側(cè)艙壁進入房間，避開結(jié)構(gòu)風(fēng)道。管路布置時應(yīng)保持一定的斜度（通常取3.5：100），以保證連接軟管斷開時管路中的存水能通過斜度將水流向噴嘴或快速接頭處實現(xiàn)自動泄放。

如圖6所示：由于房間的實際布置限制，噴嘴在不同高度的有效覆蓋面積不同。本船油漆間層高H=3100 mm，貨架高度h=1 600 mm。

（1）噴嘴1

距艙頂甲板620 mm;

水噴淋主管路左右兩側(cè)均受風(fēng)管、電纜管、貨架高度限制;

噴嘴噴射高度880 mm;

噴嘴輻射半徑1 180 mm。

（2）噴嘴2

距艙頂甲板470? mm;

水噴淋主管路左側(cè)受貨架高度限制;

水噴淋主管路右側(cè)無限制;

噴嘴噴射高度1 030 mm;

噴嘴輻射半徑1 330 mm。

（3）噴嘴3

距艙頂甲板457 mm;

水噴淋主管路左側(cè)受貨架高度限制;

水噴淋主管路右側(cè)無限制;

噴嘴噴射高度1 043 mm;

噴嘴輻射半徑1 343 mm;

根據(jù)上述噴嘴布置情況，本船噴嘴噴射高度為：

H=3 100-457=2 643 mm;

噴嘴輻射半徑為：

r≤2 500 mm;

根據(jù)房間的實際情況，本船需要布置3個噴嘴才能將整個油漆間區(qū)域完全覆蓋。

實際噴嘴布置圖，見圖7所示。

5? ? ?結(jié)論

隨著船舶的復(fù)雜化、多用途化，噴嘴的布置方案需要不斷的完善。通過不斷的摸索和總結(jié)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的改進、以及科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)的進步，噴嘴的布置方案將不斷優(yōu)化，以更好的滿足船上人身安全、船貨安全、環(huán)境保護和各港口國的法律法規(guī)等各方面的要求。

參考文獻

[1]梁強. 細水滅火系統(tǒng)及霧化噴嘴研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2005.

[2]國際海上人命安全公約（SOLAS）[S]，2016.

[3]鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S]，2018.

[4] 中國船舶工業(yè)總公司，CB/T3813-1998船舶油漆間增設(shè)水霧固定滅火

裝置技術(shù)要求[S].? 1998.