客船塢內(nèi)臨時消防水系統(tǒng)設(shè)計

程紹堅，張繼光，那鐵鎖

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

大型客船具有樓層較高、施工面積寬廣和在船塢內(nèi)施工周期較長等特點。關(guān)鍵在船塢內(nèi)搭建期間，由于舾裝明火操作和內(nèi)裝安裝施工存在交叉作業(yè)，存在眾多火源，具有極高的火災(zāi)風(fēng)險。因大型客船自身配置的消防系統(tǒng)尚未能安裝或調(diào)試完成，所以無法提供有效的消防保護。一旦發(fā)生火災(zāi)，難以在火災(zāi)初期進行撲救，從而延誤建造周期，造成經(jīng)濟重大損失。為此，考慮船舶設(shè)計實用手冊中有關(guān)消防水系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)定，結(jié)合在建大型客船的實際保護需求，對臨時消防水系統(tǒng)形式、消防水來源、消防水泵規(guī)格和管路穩(wěn)壓系統(tǒng)進行計算及設(shè)計，完成適用于保護在建大型客船的一套船塢臨時消防水系統(tǒng)設(shè)計方案。通過對比城市大型高層建筑施工常用的《建設(shè)工程現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于臨時消防給水系統(tǒng)的規(guī)定和《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于穩(wěn)壓泵的規(guī)定，對設(shè)計方案進行驗證。

1 船塢臨時消防水系統(tǒng)的組成

根據(jù)《國際海上人命安全公約》(SOLAS)對水滅火系統(tǒng)裝備和管路布置的要求，該系統(tǒng)應(yīng)由消防泵、管系、閥件、消防水帶、消防水槍、消防栓及國際通岸接頭等組成。但是，《國際海上人命安全公約》(SOLAS)是針對船舶在航行過程中的要求，船舶在航行過程中，消防泵可以從船體海水箱吸入消防所需的海水，并經(jīng)消防總管輸送至船舶各處，未見關(guān)于消防水來源的規(guī)定。大型客船在船塢建造過程中無法獲得所需的消防水源，所以在設(shè)計船塢臨時消防水系統(tǒng)時，還需要考慮消防水的來源，確保所需消防水有長期、固定的儲存處所。因此，船塢臨時消防水系統(tǒng)還應(yīng)包括消防水箱。

2 船塢臨時消防水系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 消防水系統(tǒng)型式的選擇

目前，常用的消防水系統(tǒng)型式主要有干式消防水系統(tǒng)和濕式消防水系統(tǒng),兩種型式各有特點，對比見表1。

表1 消防水系統(tǒng)型式對比表

通過表1對比可以發(fā)現(xiàn)，從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性考慮，在做好保溫措施的情況下，船塢臨時消防水系統(tǒng)選擇濕式消防水系統(tǒng)更為合適。

2.2 消防水箱的容積計算

由于船塢沒有固定的消防水來源，需要考慮設(shè)置滿足消防水量要求的水箱。《船舶設(shè)計實用手冊》中雖然沒有消防水箱的計算標(biāo)準(zhǔn)，但是規(guī)定了最小實時供水水量必須滿足兩股水槍的水量消耗。目前，標(biāo)準(zhǔn)的消防水槍按接口通徑區(qū)分共有50 mm和65 mm兩種，大面積消防多選擇接口通徑為65 mm的消防水槍，兩股水槍總消耗水量為15 L/s，每小時需消耗消防水54 m。所以，通常根據(jù)火災(zāi)發(fā)生一小時的需求，消防水箱容積應(yīng)不小于54 m?？紤]到消防水箱安裝于船塢邊，可以實時從城市消防管網(wǎng)得到補水，所以實際船塢臨時消防系統(tǒng)的消防水箱容積可以適當(dāng)減小。

1)管路補水流量。

(1)

城市消防水管網(wǎng)通徑96 mm，壓力0.2 MPa，流速一般為1.5～2.5 m/s，取低值1.5 m/s計算：得=39.10 m/h。

2)按照兩把65 mm消防水槍計算一小時用水量，=54 m/h。

3)消防水箱艙容。按照1 h使用量，并考慮20%余量。

+=12

(3)

=12-=25.7 m。

所以，船塢臨時消防水系統(tǒng)的消防水箱的容積不得小于25.7 m。

2.3 消防水泵排量及揚程計算

按照船舶設(shè)計實用手冊的要求，任何船舶每一臺消防泵的排量均不得小于25 m/h，以供兩股水槍使用。根據(jù)之前兩股水槍的水量消耗計算得知是54 m/h。所以，船塢臨時消防系統(tǒng)的消防泵排量不得小于54 m/h，考慮到設(shè)備的設(shè)計冗余，故應(yīng)安裝兩臺消防水泵，其中一臺作為備用消防水泵。

另外，消防泵揚程應(yīng)保證最高處和最遠處消防栓出口壓力的要求，按照船舶設(shè)計規(guī)范計算，消防泵的排出壓力不得小于以下計算結(jié)果：

=++

(4)

式中：為泵工作時，經(jīng)消防總管通過規(guī)定的水槍，從任何相鄰的消火栓輸送的水量時，在所有消火栓上應(yīng)維持的壓力，根據(jù)表2取0.4 MPa；為靜壓力(MPa)，以消防泵出口至最遠的消火栓的垂直距離計算，某大型客船最高層高度為52 m，取0.52 MPa；為管內(nèi)壓力損失(MPa)，計算至最遠的消火栓，實際船塢臨時消防水系統(tǒng)管路阻力經(jīng)估算約為30 m，取0.3 MPa。

表2 SOLAS對客船各消火栓應(yīng)維持壓力p1的規(guī)定

所以，船塢臨時消防系統(tǒng)消防泵的揚程應(yīng)不小于1.22 MPa。

2.4 臨時消防水的總管管徑計算和布置

消防水管總管管徑參照船舶設(shè)計實用手冊，其流速應(yīng)取2～3 m/s。根據(jù)相關(guān)計算公式：

(5)

式中：為管子內(nèi)徑，m；為質(zhì)量流量,m/h，取消防水泵排量54 m/h；為管內(nèi)流體流速，m/s，取2 m/s。

經(jīng)計算，塢內(nèi)臨時消防系統(tǒng)總管通徑不得小于97 mm，選取外徑114 mm，壁厚6 mm的鋼管。

船塢臨時消防水系統(tǒng)管路布置分為船塢外圍部分和在建客船內(nèi)部。船塢外圍部分為消防總管，管路不應(yīng)與現(xiàn)有船塢消防安全需求有干涉，如原設(shè)計的消防車道，車道寬度在4 m左右，同時轉(zhuǎn)彎半徑不能小于14 m，車道近端需要有相應(yīng)的回車場。船塢的乙炔氣瓶庫和氧氣瓶庫設(shè)置在船塢的下風(fēng)向，并且留置出相應(yīng)的防火間距。因此，船塢臨時消防系統(tǒng)主管路宜布置在船塢兩側(cè)廊道內(nèi)較為合適,詳見圖1。

圖1 塢邊總管布置示意

在建客船內(nèi)部消防管則由船塢外圍消防總管穿出廊道后通過登船過橋進入船體內(nèi)部，當(dāng)在建客船主尺度較大時，可考慮分成若干區(qū)域分別上船，該設(shè)計可確保整個臨時消防系統(tǒng)的水量和水壓分配較均勻。在建客船內(nèi)部的消防管應(yīng)沿著梯道進行布置，臨時消火栓的布置需滿足船上任意點起火后來自兩個不同的消火栓的充實水柱能覆蓋。

2.5 穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計

因船塢臨時消防水系統(tǒng)適合選用濕式消防水系統(tǒng)，正常工作情況下，船塢臨時消防水系統(tǒng)管路始終處于有水恒壓狀態(tài)，但由于管路連接處老化等因素造成微小漏水時，則需要及時通過穩(wěn)壓系統(tǒng)來補充水量，以保證管路壓力。穩(wěn)壓系統(tǒng)包括：1個消防壓力水柜、2臺消防穩(wěn)壓泵、相關(guān)管路、閥件及壓力開關(guān)等。當(dāng)船塢臨時消防管路壓力下降時，首先由壓力水柜向管路補水，一旦管路壓力持續(xù)降低，穩(wěn)壓泵隨即啟動向壓力水柜補水以維持管路系統(tǒng)壓力，當(dāng)管路壓力達到設(shè)定值時，穩(wěn)壓泵停止工作。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，消火栓打開，系統(tǒng)壓力持續(xù)下降到消防水泵啟動壓力時，消防水泵啟動，進行消防作業(yè)，系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 穩(wěn)壓系統(tǒng)原理

穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計首先需要選取容積適當(dāng)?shù)南缐毫λ?，因消防壓力水柜沒有計算標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗通常取1～3 m，考慮到消防管路較長，選取1個3 m的壓力水柜。其次，壓力水柜的壓力則應(yīng)滿足最高處消防栓出水壓力的要求，某大型客船最高處為52 m，加之出水壓力要求20 m，確定消防壓力水柜壓力設(shè)計為0.8 MPa。最后，穩(wěn)壓泵排量及揚程應(yīng)恰當(dāng)。流量或揚程過小，系統(tǒng)補水量不足，無法保證系統(tǒng)正常泄漏量或無法滿足系統(tǒng)的自動啟動，導(dǎo)致自動系統(tǒng)運行失敗。流量或揚程過大，會導(dǎo)致穩(wěn)壓泵啟動頻繁。根據(jù)船舶設(shè)計經(jīng)驗，穩(wěn)壓泵的排量及揚程取消防壓力水柜容積和壓力的1.1倍。經(jīng)計算，確定穩(wěn)壓泵排量為3.3 m/h，實際選取5 m/h，揚程為0.88 MPa。

3 方案校驗

為確保船塢臨時消防水系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)確性，決定使用陸用GB 50720—2011《建設(shè)工程施工現(xiàn)場安全技術(shù)規(guī)范》第5.3章節(jié)臨時消防給水系統(tǒng)及GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的5.3章節(jié)穩(wěn)壓泵的相關(guān)規(guī)定進行設(shè)計結(jié)果校驗。首先，校驗消防水量?！督ㄔO(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》第5.3.9條規(guī)定，臨時消防系統(tǒng)的設(shè)計流量不能低于15 L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為1 h，詳見表3。

表3 在建工程臨時消防水用量

首先，船塢臨時消防水系統(tǒng)選擇通徑65 mm水槍，標(biāo)準(zhǔn)流量為7.5 L/s；消防泵設(shè)計排量為54 m/h，可同時使用兩把水槍，總用水量15 L/s，滿足該條款要求。

其次，校驗消防總管的管徑?！督ㄔO(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》第5.3.7條規(guī)定：臨時室外消防給水干管的管徑，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場臨時消防用水量和干管內(nèi)水流計算速度進行計算確定，且不應(yīng)小于100 mm。船塢臨時消防水系統(tǒng)總管外徑為114 mm，通徑為102 mm，滿足該條款。

再者，校驗穩(wěn)壓泵的排量。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2條相關(guān)要求，穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量應(yīng)不小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)的自啟動流量，當(dāng)沒有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時，穩(wěn)壓泵的設(shè)計流量宜按消防給水設(shè)計流量的1%～3%計算。船塢臨時消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵排量選取5 m/h，大于3%要求，滿足該條款規(guī)定。

最后，根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.3條校驗穩(wěn)壓泵的揚程。

1)穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)自動啟動和管網(wǎng)充滿水的要求。

2)穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動啟泵壓力設(shè)置點處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時大于系統(tǒng)設(shè)置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.1 MPa。

3)穩(wěn)壓泵的設(shè)計壓力應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點處滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力應(yīng)大于0.15 MPa。

選取船塢臨時消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵揚程0.88 MPa，既滿足某大型客船52 m最高處消防管路始終充滿水，又能保證最高處消防栓的出口壓力超過0.15 MPa的要求。同時，船塢臨時消防水系統(tǒng)準(zhǔn)工作壓力以所有管路充滿水為宜，根據(jù)高52 m估算為0.6 MPa。自動啟泵壓力設(shè)置點設(shè)在壓力水柜下游總管上，啟動壓力設(shè)定為0.7 MPa，滿足穩(wěn)壓泵啟動壓力大于準(zhǔn)工作狀態(tài)0.1 MPa的要求。

4 結(jié)論

1)使用船舶設(shè)計實用手冊進行船塢臨時消防水系統(tǒng)設(shè)計時，缺少消防水箱的容積計算依據(jù)。建議參照《建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》補充相關(guān)計算內(nèi)容，同時可以考慮城市消防管網(wǎng)的補水效率，適當(dāng)減小消防水箱的容積。

2)使用船舶設(shè)計實用手冊進行船塢臨時消防水系統(tǒng)設(shè)計時，缺少穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)。建議參照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》補充相關(guān)計算內(nèi)容。

3)船塢臨時消防水系統(tǒng)可以結(jié)合《船舶設(shè)計實用冊》、《建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》進行設(shè)計，某些有區(qū)別的要求，應(yīng)以要求高的條款作為設(shè)計依據(jù)。