某型LNG-柴油雙燃料動力原油船水噴淋系統(tǒng)設計

龐博

摘? ? 要：隨著國際海事組織的限硫規(guī)則頒布及實施，雙燃料動力技術在船舶上得到不斷應用推廣。本文以某型LNG-柴油雙燃料動力原油船為對象，詳細介紹了為燃氣供應系統(tǒng)配套的水噴淋滅火保護區(qū)域的確定、供水流量的計算及系統(tǒng)設計布置等，可為其他采用LNG-柴油雙燃料動力原油船的燃氣供應系統(tǒng)水噴淋滅火設計提供參考。

關鍵詞：雙燃料動力；水噴淋；保護區(qū)域；流量計算；設計布置

中圖分類號：U662.2? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Design of Water Spray System on a LNG-Diesel Dual Fuel

Power Crude Oil Tanker

PANG Bo

（ Guangzhou KEEN Offshore Engineering Service Co.， Ltd.，? Guangzhou 510725 ）

Abstract： With the trend of global emission reduction and low carbon， as well as the promulgation and implementation of the sulfur limit rules of the International Maritime Organization， so that dual-fuel power technology can be continuously promoted and applied in ships. This article mainly takes a certain type of dual fuel powered crude oil tanker as the research object， deeply studies the determination of the protection area of water spray fire extinguishing covering for the support service of gas supply system， and the calculation method of the water flow and the system design and arrangement. It can provide reference for water sprinkler fire extinguishing design of gas supply system of other domestic dual-fuel power oil tanker.

Key words： dual-fuel power; water spray; protected area; capacity calculation; design and layout

1? ? ?概述

IMO MEPC 70會議決定從2020年1月1日起，船舶應使用硫含量不超過0.5%的燃油 [1]。限硫令生效后，在限硫令規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，所有船舶必須選擇價格貴的含硫量低于0.5%的低硫油，或者在船上安裝價格昂貴的船舶廢氣脫硫裝置，或者選擇液化天然氣（LNG）作為主機和輔機等的替換燃料。與前兩種減排方式相比，使用LNG燃料可以取得更好的減排效果和更低的營運成本。采用LNG動力的船舶污染物排放比傳統(tǒng)油料動力的船舶低得多，可以大大減少碳排放，同時具有不錯的經(jīng)濟效益。近年來，LNG動力船舶已經(jīng)進入快速發(fā)展階段，中國、歐洲、美國、日本、韓國都在LNG動力船舶的設計和使用上取得長足進步，各國新建船舶幾乎都傾向采用傳統(tǒng)燃料+LNG的雙燃料動力船舶。

某型原油船總長274 m、型寬48 m、型深23.7 m、服務航速14.2 kn，是全球首艘采用LNG+柴油的雙燃料動力的蘇伊士油輪，其主機、輔機及鍋爐均采用雙燃料，入級ABS，掛旗國為利比里亞，其中主機MAN ME-GI機型為高壓供氣系統(tǒng)，輔機及鍋爐為低壓供氣系統(tǒng)。

為了確保LNG+柴油的雙燃料設備燃氣系統(tǒng)的安全運行，與船舶天然氣燃料儲存、調(diào)節(jié)、輸送及利用有關的所有系統(tǒng)部件，均應提供防火、探火及滅火保護等消防系統(tǒng)，主要包括水噴淋系統(tǒng)、CO2滅火系統(tǒng)和干粉滅火系統(tǒng)等。目前國內(nèi)針對LNG+柴油雙燃料動力蘇伊士型油輪供氣系統(tǒng)消防滅火的研究較為缺乏，尤其是對水噴淋系統(tǒng)的流量計算方法及布置，尚沒有形成較為成熟統(tǒng)一的算法和方案，規(guī)范也沒有非常明確的具體要求。

本文針對此LNG+柴油雙燃料蘇伊士型油輪，對其水噴淋系統(tǒng)設計與布置進行深入分析，提出水噴淋系統(tǒng)流量計算方法，為相關消防系統(tǒng)設計提供參考。

2? ? 水噴淋系統(tǒng)需滿足的規(guī)范規(guī)則

水噴淋系統(tǒng)是以特殊的噴嘴，將水轉換成具有一定速度和密度的水霧并噴出。水噴淋系統(tǒng)主要有以下作用[2]：（1）水霧噴出后會吸收周圍熱量，使得燃燒溫度降低，且水蒸氣覆蓋在燃燒液體表面可以隔絕空氣，起到滅火的作用；（2）水霧可以控制燃燒，限制火勢蔓延；（3）水霧可以保護暴露在火焰前的物體或人員。

水噴淋系統(tǒng)在設計時，應遵循相關的規(guī)范規(guī)則，其中由IMO頒發(fā)的《使用氣體或其他低閃點燃料船舶國際安全規(guī)則》（簡稱IGF code）為強制性規(guī)定，所有雙燃料動力船舶都必須滿足。

根據(jù)IGF code規(guī)則的相關規(guī)定，水噴淋系統(tǒng)的設計與布置必須滿足以下要求[3]：

（1）水噴淋系統(tǒng)應能覆蓋位于露天甲板上燃料儲存罐的裸露部分；

（2）當燃料儲存罐位于開敞上甲板時，水噴淋系統(tǒng)還應覆蓋面向儲存罐的上層建筑、燃氣處理設備間、加注站及其他甲板室的限界面（當這些限界面與燃料艙的距離大于或等于10 m時可不必覆蓋）；

（3）水噴淋系統(tǒng)供水泵的流量及噴嘴的布置，應滿足水平表面保護時其噴水率為10 l/min/m2，垂直表面保護時為4 l/min/m2；

（4）水噴淋系統(tǒng)供水泵的遙控啟動裝置和系統(tǒng)中任何常關閉的遙控操作裝置，應位于易到達的位置，并且在被保護區(qū)域發(fā)生火災時不會被切斷；

（5）水噴淋系統(tǒng)的噴嘴應為經(jīng)認可的全徑式噴嘴，其布置應保證其所噴射的水在被保護區(qū)域內(nèi)均勻有效分布。

3? ? ?燃氣系統(tǒng)設備及艙室布置

根據(jù)上述IGF code規(guī)則的要求，可知水噴淋系統(tǒng)的設計（如：流量計算、供水泵選型、噴嘴布置等）與燃氣供應系統(tǒng)的燃料儲存罐、燃氣處理設備間、加注站及其他甲板室的界限面等布置有關。下面介紹本船燃氣供應系統(tǒng)主要設備的布置。

本船上建居住區(qū)及煙囪圍島布置在船艉，貨艙區(qū)露天甲板從上建貫穿至首部。本船燃氣供應系統(tǒng)配備了2個燃料儲存罐，分別布置在貨油艙區(qū)域露天上甲板的左右舷，且位于上建前壁與貨油集管區(qū)之間，距上建前壁約19 m，兩個儲存罐之間的距離約18m；燃氣處理設備間采用架空形式，布置在兩個儲存罐之間，且與左右舷儲存罐之間的距離均小于10 m；加注站布置在燃料儲存罐靠首端小于10 m處，左右舷個1個；其他甲板艙室與燃料儲存罐的限界面均大于10 m，如圖1所示。

4? ? 水噴淋系統(tǒng)設計

4.1? ?供水流量計算

根據(jù)IGF code規(guī)則要求，結合上述燃氣供應系統(tǒng)相關設備的布置，本船專門為燃氣供應系統(tǒng)設置的水噴淋系統(tǒng)應考慮覆蓋的保護區(qū)域包括：左右舷燃料儲存罐、燃氣處理設備間以及左右舷加注站。

4.1.1? 燃料儲存罐噴淋水量計算

本船燃料儲存罐為IMO C型獨立罐，單圓筒形，帶球形封頭，直徑10 m、長度36 m，外表面包覆的絕緣厚度0.3 m，其外形如圖2所示。

從圖2中可以看出，燃料儲存罐并不是規(guī)則的方形體，不能明確界定其水平表面和垂直表面，經(jīng)與船級社多次溝通研究，最終確定水噴淋系統(tǒng)應覆蓋的保護區(qū)域可分為罐體上半部分和下半部分來計算：

（1）罐體上半部分

按水平投影面積計算噴淋水量：

Qa=S1xqh=LxDxqh? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：S1—罐體上半部分水平投影面積， m2；

L—罐體總長，m；

D—罐體外徑，m；

qh—水平保護表面噴水率，按規(guī)范取10 l/min/m2。

計算得出：

Qa=3 879.6 l/min

（2）罐體下半部分

按左右兩側垂直投影面積之和計算噴淋水量：

Qb=2xS2xqv=2xLxD/2xqv? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：S2—罐體下半部分單側垂直投影面積， m2；

L—罐體總長，m；

D—罐體外徑，m；

qv—垂直保護表面噴水率，按規(guī)范取4 l/min/m2。

計算得出：

Qb=1 551.84 l/min

本船左右舷共兩個燃料儲存罐，因此覆蓋其保護面積所需的噴淋水量為：

Q1= 2 x（Qa+Qb）=10 862.88 l/min

4.1.2? 燃氣處理設備間噴淋水量計算

燃氣處理設備間位于兩個儲存罐之間，且房間頂部低于儲存罐，其前后壁和左右壁，以及房間頂部均面向燃料儲存罐，且其限界面與儲存罐的距離都小于10 m，因此燃氣處理設備間的前后壁和左右壁，以及房間頂部均應按規(guī)范要求設置水噴淋保護。

本船燃氣處理設備間長17.8 m、寬11.2 m、高4.5 m，其被保護面積和噴淋水量的計算見表1。

從表1可知，覆蓋燃氣處理設備間的保護面積所需的噴淋水量為：

Q2= 3 037.6 l/min

4.1.3? 加注站噴淋水量計算

本船加注站撬塊長3.6 m、寬 4.8 m、高3.7 m，因其布置在燃料儲存罐首端小于10 m處，因此應設置水噴淋保護。由于加注站布置在貨油艙區(qū)露天甲板上且整個撬塊為開敞式（如圖3所示），因此其保護面積按撬塊的水平投影計算即可，即

本船2個加注站撬塊所需的噴淋水量為：

Q3=2xSxqh=LxDxqh? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：S—撬塊水平投影面積，m2；

L—撬塊長度，m；

D—撬塊寬度，m；

qh—水平保護表面噴水率，按規(guī)范取10 l/min/m2。

計算得出：

Q3=345.6 l/min

因此，本船燃氣供應系統(tǒng)配備的水噴淋系統(tǒng)所需的供水量為：

Q=Q1+Q2+Q3= 854.76 m3/h

根據(jù)制造廠家的標準及推薦，確定選用2臺額定流量為520 m3/h、壓力為7.5 bar的供水泵。

4.2? ?水噴淋系統(tǒng)設計及布置

本船兩臺供水泵布置在機艙，可在消防控制室遠程控制泵的啟停；水泵從機艙海底門抽吸海水通過一路外徑為12”的總管輸送至貨艙區(qū)露天上甲板，然后分成3路支管到各保護區(qū)域，其中一路外徑為6”的支管通往燃氣處理設備間，另外2路外徑為8”的支管分別通往左右舷的燃料儲存罐和加注站撬塊；水噴淋總管上設一個可遙控和手動操作的截止閥，各路支管上設一個手動截止閥，其系統(tǒng)原理圖見圖4所示。

另外，水噴淋噴嘴的布置應根據(jù)噴嘴的性能曲線及制造廠家推薦，確定各保護區(qū)域的限界面所需的噴嘴數(shù)量及布置間距等。噴嘴的數(shù)量和設置，應能將水流均勻分配到所被保護的區(qū)域如燃料儲存罐、燃氣設備處理間、加注站撬塊等表面，使其表面溫度不會升高到不可接受的溫度。

5? ? 結束語

本文以某LNG+柴油雙燃料蘇伊士原油船為對象，深入研究其燃氣供應系統(tǒng)特點及IGF code規(guī)范要求，明確了水噴淋系統(tǒng)應覆蓋的保護區(qū)域，提出了供水流量的計算方法及水噴淋系統(tǒng)設計布置方案，可為其他采用LNG+柴油雙燃料動力原油船的燃氣供應系統(tǒng)水噴淋滅火系統(tǒng)設計提供參考。

參考文獻

[1]中國船級社. IMO海上環(huán)境保護委員會第70屆會議[MEPC70]要點快報[N].船舶標準化工程師，2017，50（5）.

[2]婁春景，李志鵬等.LNG雙燃料遠洋大型集裝箱船消防滅火系統(tǒng)設計[J].應用科技，2018，45（3）.

[3]國際海事組織.使用氣體或其它低閃點燃料船舶國際安全規(guī)則[S].MSC.391（95），2015.