與LNG相關(guān)船型甲板水霧系統(tǒng)覆蓋區(qū)域及泵流量計(jì)算

韓嘯 王佳浩 楊新杰

摘 ? ?要：火災(zāi)是造成船舶海難事故的重要原因之一。由于對安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，對消防技術(shù)也提出了更高的要求，越來越多的消防系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代船舶。本文基于IGC 2016規(guī)范，介紹與LNG相關(guān)船型的甲板水霧噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要包括：系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)要求、需求水量計(jì)算、泵流量計(jì)算、噴淋區(qū)域的劃定和面積計(jì)算等，為今后相關(guān)船型甲板水霧噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：甲板水霧噴淋;流量計(jì)算;設(shè)計(jì)要求

中圖分類號：U664.88?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Fire is one of the important causes of shipwreck. Because of the higher and higher requirements for safety production and environmental protection， higher requirements for fire protection technology have been put forward， and more firefighting systems have been applied to modern ships. Based on the IGC Code 2016， this paper introduces the key points of deck spraying system design for LNG vessels， including the overall design requirements of the systems， water flow calculation， pumping capacity calculation， spraying area designation and area calculation. This paper provides a reference for the design of deck spraying system of relevant vessels in the future.

Key words： Deck spraying system; Flow calculation; Requirement of design; Area division

1 ? ? 前言

船舶常用的消防系統(tǒng)主要包括：惰性氣體消防系統(tǒng);二氧化碳消防系統(tǒng);干粉消防系統(tǒng);水霧噴淋消防系統(tǒng)等?；谒F噴淋系統(tǒng)啟動速度快、噴水量大、適用范圍廣、無環(huán)境污染、滅火效果好等優(yōu)點(diǎn)，已成為各船級社規(guī)范的普遍要求，水霧噴淋系統(tǒng)已成為現(xiàn)代船舶消防必不可少的重要系統(tǒng)之一。

2 ? ?水霧噴淋系統(tǒng)簡介

水霧噴淋系統(tǒng)屬于船舶消防系統(tǒng)的一部分。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，監(jiān)控設(shè)備向水霧噴淋系統(tǒng)反饋信號，由系統(tǒng)發(fā)出動作指令觸發(fā)噴淋動作。水霧噴淋系統(tǒng)，由主噴淋泵、應(yīng)急泵、監(jiān)控設(shè)備、噴淋管網(wǎng)、噴頭等組成。

出于可靠性考慮，設(shè)計(jì)時一般會將主噴淋泵與應(yīng)急泵分開放置：主噴淋泵向整個噴淋管網(wǎng)供水;應(yīng)急泵主要與有人員經(jīng)常出入或救生艇集合站區(qū)域的噴淋管路連接，以便在主噴淋泵意外停機(jī)的情況下，該類區(qū)域的水霧噴淋系統(tǒng)依舊可以使用。

水霧噴淋系統(tǒng)在工作時，可對著火區(qū)域?qū)嵤缁稹⒁种茢U(kuò)散、降溫降塵等多重保護(hù)，其作用原理如下：

（1）冷卻：水流經(jīng)由噴嘴噴灑形成小水珠，受熱后易蒸發(fā)，可吸收大量燃燒熱量，降低環(huán)境溫度，在一定程度上阻礙燃燒;

（2）缺氧：水霧在受熱蒸發(fā)后，水蒸氣體積急劇擴(kuò)散，將著火區(qū)域內(nèi)的空氣排開，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)氧氣趨少，從而起到滅火的作用;

（3）阻熱：蒸發(fā)后的水蒸氣可迅速籠罩燃燒物和火焰，水蒸氣罩可在一定程度上吸熱，阻擋燃燒物和火焰向周邊區(qū)域投射熱量;

（4）阻燃：大量噴淋水霧后，除了在下落過程中蒸發(fā)掉的水霧，剩余的水霧噴淋到燃燒物上形成一層水膜，從而阻止燃燒物與空氣接觸，起到阻燃作用。

除了以上幾點(diǎn)外，在滅火過程中系統(tǒng)針對不同種類的燃燒物，往往還具有稀釋等其他作用。此外，在滅火的同時，還能有效降低燃燒產(chǎn)生的煙霧中的粉塵，且不會對覆蓋區(qū)域造成二次污染，甚至無需任何化學(xué)溶劑清理。

3 ? ?IGC 2016規(guī)范簡介

根據(jù)IGC 2016新規(guī)范規(guī)定，對于LNG船，水霧噴淋系統(tǒng)應(yīng)覆蓋以下區(qū)域：

（1）暴露的液貨艙氣室、液貨艙的任何暴露部分和含有貨物的相鄰設(shè)備著火時暴露于熱的液貨艙蓋的任何部分;

（2）在甲板上暴露的用于易燃或有毒貨品的儲存容器;

（3）甲板上的氣體處理裝置;

（4）貨物液體和蒸氣的裝卸連接，包括法蘭及其控制閥所在的區(qū)域，其范圍至少等于所設(shè)滴盤的區(qū)域;

（5）貨物液體和蒸氣管中所有暴露的應(yīng)急關(guān)閉（ESD）閥，包括向用氣裝置供氣的總閥;

（6）面向貨物區(qū)域的暴露限界面。例如：經(jīng)常有人的上層建筑和甲板室的艙壁、貨物機(jī)器處所、裝有高度失火危險(xiǎn)物品的儲藏室和貨物控制室。但這些區(qū)域暴露的水平限界面不要求保護(hù)，除非在其上面或下面布置可拆卸的貨物管路連接;對不存放高度失火危險(xiǎn)物品或設(shè)備的無人首樓結(jié)構(gòu)的限界面，不要求水霧保護(hù);

（7）面向貨物區(qū)域暴露救生艇、救生筏和集合站;

（8）任何半圍蔽貨物機(jī)器處所和半圍蔽貨物機(jī)艙。

根據(jù)上述規(guī)范中的各條規(guī)定，對水霧噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮但不僅限于下列區(qū)域：

（1）上建及甲板艙室區(qū)域（面向貨物區(qū)域的豎直面）。

（2）面向貨物區(qū)域的暴露救生艇、救生筏和集合站。

（3）TANK DOME AREA。

（4）LNG/NG TRANSFER SPOOL PIECE STATION。

（5）裝卸站區(qū)域。

（6）增壓泵、壓縮機(jī)、汽化器、貨物Heater、貨物Cooler、再氣化單元、再液化單元等液貨處理設(shè)備區(qū)域。

（7）水乙二醇單元區(qū)域（視具體情況而定）。

注意：是否需要在水乙二醇單元區(qū)域設(shè)置水霧系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行考慮。當(dāng)水乙二醇與貨物的換熱器設(shè)置于單元內(nèi)，必須增設(shè)水霧噴淋系統(tǒng);當(dāng)水乙二醇與貨物的換熱器和單元分離時，只需在換熱器設(shè)置區(qū)域增設(shè)水霧噴淋系統(tǒng)，對于無貨物通過的水乙二醇單元可以根據(jù)實(shí)際情況考慮不設(shè)置水霧噴淋系統(tǒng)。

4 ? ?噴淋區(qū)域劃分

針對水霧噴淋區(qū)域的劃分，IGC 2016規(guī)范規(guī)定：在垂直表面上確定用于保護(hù)較低區(qū)域的噴嘴的間距時，可估算從較高區(qū)域流下的水量;為了隔斷損壞的管段，在水霧系統(tǒng)總管路上應(yīng)每隔不超過40 m安裝1個截止閥;或者將系統(tǒng)分成2個或多個區(qū)段，可以對每個區(qū)段進(jìn)行獨(dú)立操作，但應(yīng)將必要的控制裝置集中安裝在貨物區(qū)域外易于到達(dá)的位置。

從上述IGC 2016規(guī)范中的區(qū)域劃分規(guī)定可知：

各水霧噴淋系統(tǒng)覆蓋區(qū)域可由一條主管路供水，在較靠近保護(hù)區(qū)域的主管路上分出支管，但主管路應(yīng)每隔不超過40 ?m安裝1個截止閥;或者，各水霧噴淋系統(tǒng)覆蓋區(qū)域可由一條主管路供水，主管路的末端設(shè)置于貨物區(qū)域外易于到達(dá)的位置。在噴淋主管路末端，根據(jù)保護(hù)區(qū)域的數(shù)量設(shè)置支管數(shù)量，由支管路供水，且每個區(qū)段進(jìn)行獨(dú)立操作。

5 ? ? 噴淋面積計(jì)算

（1）對于上述（1）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）區(qū)域或需要提供保護(hù)的其他區(qū)域的面積大小，可根據(jù)甲板總布置圖上直接計(jì)算獲得，但在計(jì)算時應(yīng)同時考慮下列因素：

① 計(jì)算區(qū)域應(yīng)覆蓋設(shè)備安裝區(qū)域;

② 計(jì)算區(qū)域應(yīng)覆蓋周邊閥件、法蘭等連接區(qū)域;

③ 計(jì)算區(qū)域應(yīng)覆蓋集液盤放置區(qū)域。

（2）對于（2）號區(qū)域中提及的集合站面積的大小，可按以下公式計(jì)算：

A集合站=設(shè)計(jì)人數(shù) X 0.35㎡

如若在集合站和貨物區(qū)域之間布置有艙室、遮蔽物等，導(dǎo)致集合站不會直面貨物區(qū)域，在這種情況下可以考慮不設(shè)置水霧噴淋。

（3）對于豎直區(qū)域的面積（例如上建外艙壁、甲板壓縮機(jī)房等），可按下式計(jì)算：

A豎直區(qū)域=長度（或?qū)挾龋?X 高度

在CCS對IGC 2016規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行解讀時，建議防護(hù)垂直面的水噴嘴行之間垂直距離一般不超過3.7 m，當(dāng)超過3.7 m時應(yīng)考慮設(shè)置多排噴嘴。

（4）對于不能明確劃分為水平面或垂直面的傾斜結(jié)構(gòu)面，水霧噴淋系統(tǒng)覆蓋的面積以結(jié)構(gòu)在水平面上的投影面積為準(zhǔn)。

6 ? ? 主噴淋泵流量計(jì)算

6.1 ? 船舶在正常浮態(tài)下

主噴淋泵的流量，可根據(jù)IGC 2016中的規(guī)定，按下式估算：

（1）豎直面

F豎直 = A豎直 X 4 ?L/㎡/min

（2）水平面

F水平 = A水平 X 10 ?L/㎡/min

（3）傾斜面

F水平 = A水平投影 X 10 ?L/㎡/min

綜合上述對水霧系統(tǒng)的流量要求，對噴淋泵流量的選擇時應(yīng)滿足：

F理論需求=F豎直+F水平+F水平投影

在實(shí)際對噴淋泵的流量進(jìn)行估算時，還應(yīng)考慮諸多因素的影響，因此在初期設(shè)計(jì)時可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選擇：

F初期設(shè)計(jì)=F理論需求 X 1.3

6.2 ? 船舶在應(yīng)急狀態(tài)下

根據(jù)IGC 2016規(guī)范規(guī)定，如果一個艙失火會使兩個消防泵失效，經(jīng)常有人的上層建筑和甲板室的限界面和面向貨物區(qū)域的救生艇、救生筏和集合區(qū)域也應(yīng)能由1 個消防泵或應(yīng)急消防泵提供保護(hù);但CCS對IGC 2016中的規(guī)定進(jìn)行解讀時規(guī)定，不管水霧系統(tǒng)供水泵是否由消防泵兼用，均要求提供額外的1 臺消防泵或應(yīng)急消防泵對水霧系統(tǒng)供水，其流量應(yīng)滿足：

F豎直-應(yīng)急 = A豎直 X 4 ?L/㎡/min

F水平-應(yīng)急 = A水平 X 10 ?L/㎡/min

由以上規(guī)定可知，針對以上的規(guī)范涉及的區(qū)域，每個區(qū)域均應(yīng)在水霧噴淋系統(tǒng)的主管路上增設(shè)支管路與1臺應(yīng)急消防泵相連。因此在初期設(shè)計(jì)階段，應(yīng)急消防泵的流量應(yīng)滿足：

F初期設(shè)計(jì)-應(yīng)急=F豎直-應(yīng)急X 1.3

F初期設(shè)計(jì)-應(yīng)急=F水平-應(yīng)急 X 1.3

F初期設(shè)計(jì)-應(yīng)急=（F豎直-應(yīng)急+ F水平-應(yīng)急）X 1.3

7 ? ?結(jié)論

通過以上對IGC 2016規(guī)范中對水霧噴淋系統(tǒng)規(guī)定的解讀，LNG船在設(shè)計(jì)水霧系統(tǒng)及選擇噴淋泵和應(yīng)急消防泵時，可參照文中總結(jié)的計(jì)算公式進(jìn)行核算，以避免覆蓋區(qū)域不明、覆蓋面積不足、泵容量不足等問題。

水霧噴淋系統(tǒng)屬于安全系統(tǒng)的一部分，雖然IGC規(guī)范從多方面針對該系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)定，但I(xiàn)GC規(guī)范仍屬于全球通用的基本規(guī)范。在各船級社規(guī)范中，依然存在一些附加要求或不同于CCS的解讀，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)時，除應(yīng)滿足IGC基本規(guī)范外，還應(yīng)參考船舶入級船級社規(guī)范進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?中國船級社. 散裝運(yùn)輸液化氣體船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備規(guī)范[S]. 2016.