火車運輸船滾裝區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

姚堂毅 陳朋 左小明 徐進(jìn)初 蔣勇剛

摘? ? 要：本文根據(jù)該船型特點和要求，介紹了該船消防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，分析了系統(tǒng)的工作原理，闡述了滾裝區(qū)消防系統(tǒng)的設(shè)計要點和消防監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程。

關(guān)鍵詞：滾裝船;火車運輸;消防系統(tǒng);設(shè)計要點;水噴淋

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

Design and Application of Fire-fighting System in

Ro-Ro Area of Train Carrier

YAO Tangyi， CHEN Peng， ZUO Xiaoming， XU Jinchu， JIANG Yonggang

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： According to the characteristics and requirements of the train ro-ro ship， this paper introduces the structure and composition of the ship's fire-fighting system， analyzes the working principle of the system， expounds the design points of the fire-fighting system in the ro-ro area and the work flow of the fire monitoring system.

Key words： Ro-ro ship; Train transportation; Fire-fighting system; Design points; Water spray

1? ? ?前言

根據(jù)運輸貨物的不同，運輸船大致可分為：散貨船、集裝箱船、滾裝船、油船、化學(xué)品船及客輪等六種。隨著海上貿(mào)易的增多，引發(fā)船舶火災(zāi)的機率也不斷增加，火災(zāi)事故的發(fā)生不僅造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。所以對船舶進(jìn)行防火、防爆，特別是貨船的防火問題已成為海上貿(mào)易的關(guān)鍵因素。

2? ? ?滾裝船消防系統(tǒng)特點

火車運輸船屬于滾裝船類別，其消防系統(tǒng)有：水滅火系統(tǒng);CO2系統(tǒng)滅火系統(tǒng);壓力水霧滅火系統(tǒng)和高倍泡沫滅火系統(tǒng)等形式。一般滾裝船多采用水滅火系統(tǒng)和高壓水霧滅火系統(tǒng)相結(jié)合的方式。

船舶水滅火系統(tǒng)的要求根據(jù)船舶類型不同而各有差異。系統(tǒng)由消防泵、管系、閥件、消防水帶、消防水槍、消火栓及國際通岸接頭等組成，其具有相應(yīng)速度快、瞬時、高效、自動化程度高、在一定時間內(nèi)不受火災(zāi)影響等特點，廣泛用于撲滅起居處所、貨艙等處的火災(zāi)。

水滅火系統(tǒng)除了用于撲滅火災(zāi)外，還用于對甲板、艙室和通道地板的情況，以及起錨時沖洗錨鏈和錨鏈桶上的淤泥，在夏季還能噴淋甲板，防止因陽光直射甲板而引起油艙溫度的升高。

各國的規(guī)范和SOLAS公約等都對水滅火系統(tǒng)的裝備和系統(tǒng)的配置提出了各種要求，水滅火系統(tǒng)是保障船舶安全的一個極為重要的系統(tǒng)。

3? ? ?滾裝區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計

滾裝區(qū)消防設(shè)計需要考慮多方面的因素，需結(jié)合滾裝的模式及船型的結(jié)構(gòu)特點，針對性地進(jìn)行消防系統(tǒng)設(shè)計及核算。包括：采用的消防方式;消防設(shè)備的布置;系統(tǒng)水量及噴淋數(shù)量的核算;系統(tǒng)控制方法;應(yīng)急系統(tǒng);貨物擺放狀態(tài);以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)性、受力區(qū)域等。

3.1? ?船型特點

本船為軌道車輛運輸船，用于在美國和墨西哥之間航行的軌道車輛運輸，船體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。全船采用雙層滾裝模式并鋪設(shè)鐵軌，尾部設(shè)置雙低速柴油機，采用雙螺旋槳驅(qū)動，首部使用側(cè)推輔助定位。

本船整體船長180 m、型寬38.6 m、總高約50 m，采用船尾滾裝模式;機艙布置在尾部主甲板下，舯部底層為壓載艙，上部為裝載區(qū);本船具有135節(jié)火車箱裝載能力。

3.2? ?消防方式選擇

根據(jù)本船結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)規(guī)范對貨船固定式滅火系統(tǒng)的配備標(biāo)準(zhǔn)，本船消防系統(tǒng)選用水噴淋滅火系統(tǒng)與高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)相組合的形式。其中，水噴淋滅火系統(tǒng)用于滾裝區(qū)域的消防控制;高壓水霧系統(tǒng)用于機艙區(qū)域的消防滅火控制，其他位置布置消防栓進(jìn)行防火覆蓋。

3.3? ?消防設(shè)計要點

根據(jù)船型特點及消防方式選擇，本船滾裝區(qū)消防系統(tǒng)的主要形式分為：滾裝區(qū)的自動水噴淋滅火系統(tǒng);全船手動消防栓系統(tǒng)和消防炮滅火系統(tǒng)等。各系統(tǒng)的設(shè)計及布置按照分區(qū)控制、整體聯(lián)動的原則進(jìn)行規(guī)劃。

3.3.1消防分區(qū)設(shè)置

本船滾裝區(qū)長166.4 m、寬約38.6 m、整體面積約6423.04 m2。由于滾裝區(qū)域面積比較大，根據(jù)相關(guān)的船舶消防規(guī)范要求，滾裝區(qū)采用分區(qū)模式進(jìn)行防火控制，共劃分為八個防火分區(qū)，如圖2和圖3所示。其中：上甲板首部為No.1分區(qū);主甲板上從船尾到船首的分區(qū)順序依次為No.2～No.8分區(qū)。每個分區(qū)設(shè)置獨立的總控蝶閥進(jìn)行水量控制。

滾裝區(qū)的消防探測系統(tǒng)，也按照分區(qū)控制的模式進(jìn)行設(shè)計，每個分區(qū)的著火探測系統(tǒng)與對應(yīng)的噴淋系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動信號控制，分區(qū)之間互不影響。當(dāng)一個區(qū)域產(chǎn)生火災(zāi)時，本區(qū)域噴淋系統(tǒng)動作進(jìn)行噴淋滅火，其他區(qū)域噴淋系統(tǒng)不會發(fā)生誤動作。

3.3.2? 水噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計

（1）噴淋水泵及總管設(shè)置

本船自動噴淋系統(tǒng)設(shè)置3臺供水泵，其中2臺為獨立水泵（每臺按滿負(fù)荷的50%進(jìn)行供水），另1臺由消防炮水泵兼作為備用，從而保證整個消防系統(tǒng)具有較大的裕量，以應(yīng)對可能的突發(fā)情況。每臺獨立水泵流量為550 m3/h、壓力為0.8 MPa;消防炮水泵流量為3 600 m3/h、壓力為1.2 MPa。

根據(jù)規(guī)范對于防止機艙失火影響消防系統(tǒng)運作的要求，所有泵設(shè)備安裝在首部設(shè)備間，防止由于機艙失火影響消防系統(tǒng)的運行。

人行通道布置在船體兩側(cè)，通道分上下兩層。根據(jù)分區(qū)設(shè)置原則和層高的要求，噴淋總管設(shè)置在左舷通道上層，通徑300 mm，通過蝶閥進(jìn)行分區(qū)供水和控制。噴淋總管布置圖，如圖4所示。

（2）噴淋管路設(shè)計

噴淋管路布置圖，如圖4所示?；疖囇b載區(qū)設(shè)置在船體中間位置，整個噴淋管路按照分區(qū)原則進(jìn)行布置，每個分區(qū)通過主管與左舷的總管連接，總管通過首部設(shè)備間的噴淋水泵進(jìn)行供水。

本船主甲板層高為6 000 mm、上甲板6 500 mm、火車車廂高度約為5 300 mm，為了保證噴淋效果，噴淋管不得設(shè)置過低，其距離頂部甲板不得超過600 mm，同時要滿足噴水效用地面區(qū)域全覆蓋的要求。

噴淋系統(tǒng)采用海水進(jìn)行噴淋作業(yè)，管路設(shè)計的主要控制點如下：

① 通道布置消防總管需滿足凈層高≥1900的要求;

② 本噴淋系統(tǒng)屬于干式系統(tǒng)，總管需設(shè)置末端泄放裝置，以保證作業(yè)后排干管內(nèi)殘液;

③ 噴淋管路與電氣管路設(shè)計采用分層布置方法，達(dá)到整齊美觀;

④ 管路布置開孔需避開結(jié)構(gòu)強力柱1200 mm范圍;

⑤ 管子盡量平直，減少彎曲，避免壓力損失過大;

⑥ 管子盡量避免穿結(jié)構(gòu)開孔，無法避免時在穿孔位置設(shè)置拱形結(jié)構(gòu)加強;

⑦ 該船運行路線存在較低溫情況，末端噴淋管路設(shè)計時注意考慮管子的泄水性能，避免積水結(jié)冰破壞管路;

⑧ 管路設(shè)計時應(yīng)考慮膨脹性能，在每超過20 m處需設(shè)置膨脹彎，防止管路熱脹冷縮導(dǎo)致系統(tǒng)密封性能下降。

（3）噴淋頭布置

滾裝區(qū)分為上下兩層：上層噴淋頭較少，布置在上建底部區(qū)域;下層噴淋頭較多，覆蓋整個滾裝區(qū)域。噴淋頭的布置圖，如圖4所示。

噴淋頭材質(zhì)應(yīng)能耐海上大氣腐蝕。本船上甲板上建底部區(qū)域噴頭，型號為TYCO-CJ63，材質(zhì)SS316L，噴頭末端高度距離頂部甲板600 mm;主甲板層噴頭，型號為TYCO-CJ42、材質(zhì)SS316L，噴頭末端距離頂部甲板面370 mm。

噴頭設(shè)置應(yīng)注意避開復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和大梁，避免結(jié)構(gòu)阻擋噴淋水。同時，噴頭的三維建模設(shè)計要采用反向設(shè)計法：首先，根據(jù)船體結(jié)構(gòu)背景，進(jìn)行噴頭的三維設(shè)計建模，把所有的噴頭位置布置到位;然后，提取相關(guān)的設(shè)計參數(shù)提供給噴淋系統(tǒng)廠家進(jìn)行核算及系統(tǒng)優(yōu)化，最后確定噴頭的數(shù)量及系統(tǒng)管路布置。通過反向設(shè)計可以提高設(shè)計效率，減少廠家的修改量和協(xié)調(diào)誤差。

3.3.3通道消防栓系統(tǒng)設(shè)計

（1）水泵計算及布置

滾裝區(qū)兩側(cè)的手動水消防栓，設(shè)置1臺獨立供水泵布置在首部設(shè)備間，滿足規(guī)范關(guān)于噴水泵應(yīng)位于遠(yuǎn)離任何 A 類機器處所的位置，且不應(yīng)位于需要由該噴水器系統(tǒng)保護的任何處所內(nèi)的要求。水泵設(shè)計流量為140 m3/h、壓力為0.8 MPa。通過消防管路直接給各處的消防栓供水進(jìn)行消防覆蓋。

（2）管路設(shè)計及消防栓

本船右舷上層通道為主要應(yīng)急逃生通道，因此通道的層高必須滿足≥2 000 mm的要求。因此大部分消防主管和噴淋總管布置在左舷上層通道的側(cè)壁及頂部，少部分消防管布置在右舷上層通道頂部，如圖5所示。根據(jù)規(guī)范要求，消防總管直徑應(yīng)該足夠有效分配從消防泵輸送所需的最大出水量，對于貨船則僅需滿足140? m3/h的水量。一般消防總管直徑D應(yīng)不小于以下計算值：

（1）

式中：L—船舶首尾垂線之間的距離，m。

根據(jù)計算及各種因素綜合考慮，確定本船消防總管直徑為168 mm。本船通道的消防栓采用上中下三層設(shè)置模式，分別為上甲板、上層通道以及下層通道。三層通道均兩舷對稱布置，如圖5所示。其中，下層通道布置共設(shè)置14個消防栓，采用內(nèi)嵌式消防控制箱左右舷對稱安裝，消防栓出水口距離甲板面1400 mm;上層通道共設(shè)置8個消防栓，左右舷通道各4個，消防栓高度1 200 mm;上甲板共設(shè)計14個消防栓，兩舷對稱靠舷墻布置，消防栓距甲板高度1 200 mm、間距20 m。該設(shè)計可保證滾裝區(qū)的所有位置能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的消防覆蓋要求。

3.3.4消防炮及管路設(shè)計

由于本船上甲板滾裝區(qū)域尾部是開敞區(qū)域，只在首部上層建筑底部區(qū)域設(shè)有噴淋頭進(jìn)行噴淋覆蓋。為保證除首部外其他滾裝區(qū)域的消防安全，在本船上甲板另外設(shè)置有6門消防炮，分別安裝在首部、中間位置風(fēng)機結(jié)構(gòu)頂部和尾部煙囪等主要位置，如圖6所示。該消防炮流量為180 m3/h、射程為50 m、噴水角度可360°旋轉(zhuǎn)，保證覆蓋所有的滾裝區(qū)域，消防炮由獨立的管路系統(tǒng)和水泵進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下正常及平穩(wěn)的運作。

4? ? 滾裝區(qū)消防控制系統(tǒng)

本船滾裝區(qū)消防系統(tǒng)涉及的閥門不多，對于聯(lián)合自動控制的要求不高，因此消防閥門采用小部分電液聯(lián)合控制、大部分手動控制相結(jié)合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對滾裝區(qū)消防的靈活操作和控制，同時也能優(yōu)化系統(tǒng)的管路布局。

整個控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程閥控柜、就地閥控箱、蝶閥、傳感器和通訊電纜等部件組成：遠(yuǎn)程閥控柜作為信號監(jiān)測裝置，布置在上建控制室;就地閥控箱，安裝在靠近閥門的位置，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;計算機布置在集控室內(nèi)，方便對各閥門的開啟狀態(tài)實現(xiàn)整體的實時監(jiān)控。

4.1? 系統(tǒng)控制原理

滾裝區(qū)消防控制系統(tǒng)，如圖7所示：當(dāng)測控柜接收到火災(zāi)監(jiān)測器監(jiān)測到的著火信號時，將信號傳遞到集控室計算機界面進(jìn)行顯示;船員通過對比分析信號來源確定著火區(qū)域，通過遠(yuǎn)程控制信號驅(qū)動消防泵啟動。每個分區(qū)的消防控制閥門具有定位功能，通過位置信號反饋閥門的開閉狀態(tài);所有管路的閥門啟閉狀態(tài)和艙室的消防情況，通過傳感器信號反饋在控制顯示器上。信號經(jīng)測控柜和計算機對比分析，準(zhǔn)確顯示著火位置，保證消防系統(tǒng)及時啟動，達(dá)到需要的滅火要求;消防系統(tǒng)的閥門具有自鎖功能，閥門自鎖時保持當(dāng)前位置狀態(tài)，所有閥門均可手動進(jìn)行啟閉操作。

4.2? 系統(tǒng)設(shè)計及布置

本船閥門測控柜、消防泵等測控裝置均設(shè)置在首部設(shè)備間內(nèi)，各分區(qū)噴淋蝶閥的控制為就地手動開啟模式，通過電氣測控信號進(jìn)行閥門開度監(jiān)控。由閥門開度傳感器和滾裝區(qū)各個分區(qū)的監(jiān)測信號相配合，利用火災(zāi)探測傳感器的信號進(jìn)行反饋控制，每個分區(qū)都設(shè)有若干探測頭和感煙裝置，保證所有位置都能被監(jiān)測到位。所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)均通過集控室的計算機進(jìn)行匯總計算，實時監(jiān)控和顯示報警位置。

5? ? ?結(jié)束語

本船消防系統(tǒng)設(shè)計，經(jīng)船廠、船級社和設(shè)計院等多方研究并確定設(shè)計方案。該系統(tǒng)設(shè)計既能進(jìn)行相互協(xié)調(diào)操作又相對獨立，在單個防火分區(qū)內(nèi)相對獨立，在整個消防控制中又能進(jìn)行聯(lián)動協(xié)調(diào)控制;其整體操作性能需在后續(xù)的實船使用過程中進(jìn)行檢驗，獲得的設(shè)計經(jīng)驗?zāi)軌驗楹罄m(xù)船舶的系統(tǒng)優(yōu)化提供有益參考。

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