高壓水霧系統(tǒng)在高端客滾船上的應(yīng)用

吳 林，徐 謙，夏耀君

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港一直以來都是客船關(guān)鍵課題之一。由于安全返港只是一個目標(biāo)型標(biāo)準(zhǔn)，并無詳細描述性指導(dǎo)準(zhǔn)則可用于具體設(shè)計中，所以如何滿足安全返港要求成為客船新造項目的難題之一[1]。固定式滅火系統(tǒng)作為最基礎(chǔ)和重要的安全返港系統(tǒng)之一，需要重點分析研究。

安全返港一般可以采取分隔、雙套、冗余、保護或上述組合來滿足法規(guī)設(shè)計衡準(zhǔn)[2]，這對水霧系統(tǒng)設(shè)計形成了一定的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)相關(guān)的項目經(jīng)驗較少，如何設(shè)計一套合理優(yōu)化的高壓水霧系統(tǒng)是研究的重點內(nèi)容。為此，本文結(jié)合滅火系統(tǒng)的設(shè)計特點、規(guī)范要求和安全返港的特點，研究系統(tǒng)選型、布置、控制邏輯及特殊應(yīng)用等各方面的設(shè)計方法。

1 高壓水霧系統(tǒng)特點

高壓水霧是通過高速水滴相互碰撞后形成的霧狀顆粒吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，蒸發(fā)膨脹為水蒸氣并將空氣與燃燒物隔離，從而有效地控制火勢并高于最終滅火的。按照美國消防協(xié)會的定義，系統(tǒng)壓力高于3.45 MPa形成的不水霧才可稱為高壓水霧，但是先進的高壓水霧系統(tǒng)釋放壓力基本都在5 MPa以上。這種水霧系統(tǒng)耗水極少且霧化率高，系統(tǒng)壓力越高則系統(tǒng)需求的水量越少。采用高壓水霧系統(tǒng)可以使用更小尺寸的管材，節(jié)省了大量材料。

2 滿足安全返港的布置與設(shè)計

根據(jù)《國際海上人命安全公約》(SOLAS)的要求：乘客大于36人的客船需要根據(jù)《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》配置自動釋放的水噴淋系統(tǒng)，給上建處所、服務(wù)處所、控制站等各類場所提供保護。同時如何保護這些處所都有相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)，見圖1。從圖中看出，高壓水霧系統(tǒng)可以完全覆蓋客滾船對固定式滅火系統(tǒng)的需要。

圖1 客船固定式滅火系統(tǒng)規(guī)范應(yīng)用[3]

2.1 高壓水霧系統(tǒng)的布置

客滾船水霧系統(tǒng)需要考慮布置2×100%或者3×50%容量的泵組單元，且不能布置在同一個主豎區(qū)以保證設(shè)備本身的冗余。高壓水霧系統(tǒng)布置時需要考慮主管路穿越多個貨艙(水平區(qū))服務(wù)整個上建處所而不受火災(zāi)事故影響，所以其主管路需要通過由A60型絕緣保護的管隧并將所有區(qū)域閥布置在內(nèi)，同時其各個分區(qū)的支管在經(jīng)過非服務(wù)處所時應(yīng)該考慮保護分區(qū)外發(fā)生火災(zāi)事故后能夠不受影響繼續(xù)提供正常的服務(wù)。

管路設(shè)計應(yīng)考慮其壓降損失和噴嘴最低的釋放壓力，盡量優(yōu)化并減少彎頭的使用，在連接件的選擇上應(yīng)充分考慮其可靠性。高壓水霧系統(tǒng)在某客滾船上的典型的設(shè)計見圖2。系統(tǒng)主管路采用A60管隧及環(huán)形總管的設(shè)計方法，該設(shè)計能夠最大程度地節(jié)省管路材料。

圖2 高壓水霧系統(tǒng)在客滾船上的典型布置

2.2 高壓水霧系統(tǒng)的容量

高壓水霧泵組的容量通常取決于最大保護區(qū)的需求水量。客滾船的高壓水霧泵組容量取值需要考慮兩方面因素：一方面根據(jù)上建處所、機艙及車輛艙這三者中的最大值來決定整個系統(tǒng)的容量；另一方面考慮加上一定的裕度以防止在實際布置過程中需要臨時增加噴嘴的情況。根據(jù)船舶尺度的大小，建議裕度取值為3%～5%，一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的項目可以酌情增加。高壓水霧系統(tǒng)保護范圍受機艙尺寸限制時，可以考慮將機艙與煙囪棚分隔成2個獨立的A級空間，匹配系統(tǒng)實驗認(rèn)證的保護艙室容積。

2.3 高壓水霧系統(tǒng)的設(shè)計

高壓水霧泵組、警報和探測系統(tǒng)需要按照《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》提供至少2路不同來源的動力源，當(dāng)使用電力電源時其中1路應(yīng)為應(yīng)急電源。同時要求配置包含淡水和壓縮氣體組成的蓄能器，以供整個系統(tǒng)在失電的情況下水霧能夠持續(xù)釋放1 min。除淡水外，系統(tǒng)還應(yīng)按照規(guī)范要求接入海水作為備用水源。

以2套100%排量的泵組設(shè)計為例，2個高壓泵組啟動器分別布置在艏部和艉部機械區(qū)域，它們分別屬于2個不同的主豎區(qū)。每個高壓泵組上都配置了主電源和應(yīng)急電源，保證在應(yīng)急工況下，水霧系統(tǒng)也可以工作。并且為滿足安全返港要求，2個泵組的主電源也分別來自2個機艙內(nèi)的2段不同的主配電板，艏部機械區(qū)域的1號泵組供電來自前機艙內(nèi)的主配電板。艉部機械區(qū)域的2號泵組供電來自2號機艙內(nèi)的主配電板。任何單點故障(局部失電)都不會影響泵組的正常工作。

整個泵組的控制系統(tǒng)組成為環(huán)網(wǎng)形式(見圖3)，有2個控制站分別在1號主豎區(qū)的電氣設(shè)備間和4號主豎區(qū)的集控室，每個控制站里布置了1個控制箱。在每個主豎區(qū)內(nèi)的適當(dāng)位置各布置有1個輸入輸出接口分站(I/O分站)，4個主豎區(qū)共計4個I/O分站。一號主豎區(qū)的控制箱和泵組啟動器接在該主豎區(qū)的1號分站上，4號主豎區(qū)的控制箱和泵組啟動器接在該主豎區(qū)的4號分站上。它們之間通過網(wǎng)線或現(xiàn)場總線連接，任何一個分站故障，都不影響環(huán)網(wǎng)中其他分站的正常運行。

每一個分站由主電源和UPS電源兩路供電。主電源分別來自各自所在主豎區(qū)內(nèi)的電力分電箱，最終來自于不同主豎區(qū)的2個主配電板。UPS電源來至應(yīng)發(fā)室并與應(yīng)急配電板相連，可以保證控制回路供電的連續(xù)性。各保護區(qū)域的釋放閥、截流閥、流量監(jiān)視器、聲光報警器等接在就地的接線箱后再接到該主豎區(qū)的分站上。按規(guī)范要求，局部水霧系統(tǒng)在就地提供了單獨的聲光報警器，機艙全淹沒系統(tǒng)則會通過機艙報警燈柱發(fā)出聲光報警。

除泵組啟動器上有接口將泵單元運行和故障信號發(fā)給監(jiān)測報警系統(tǒng)外，其他的信號基本通過控制箱與相關(guān)系統(tǒng)通訊。如：送給監(jiān)測報警系統(tǒng)和航行數(shù)據(jù)記錄儀的水霧釋放和報警狀態(tài)信號，以及火警系統(tǒng)提供給水霧系統(tǒng)的水霧釋放觸發(fā)信號、卷簾門火警信號等。

根據(jù)MSC/Circ.1369安全返港有關(guān)水霧系統(tǒng)的要求，需要特別注意以下內(nèi)容：

(1)關(guān)于分區(qū)：水霧系統(tǒng)分區(qū)除梯道外不能跨越不同的甲板，否則當(dāng)所在A級分隔失火后同一區(qū)域閥服務(wù)的處所都視為不可繼續(xù)使用，所以同一主豎區(qū)的同一層內(nèi)一般共用一個區(qū)域閥。

(2)關(guān)于區(qū)域閥的位置：事故發(fā)生后區(qū)域閥所在A級分隔不應(yīng)繼續(xù)使用，除非是防火閥或是有獨立A級分隔的空間保護，或者有獨立噴嘴保護。

(3)關(guān)于閥門工作指示：當(dāng)發(fā)生單點故障后，閥門工作狀態(tài)指示不需要在事故發(fā)生的所在主豎區(qū)繼續(xù)工作，即整個主豎區(qū)的指示都可以丟失。

(4)關(guān)于局部水霧：局部水霧不參與安全返港，但如果其作為全淹沒的一部分，則需滿足要求。為節(jié)省噴嘴和管路數(shù)量，局部水霧一般都會包含在全淹沒分區(qū)內(nèi)。

2.4 滾裝處所高壓水霧系統(tǒng)的設(shè)計

高壓水霧系統(tǒng)可以按照MSC/ Circ.1430的要求，給滾裝處所提供部分或者全部的保護。按照MSC/ Circ.1369第6條解釋，滾裝處所水平區(qū)的事故不計入安全返港的范圍，但是其空間內(nèi)安全返港系統(tǒng)在事故后不應(yīng)影響其他區(qū)域內(nèi)安全返港系統(tǒng)的正常工作。該說明很容易理解為是單向的約束，但是實際上在SOLAS II-2 Reg.9里面有關(guān)水平區(qū)和主豎區(qū)都是等同的概念，大部分船級社更愿意理解為無差別的要求，即滾裝處所應(yīng)按照上建處所或者機械處所一樣的原則進行風(fēng)險分析和評估，并針對性地考慮冗余的設(shè)計。

按照這種理解，水霧系統(tǒng)在滾裝處所的閥門開關(guān)信號也應(yīng)滿足MSC/ Circ.1369第33條的要求，即不能將信號收集柜布置在其他主豎區(qū)內(nèi)，或者應(yīng)將閥門信號傳輸給至少2個主豎區(qū)的信號收集站。

3 高壓水霧系統(tǒng)的特殊應(yīng)用

高壓水霧噴嘴取得特定的證書后完全滿足整船的固定式滅火系統(tǒng)需求并可以根據(jù)設(shè)計的需要，綜合考慮水霧系統(tǒng)在很多特殊場景上的應(yīng)用以達到設(shè)計的優(yōu)化。

3.1 降低特定設(shè)備防火等級

救生艇釋放平臺與上建相鄰的玻璃應(yīng)該為A60級防火玻璃，通過專用的水霧噴嘴可將其防火等級降至為A0級；如果室內(nèi)空間有IMO Resolution A800 認(rèn)證的噴嘴，則無需配置專門的噴嘴。特定處所的卷簾門也可以遵循上述同樣原則，將卷簾門防火等級由A60級降至A0級，見圖4。此設(shè)計可以應(yīng)用在商店、滾裝處所等。

圖4 典型的卷簾門水霧保護布置

3.2 保護特殊對象

冷庫或者其他有可能低于冰點溫度以下的場所，可以使用防凍液、止回閥等裝置將分支管路的消防介質(zhì)與總管中的淡水隔離開(見圖5)，這種設(shè)計可以保證系統(tǒng)功能在低溫環(huán)境下正常使用。

圖5 典型的冷庫水霧保護布置

廚房煙道也可以使用高壓水霧系統(tǒng)保護，從而取代CO2或者濕粉等獨立的滅火系統(tǒng)(見圖6)。使用時，僅需從總管中取一路支管并配備相應(yīng)的噴嘴和手動釋放閥門即可。深煎鍋保護與廚房煙道類似，同樣可以通過使用得到認(rèn)證的噴嘴進行保護。

圖6 典型的廚房煙道水霧保護布置

4 結(jié)論

(1)本文結(jié)合客滾船特有的安全返港要求進行系統(tǒng)應(yīng)用分析，找出了高壓水霧系統(tǒng)應(yīng)用的諸多特點和特殊應(yīng)用。高壓水霧系統(tǒng)的優(yōu)點在于霧化程度高且對電氣設(shè)備友好，幾乎能滿足全船所有處所的固定式滅火保護需求。同時，結(jié)合總體布置從優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計的角度出發(fā)，可以優(yōu)化冗余設(shè)計，避免過度設(shè)計及材料的浪費。

(2)該設(shè)計已經(jīng)實際應(yīng)用在多艘已經(jīng)交付的高端客滾船上，在重量控制、系統(tǒng)優(yōu)化等方面取得了良好的效果。