39000DWT散貨船貨艙CO2分級釋放控制系統的設計

黃榮杰

摘 要：本文淺析貨艙CO2分級釋放控制系統的設計方法，以增強系統實用性。同時，注重控制系統安全性能，確保船上固定式CO2滅火系統起到應有的保護作用。

關鍵詞：FSS規則；CO2；分級釋放；安全

中圖分類號：U664.8 文獻標識碼：A

Abstract： This paper expounds the analysis on the rules of FSS and analyzes the design of CO2 hierarchical release control system for cargo hold of solid cargo carrier to enhance the practical performance of the system and to verify the safety performance of the control so that the fixed CO2 fire extinguishing system on board could play the role of protection.

Key words： FSS Rules； CO2； Hierarchical Release； Safety

1 前言

固定式CO2滅火系統作為船舶的主要滅火方法之一，其設置占據優先的地位，特別是對于大型的固體散貨船的貨艙尤為重要。因為CO2氣體進入著火區域的空間時，能引起空間壓力的升高，使CO2能在燃燒空間內大致均勻地分布開來，將氧氣含量降低到占總體積的14%～15%，使空氣中氧氣含量被稀釋，達到滅火的目的。

2012年11月30日國際海事組織海上安全委員會第91次會議上，通過了第339號關于FSS規則第3、5、7、8、9、12、14章修正案的決議，修正案決議針對第5章固定式氣體滅火系統，要求對于固體散貨處所，固定管系應可使至少三分之二的氣體在20分鐘內被注入該處所。該系統控制裝置應布置成根據貨艙的裝載狀況允許釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部。針對該規則，以往的單級貨艙CO2釋放系統已不能滿足要求，因此需設計貨艙CO2分級釋放系統，以滿足船舶營運時的安全。

2 貨艙分級釋放控制系統的設計

2.1 CO2容量及氣瓶數量計算

以39 000 DWT散貨船為例（以下稱本船），共設置五個貨艙，裝載的貨物依據《國際海運固體散貨（IMSBC）規則》所列的所有A和C組貨物，以及4.1，4.2，4.3，5.1，6.1，7，9，MHB所列的部分B組貨物，這些貨物一旦失火，均可采用CO2滅火劑進行滅火，故采用高壓CO2滅火系統作為貨艙滅火方法。

通過《鋼質海船入級與建造規范》及《FSS規則》第5章節中滅火劑數量計算要求，CO2自由氣體的容積以0.56 m3/kg計算。通過貨物處所所需的CO2用量，除特殊規定外，應按足以釋放出體積至少等于該船受保護的最大貨物處所總容積30%的自由氣體進行計算。考慮到CO2室的空間限制，在不違背船級社規范的要求下，單個CO2氣瓶的充裝容積量選取為53.6 kg。依據本船各貨艙艙容容積，計算得出各貨艙CO2滅火劑用量，再根據所選氣瓶充裝容積量，得出各貨艙CO2氣瓶數量。

本船要求固定式氣體滅火系統能保護一個以上處所，根據FSS規則要求，可供使用的滅火劑量不必大于被保護的任一處所中所需的最大數量，全船配置的CO2滅火劑量以氣瓶數統計最大需求量為101瓶。

2.2 CO2分級釋放量

根據各貨艙所需的具體氣瓶數量，可以確定各個貨艙分級釋放控制系統中以各貨艙裝載狀況允許釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部的首啟氣瓶。

對各貨艙的首啟氣瓶對應有開瓶管路序號，例如NO.1貨艙中：當釋放CO2氣體總量的三分之一時，首啟氣瓶為第29瓶，對應的開瓶管路序號為C2；當釋放CO2氣體總量的三分之二時，首啟氣瓶為第58瓶，對應的開瓶管路序號為C3；當釋放CO2氣體總量為全部時，首啟氣瓶為第86瓶，對應的開瓶管路序號為C4。其它貨艙類似標示，方便系統原理設計。

2.3 系統原理圖

根據各貨艙所需CO2滅火劑用量，確定各貨艙總CO2氣瓶數及各貨艙裝載狀況允許釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部CO2氣瓶數，通過這些數據以及相關規范要求，確定CO2系統原理如圖1所示。

2.4 分級釋放控制箱及管路

本船設置五個貨艙，相應配置五個貨艙分級釋放控制箱，每個控制箱設置五路管路。其中，一路管與控制氣源箱管路連接，一路管與氣控釋放閥組連接，另外三路管則分別連接允許釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部的首啟瓶數的開啟端。為方便區分，在每個貨艙分級釋放控制箱上的分級管路中分別用數字標識，“1”代表釋放氣體總量的三分之一，“2”代表釋放氣體總量的三分之二，“3”代表釋放氣體總量的全部，方便船員理解及實際操作。

另外，每個貨艙分級釋放控制箱內對應設置“a”，“b”，“c”，“d”，“e”字母標識，分別對應連接五個貨艙氣控釋放閥組。五路管路中，由于有四路是用于控制閥門或開啟氣瓶，為了確保船員操作得當，分級釋放控制箱內部設置順序開啟裝置，當操作任何一個分級釋控制箱釋放CO2滅火劑時，必須先將連接貨艙氣控釋放閥組的閥門打開，方可進行釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部的首啟氣瓶，通過首啟氣瓶內的CO2滅火劑逐個開啟后續CO2氣瓶的程序。 若無此順序設置，一旦實際操作過程中船員首先開啟CO2氣瓶，再開啟釋放控制閥組的操作順序，則可能造成高壓的CO2氣體在釋放控制閥組開啟前便到達閥組的進氣端，導致釋放閥組無法開啟的情況。

2.5 報警信號裝置

根據規范要求，本船設置泄漏報警信號、預釋放報警信號、釋放報警信號。當CO2氣瓶發生非人為操作的自動釋放滅火劑時，CO2壓力開關將發出泄漏報警信號；預釋放報警接觸器安裝在每個貨艙分級釋放控制箱內，當開啟任何一個貨艙分級釋放控制箱時，觸發預報警接觸器，預釋放信號傳遞到繼電器箱及機艙集控室內發出預報警信號；釋放信號接觸器安裝在每個貨艙氣控釋放控制閥組端，當貨艙氣控釋放閥組被開啟時，釋放信號相應的傳遞到繼電器箱，在CO2室內及機艙集控室內發出釋放報警信號。

2.6 其它

（1）本船的N0.2，3，4貨艙裝載容積相同，該三個貨艙所需CO2滅火劑量是一致的。考慮系統布置及操作性能，該三個貨艙的開瓶氣源控制管路設計成并聯型式。為了防止開瓶氣源的相互干擾，分別在三個貨艙分級釋放控制箱下端的控制管路上設置單向止回閥。

（2）各貨艙分級釋放控制箱開瓶管路與CO2首啟氣瓶的管路連接設計上，必須要保證操作釋放各貨艙釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部的首啟瓶數滅火劑時互不干擾，以確保釋放出的CO2滅火劑能達到預定的劑量。

分級連接示意圖，如圖2所示。

（3）當設備調試或實際操作CO2滅火系統后，此時氣瓶的瓶頭閥及貨艙氣控釋放閥組處于開啟狀態，控制氣源聚集在開瓶管路內部，氣瓶瓶頭閥及貨艙氣控釋放閥組將無法復位到關閉狀態，為了解決該問題，需要在開瓶管路中設置泄放閥。

（4） 本船貨艙設置持續機械通風，每一個貨艙設置兩臺可逆轉防爆軸流風機，并且在桅房內設置通風風道。按規范要求，需要在每個貨艙風機出風口處設置抽煙探測聚集口，為了防止釋放的CO2滅火劑排至貨艙風機上端的風道中，在抽煙探測管路上設置自閉式單向止回閥，這樣能保證在操作分級釋放控制的釋放氣體總量的三分之一、三分之二或全部時，CO2滅火劑首先定量釋放在貨艙內，確保滅火劑不通過風機上端的風道外溢至室外。

4 結語

船舶CO2滅火系統設計涉及眾多的要求，并且CO2滅火系統不局限于貨艙使用。本文僅淺析了貨艙分級釋放控制系統設計思路，以滿足MSC.339（91）決議針對FSS規則中第5章固定式氣體滅火系統的修正要求，其余的設計需按照規范及設計手冊等進行。如釋放管路的通徑要求，需要按照規范要求的釋放時間進行計算或按規范推薦的通徑進行設計布置；貨艙煙霧檢測系統，需要按規范要求在300秒內檢測到貨艙著火區域內的煙霧；按規范要求設置吹通接頭等。

參考文獻

[1]國際海事組織海上安全委員會MSC.339（91）決議及FSS規則，2012.

[2]鋼質海船入級與建造規范，第5分冊[S].2012.

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[4].船舶設計實用手冊（輪機分冊）{M}. 國防工業出版社，1999.

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