船舶水消防系統效用試驗的合理方法

衡 霖 ,高金軍 ,朱 靈

(1.中國船級社江蘇分社，江蘇 南京 210003；2.上海外高橋造船有限公司，上海 200120；3.中海工業(上海長興)有限公司， 上海 202150)

船舶水消防系統效用試驗的合理方法

衡 霖1,高金軍2,朱 靈3

(1.中國船級社江蘇分社，江蘇 南京 210003；2.上海外高橋造船有限公司，上海 200120；3.中海工業(上海長興)有限公司， 上海 202150)

針對造船現場檢驗時發現的船舶水消防系統傳統試驗方法中不完全滿足國際海上人命安全公約(以下簡稱“公約”)要求的情況，結合現有系泊試驗情況介紹“公約”對船舶水消防的要求。在分析水消防系統試驗原理的基礎上，總結了水消防效用試驗的合理方法和注意事項。最后以47 500 DWT散貨船為例詳細說明了水消防試驗程序，并提出了合理的水消防系統效用試驗大綱表述內容。

船舶水消防系統；出口壓力；出水量

0 引言

水消防系統作為“公約”要求的船舶消防系統的重要組成部分，其制造、安裝、試驗一直是船舶建造現場檢驗中非常關注的項目。“公約”和各船級社規范對水消防系統的配備和技術要求做出了詳細的規定。在對數家造船企業進行船舶建造檢驗工作過程中，發現在考察出水壓力這一環節，存在對“公約”條款要求理解有偏差現象，實際進行效用試驗時不能完全滿足“公約”要求的情況，并且這種理解偏差情況普遍存在于各船廠。目前國內對船舶水消防的試驗方法詳細介紹的指導性文件比較少，并且介紹內容不甚具體。本文結合“公約”條款的要求，通過系統原理闡述及公式計算分析，并舉例說明，對合理的水消防試驗方法進行了介紹。

1 現有系泊試驗內容情況

1.1實例

下述兩段是兩家船廠各自編寫的系泊試驗大綱中關于水消防試驗部分的摘錄。

(1)系統效用試驗：使用艙底消防總用泵和壓載消防總用泵同時供水，進行位于駕駛甲板和艏部甲板兩個極限位置處各1個消火栓，要求消火栓處水壓不得低于0.27 MPa。

(2)用消防泵和應急消防泵供水(總排量無需超過180 m3/h)。分別從位于駕駛甲板的2個消防栓槍射出2股水柱。每個消防栓都配有1根口徑為DN50 mm，長度為20 m不涂膠消防軟管和1個口徑為DN19 mm水槍。然后確認所有消防栓處壓力不得小于0.27 MPa。

1.2實例分析

“公約”要求6 000 GT(總噸)以上貨船出水壓力不低于0.27 MPa。

由上述兩段內容可以看出，各船廠在檢驗水消防系統出水壓力這個環節上，制定的試驗程序基本相同，即同時開啟2臺消防泵(或2臺總用泵)向消防總管供水，在最高和最遠位置(一般在艏樓和駕駛臺各布置1個)的消防栓處布置2個消防水槍出水，測量出口壓力，該壓力需滿足“公約”要求。這樣的試驗程序，表面上看不僅滿足了“公約”對消防栓出水壓力的最低要求，而且還選取最高、最遠兩處消防栓出水這一最苛刻試驗條件來驗證。但是，作者認為，在水消防試驗時考察消防栓處壓力固然重要，但需要確定的是，若出水量不能滿足“公約”要求，就無法達到滅火的目的。而且，這樣的試驗程序并沒有涵蓋“公約”對水消防的所有要求。本文根據“公約”的要求和水消防系統計算方法，對47 500 DWT散貨船水消防系統的出水量進行計算，檢查其出口壓力，從而得出合理的水消防系統效用試驗大綱。

2 “公約”對船舶水消防的要求

“公約”中涉及到水滅火系統的出水壓力要求可歸納為消防栓處的出水壓力要求和滿足出水壓力要求的前提條件兩方面。

2.1消防栓處的出水壓力要求

消防柱處的出水壓力要求如下：

針對客船的要求是以4 000 GT為界，4 000 GT以上(含)不小于0.4 MPa,4 000 GT以下不小于0.3 MPa；而對于貨船的要求則是以6 000 GT為界，6 000 GT以上(含)不小于0.27 MPa，6 000 GT以下不小于0.25 MPa。

多數船廠在制定水消防系統系泊試驗程序的時候，均納入了“公約”對于出水壓力的要求，表面上看是滿足了“公約”的條款，但卻忽視了“公約”對于這些壓力要求的前提條件。

2.2滿足出水壓力要求的前提條件

“公約”在提出出水壓力要求前，有一段話，即：“在兩泵同時通過本條第2.3.3規定的水槍從任何相鄰的消火栓輸送本條第2.1.3所規定的水量時”，這里的本條第2.3.3和本文第2.1.3分別指水槍標準尺寸以及最大輸送水量的要求，即要滿足本文第2.1.6.2所要求的消火栓最低出口壓力，必須在滿足用本文第2.3.3規定的水槍(12、16、19 mm)，輸送本文第2.1.3所規定的水量(貨船為140 m3/h)的前提下。

從兩家船廠編寫的造船現場的系泊試驗程序來看，可以滿足使用標準尺寸水槍以及在最高最遠兩處的考察壓力，但是都忽視了出水量這個前提要求。盡管最高和最遠兩處的2支水槍的壓力達到0.27 MPa的最低壓力，但是出水量遠沒有達到140 m3/h要求。

3 水消防滅火原理及設計計算過程

3.1水滅火的原理

水滅火的目的是降低燃燒溫度。水與燃燒物接觸時，蒸發成蒸汽，從而吸收大量的熱量，使燃燒物溫度降低以至熄滅。同時，水蒸汽也有隔絕氧氣的作用。壓力大的水柱不僅能冷卻燃燒物的外部，而且能穿透它，使之不會發生再燃燒的現象。因此，水量如果不夠，就達不到滅火的目的。

3.2水消防系統設計計算

設計單位首先根據船級社規范選型確定消防泵的排量和壓力，其次進行船舶水消防系統的設計。選用消防水排出壓力的準確性是需要通過計算管路的壓力來驗證的，落實到圖紙上就是經過船級社審圖中心批準的水滅火系統計算書。計算書中列出了各消防栓出口處的壓力數值。選用消防泵時，消防泵的排出壓力P應不小于最低壓力、靜壓頭損失和管路內部壓力損失之和，即：

P≥P1+P2+P＇3

消防栓出口壓力P1：

P1=P-(P2+P＇3)

式中：P1按 “公約”消火栓出水壓力規定選用，此處為P1的最低標準；P2為靜壓頭損失,即消防泵出口與選取計算的消火栓之間的垂直距離靜壓力；P＇3為管路內部的壓力損失,主要包括沿程損失hf1(直管段摩擦阻力之和)以及局部損失hf2(所有附件的局部阻力之和)。

管路內部壓力P＇3損失計算公式為：

P＇3=hf1+hf2= (λL/di+Σξ)V2/(2g)

沿程損失hf1計算公式如下：

hf1=λ(L/di)(V2/2g)

式中：λ為摩擦系數；L為管子長度；di為管子內徑；V為平均流速；g為重力加速度。

局部損失hf2計算公式如下：

hf2=(Σξ)V2/(2g)

式中：ξ為局部阻力系數，其數值在《水力計算手冊》中可查到。

消防栓出口的壓力可以參考表1轉換成流量。

表1 直流水槍噴射密集水流的技術性能表[1]

4 水消防試驗程序應用實例

4.1試驗程序要點

通過上面的分析，作者認為，正確的水消防試驗程序在考察出口壓力這個環節時，應明確以下三點：

(1)選取試驗用水槍的尺寸。

(2)滿足出水量要求。

(3)考察出口壓力。

4.2應用實例

現以某47 500 DWT散貨船為實例，說明在進行水消防試驗時的試驗程序。

該散貨船設消防艙底總用泵2臺，額定流量100 m3/h,額定壓力0.8 MPa，水消防系統計算書已通過船級社審圖中心批準。

4.2.1水槍選型

確定水消防效用試驗用的消防水槍尺寸。該船廠使用19 mm直徑水槍。

4.2.2出水量計算

(1)為了計算船上不同位置消防栓處的出口壓力進而獲得對應的出水量，需要查閱該船消防水管示意圖,了解船上各消防栓的大致布置情況，得到每個消防栓的字母代號。該船消防水管示意圖如圖1所示。

(2)核查水滅火系統計算書。計算書中列出的管路壓頭損失表見表2。表2中可以查到每個對應標號消防栓處累計的管路壓頭損失。

表2 消防泵至艏部消防栓的管路壓頭損失

(3)通過總布置圖或防火控制圖，可以查到每個對應的消防栓距離消防泵的高度差。根據管路損失和高度差數據，按照前面消防栓出口壓力公式：P1=P-(P2+P＇3)，可以算出各消防栓處的出口壓力值。按照水槍出口射流高度及水量表，可以查出在使用標準尺寸消防水槍時各消防栓的出水量。

(4)計算主甲板上e消防栓處的壓力。

①查看管路壓頭損失表，消防栓處a到e總共損失的管路壓頭為：P＇3=0.015 95 MPa。

②查看防火控制圖或總布置圖，可得出消防栓e與消防泵處的高度差為11.6 m，則高度壓頭損失約為：P2≈0.116 MPa。

③該處消防栓出口壓力為：P1≈0.66 MPa。

④根據計算出的數值，從表1可知，19 mm直徑的水槍在e處的出水量大約為36 m3/h。按照這一計算方法，可以計算出其他消防栓處的出口壓力和出水量。

4.2.3出口壓力檢查

通過計算，可以得出船上各位置的消防栓壓力和水槍出水量。選取其中部分消防栓布置19 mm水槍，使這些水槍累計出水量達到140 m3/h。在船上駕駛臺(最高)、艏樓甲板(最遠)處的消防栓處安裝壓力表，檢查出口壓力是否能夠達到0.27 MPa(此時駕駛臺和艏樓甲板的消防栓可以不開啟)。綜上所述，針對47 000 DWT散貨船，合理的水消防系統效用試驗大綱可表述如下：

開啟2臺艙底消防總用泵同時供水，在主甲板5號及4號貨艙前部的左右舷共4個消防栓上各安裝1把19 mm消防水槍，開啟這4把消防水槍出水，使總出水量達到140 m3/h。在位于駕駛甲板和艏部甲板2個極限位置處各1個消火栓上安裝壓力表，要求這2個極限位置消火栓處水壓不得低于0.27 MPa。

5 結語

船舶消防安全一直是各方關注的焦點，如何通過對相關試驗程序的優化從而更好更全面地滿足國際公約規則以及船級社規范的要求，成為船廠質量部門、船東及船檢各方共同努力的方向。

[1] 《輪機工程手冊》編委會.輪機工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1992.

[2] 國際海事組織.國際海上人命安全公約 (SOLAS) [M]. 北京：人民交通出版社，2009.

U664.88

A

2017-05-10

衡霖(1985—)，男，工程師，從事船舶檢驗、審核及風險管理。