飽和潛水支持船潛水設(shè)備區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王顯力，康 健，劉志超

（1.中國(guó)船舶與海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125；3.上海振華啟東海洋工程股份有限公司，江蘇 啟東 226259）

0 引 言

飽和潛水支持船（Dive Support Vessel，DSV）是支持水下作業(yè)的專(zhuān)業(yè)船舶，其配備的飽和潛水系統(tǒng)是能保證潛水員在水下高壓環(huán)境下正常作業(yè)的配套系統(tǒng)，具有應(yīng)對(duì)大深度和大噸位應(yīng)急打撈、大面積溢油及其他突發(fā)事件的能力，對(duì)保證水下施工、科研和救援等工作正常開(kāi)展具有重大意義[1]。飽和潛水技術(shù)是在潛水醫(yī)學(xué)家Bond提出的“飽和潛水”理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。所謂“飽和潛水”理論，是指潛水員在高氣壓環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間暴露，使得其體內(nèi)各組織中的氣體達(dá)到完全飽和，此時(shí)只要環(huán)境壓力不發(fā)生改變，不論暴露多長(zhǎng)時(shí)間，其減壓時(shí)間是相等的[2]。潛水員從惰性氣體飽和狀態(tài)減壓需要的時(shí)間很長(zhǎng)。若能創(chuàng)造條件使?jié)撍畣T在作業(yè)區(qū)長(zhǎng)時(shí)間停留，使其體內(nèi)氣體達(dá)到飽和，則潛水員即可長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，直到作業(yè)完成，1次減壓出水[3]，從而使?jié)撍鳂I(yè)效率大大提高。為飽和潛水員提供服務(wù)和支持的船舶稱(chēng)為飽和潛水支持船。飽和潛水支持船是一種高端的海洋工程作業(yè)船舶，在深海水下施工、設(shè)備維護(hù)巡檢等作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。潛水設(shè)備區(qū)布置有大量的壓力設(shè)備、高壓氣體及潛水員生活艙室，由于潛水員無(wú)法直接從惰性氣體飽和狀態(tài)回到常壓狀態(tài)，因此支持母船上一旦發(fā)生火災(zāi)，迅速降溫、滅火，保證潛水員安全及相關(guān)潛水服務(wù)設(shè)備正常運(yùn)行是飽和潛水支持船必須解決的問(wèn)題。

1 船舶概況

本文以中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所設(shè)計(jì)、上海振華重工股份有限公司建造、船東為英國(guó)Selion集團(tuán)公司300m飽和潛水支持船（以下簡(jiǎn)稱(chēng)該船）為研究對(duì)象介紹其潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該船潛水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足DNV DSV-SAT和SURFACE船級(jí)符號(hào)的要求。船舶及主要潛水設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 船舶及主要潛水設(shè)備參數(shù)

2 規(guī)范規(guī)則的研究及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)DNV規(guī)范Part5，Ch16，Sec6，C飽和潛水支持船消防系統(tǒng)的要求，船上布置有加壓減壓生活艙、潛水鐘、氣瓶、空壓機(jī)和控制站的區(qū)域需設(shè)置固定式滅火系統(tǒng)，若該區(qū)域是圍閉區(qū)域，則滅火范圍需能覆蓋至少整個(gè)A類(lèi)防火分割區(qū)域，滅火系統(tǒng)既可以是適用于A類(lèi)機(jī)器處所的水噴淋系統(tǒng)，也可以是與其等效的對(duì)人無(wú)害的固定式氣體滅火系統(tǒng)[4]。

該船潛水區(qū)域設(shè)置有飽和潛水控制站、常規(guī)潛水控制站及集中控制站，這些控制站中均設(shè)置 FM1230氣體滅火，氣瓶及釋放裝置儲(chǔ)存在就近的艙室內(nèi)，每個(gè)房間獨(dú)立設(shè)置，本文不再贅述，下面詳細(xì)探討設(shè)備區(qū)的水噴淋滅火系統(tǒng)。

該船的潛水設(shè)備區(qū)域采用水噴淋滅火系統(tǒng)。依據(jù)規(guī)范要求，若選用水噴淋滅火系統(tǒng)，則該系統(tǒng)的有效流量應(yīng)≥10L/min/m2的水平保護(hù)區(qū)域，用以滅火和冷卻飽和區(qū)域內(nèi)的壓力設(shè)備；或在等效的圍閉處所內(nèi)采用流量＜5L/min/m2的水霧滅火，并對(duì)承壓保護(hù)對(duì)象增加流量為5L/min/m2的噴淋冷卻，水霧系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)需能同時(shí)觸發(fā)作用。該船的潛水設(shè)備區(qū)域除了安裝氣瓶和加壓減壓生活艙以外，還安裝有為潛水員居住艙室服務(wù)的環(huán)控設(shè)備、空調(diào)設(shè)備及氣體的壓縮、調(diào)撥和回收設(shè)備，若全船采用流量為10L/min/m2的水噴淋系統(tǒng)滅火，部分設(shè)備的防護(hù)等級(jí)很難滿(mǎn)足噴淋的要求，一旦噴淋系統(tǒng)釋放，雖然不會(huì)影響潛水員的安全，但部分設(shè)備經(jīng)過(guò)噴淋之后可能無(wú)法繼續(xù)使用，帶來(lái)設(shè)備更換和安裝方面的巨額費(fèi)用。同時(shí)，為做到區(qū)域全覆蓋，噴淋系統(tǒng)噴頭的布設(shè)不可避免地出現(xiàn)交叉重疊，噴水量增加，且飽和潛水區(qū)域自身面積比較大，當(dāng)整個(gè)區(qū)域噴淋時(shí)大量的海水進(jìn)入船艙對(duì)整船的排水能力及穩(wěn)性是一個(gè)考驗(yàn)；同時(shí)，水泵和管子較大，對(duì)于該船這種多功能、緊湊型船舶而言實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。

為能既滿(mǎn)足規(guī)范的要求，又減少海水的噴射量，將該船潛水設(shè)備區(qū)域的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2部分：圍閉處所內(nèi)的區(qū)域采用全淹沒(méi)水霧滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)使用淡水，并對(duì)壓力設(shè)備設(shè)置流量≥5L/min/m2的海水噴淋；開(kāi)場(chǎng)區(qū)域采用流量為10L/min/m2的海水噴淋系統(tǒng)，全淹沒(méi)水霧滅火系統(tǒng)的覆蓋范圍包括整個(gè)防火分隔的艙室，而噴淋系統(tǒng)僅覆蓋壓力容器范圍，噴淋系統(tǒng)和水霧系統(tǒng)采用聯(lián)動(dòng)控制。這樣整個(gè)系統(tǒng)所需的水量將大大減少，區(qū)域內(nèi)的非承壓設(shè)備由于采用的是淡水細(xì)水霧保護(hù)，即使釋放消防系統(tǒng)也不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。同時(shí)，細(xì)水霧噴射顆粒的直徑很小，相對(duì)表面積較大，受熱之后更易汽化，在汽化過(guò)程中，從燃燒物表面或火災(zāi)區(qū)域吸收大量的熱量，從而使燃燒物表面的溫度迅速降低[5]。整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 潛水設(shè)備區(qū)域消防噴頭布置圖示意

3 滅火區(qū)域設(shè)定及最大防護(hù)區(qū)域的劃分

該船潛水系統(tǒng)水噴淋系統(tǒng)需保護(hù)的區(qū)域從下到上依次為潛水員生活環(huán)控設(shè)備區(qū)、潛水員艙室設(shè)備區(qū)、氣瓶區(qū)、空壓機(jī)區(qū)、潛水鐘及逃生通道區(qū)和高壓逃生艇區(qū)。

圍閉處所采用的是全淹沒(méi)水霧滅火系統(tǒng)，噴頭選用AUTRONICA K6型式，船級(jí)社認(rèn)證保護(hù)區(qū)域?yàn)?m2的方形區(qū)域，設(shè)計(jì)壓力下的水量為 18.0L/min，流量為 2.00L/min/m2；圍閉處所區(qū)域承壓設(shè)備的噴淋系統(tǒng)噴頭選用AUTRONICA K32型式，船級(jí)社認(rèn)證的保護(hù)區(qū)域是半徑為2m的圓形區(qū)域，面積約為12.6m2，設(shè)計(jì)壓力下的水量為 71.5L/min，流量為 5.67L/min/m2；開(kāi)敞甲板區(qū)域承壓設(shè)備噴淋系統(tǒng)噴頭選用AUTRONICA K47，船級(jí)社認(rèn)證保護(hù)區(qū)域是半徑為2m的圓形區(qū)域，面積約為12.6m2，設(shè)計(jì)壓力下的水量為127.5L/min，流量為10.12L/min/m2。

根據(jù)潛水設(shè)備艙室的布置及噴頭的設(shè)置，整個(gè)潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)噴頭及水量配置見(jiàn)表2。

表2 潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)噴頭及水量配置

4 噴淋水泵的計(jì)算選型

噴淋泵的選型需考慮整個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的最大水量，潛水區(qū)域一旦發(fā)生火情，潛水員從高壓逃生艙經(jīng)過(guò)逃生通道進(jìn)入高壓逃生艇。同時(shí)，需考慮逃生通道免受火災(zāi)的影響及高壓逃生艇的安全吊放。完整的潛水員逃生路線示意見(jiàn)圖2。

圖2 潛水員逃生路線示意

根據(jù)圖2，潛水設(shè)備區(qū)域的最大保護(hù)區(qū)域應(yīng)包括區(qū)域3、區(qū)域5、區(qū)域6、區(qū)域11和區(qū)域12，故噴淋泵及全淹沒(méi)水霧水泵的排量分別為

式(1)和式(2)中：Q為噴淋水泵總流量；Qn為區(qū)域n的噴淋流量；q為水霧水泵總流量；qn為區(qū)域n的水霧流量。

根據(jù)上述計(jì)算，該船潛水區(qū)域消防系統(tǒng)設(shè)置1臺(tái)噴淋海水泵，排量為210m3/h，排出壓力為10bar；設(shè)置3臺(tái)全淹沒(méi)水霧淡水泵，排量為29m3/h，排出壓力為12bar，兩用一備；同時(shí)，為水霧系統(tǒng)配置1臺(tái)穩(wěn)壓泵，排量為12.5m3/h，排出壓力為12bar；保證水霧系統(tǒng)釋放閥之前的管路系統(tǒng)內(nèi)壓力平穩(wěn)變化，使系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低到穩(wěn)壓泵設(shè)定的啟動(dòng)壓力與主泵設(shè)定的啟動(dòng)壓力之間，以確保有足夠的時(shí)間啟動(dòng)穩(wěn)壓泵，從而保持系統(tǒng)壓力，避免大功率噴淋泵意外啟動(dòng)[6]。

5 系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述，該船潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖3。根據(jù)規(guī)范要求，釋放按鈕應(yīng)設(shè)置在該區(qū)域外的就近位置處；對(duì)于水霧系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)同時(shí)作用的區(qū)域，釋放按鈕應(yīng)能實(shí)現(xiàn)操作連鎖、同時(shí)釋放；最大逃生路線上幾個(gè)區(qū)域應(yīng)同步釋放，釋放操作按鈕設(shè)置在這幾個(gè)區(qū)域以外易于到達(dá)的地方。

圖3 潛水設(shè)備區(qū)域消防系統(tǒng)原理圖

6 結(jié) 語(yǔ)

本文以一艘飽和潛水支持船飽和潛水區(qū)域的固定式消防系統(tǒng)為研究對(duì)象對(duì)該船潛水設(shè)備區(qū)固定式消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備的選型進(jìn)行探討。該設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足規(guī)范的防護(hù)要求，又能最大限度地保護(hù)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)與船級(jí)社及用戶(hù)反復(fù)溝通，所設(shè)計(jì)的圖紙文件得到了DNV船級(jí)社審查同意。該研究可為船舶設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)該類(lèi)船舶的消防系統(tǒng)提供參考。

【 參 考 文 獻(xiàn) 】

[1] 劉婷，張春景.DP3系統(tǒng)分析與研究——在飽和潛水支持船設(shè)備和布置上[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016, 3 (2): 258-259.

[2] 劉貞飛，嚴(yán)國(guó)華，陳雷，等.飽和潛水在海洋工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)，2012 (3): 38.

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[5] 汪遠(yuǎn)，梁俊，蔡振仲.細(xì)水霧——開(kāi)創(chuàng)船舶消防的新時(shí)代[J].水上消防，2007 (6): 42.

[6] 徐天曉，于再紅.深水鉆井船水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].船舶，2013 (6): 55.