現(xiàn)代消防船對(duì)外消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈蓉萍

（上海佳豪船海工程研究設(shè)計(jì)有限公司，上海 201612）

0 引 言

由于陸上消防設(shè)施在沿海碼頭作業(yè)具有一定的局限性，如易受道路交通的影響、裝載的消防用水和濃縮泡沫液有限等，導(dǎo)致各港口對(duì)消防船的需求量不斷增加。現(xiàn)代消防船能為海上石油鉆井平臺(tái)及其輔助平臺(tái)提供安全保障，是一種與陸上消防設(shè)施相輔相成的新型消防系統(tǒng)。

專(zhuān)業(yè)消防船一般具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，最大航速通常能達(dá)到16～17kn，應(yīng)急反應(yīng)迅速；同時(shí)，隨著船型的不斷加大，其濃縮泡沫液、干粉和CO2等消防介質(zhì)的裝載量逐漸增多，能承擔(dān)長(zhǎng)時(shí)間的滅火任務(wù)。因此，消防船在沿岸石油化工企業(yè)和離岸物流船舶（大型郵船、貨船）的消防滅火工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

1 “浦消一號(hào)”消防船

“浦消一號(hào)”消防船（見(jiàn)圖1）為新型多用途1200t近海消防船，總長(zhǎng)約53.2m，型寬12.8m，型深6.0m，設(shè)計(jì)吃水4.0m，最大航速約16.3kn，續(xù)航力1800n mile。該船是采用當(dāng)前最新的消防公務(wù)船設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的，配置有先進(jìn)可靠的推進(jìn)動(dòng)力和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，已于2017年5月交付使用。該船主要承擔(dān)近海海域的消防滅火救援任務(wù)，同時(shí)具有對(duì)岸供水、溢油處置、拖帶遇險(xiǎn)船舶和海上救援等功能，配備有先進(jìn)的搜救、救援設(shè)備。

圖1 “浦消一號(hào)”消防船

“浦消一號(hào)”消防船是當(dāng)前國(guó)內(nèi)消防能力最強(qiáng)、裝備最先進(jìn)的消防船之一，雖然其船籍符號(hào)申請(qǐng)的是“二類(lèi)消防船”，但其對(duì)外消防系統(tǒng)的實(shí)際配置達(dá)到了“三類(lèi)消防船”的要求。該船對(duì)外水消防系統(tǒng)功能齊全，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，包含3臺(tái)機(jī)帶對(duì)外消防泵和10門(mén)射程、流量不同的消防炮，整個(gè)系統(tǒng)由船用對(duì)外消防系統(tǒng)廠家挪威FFS提供，最大滅火水量達(dá)到3.5t/s，最大消防炮射程約245m。該船具有對(duì)外水滅火、對(duì)外泡沫滅火、對(duì)外CO2滅火和對(duì)外干粉滅火的能力，可根據(jù)火災(zāi)的類(lèi)型和特性選擇合適的滅火方式。

2 對(duì)外水消防系統(tǒng)

2.1 對(duì)外水消防系統(tǒng)的功能

對(duì)外水消防系統(tǒng)主要用于撲滅A類(lèi)火災(zāi)，即由易燃固體引起的，一般在燃燒時(shí)產(chǎn)生灼熱灰燼的火災(zāi)[1]。該系統(tǒng)通常用于遠(yuǎn)程滅火，起到初步冷卻、降溫和隔離的作用，從而達(dá)到滅火的目的。

“浦消一號(hào)”消防船配有水霧系統(tǒng)，具有“Water Spraying”標(biāo)志（見(jiàn)圖2），能對(duì)暴露于火場(chǎng)的輻射熱的船舶垂直表面提供有效冷卻的水霧，使船舶能在滅火或開(kāi)展?fàn)I救作業(yè)時(shí)盡量接近燃燒目標(biāo)，以更好地達(dá)到滅火的目的[2]。

圖2 水幕系統(tǒng)

2.2 對(duì)外水消防系統(tǒng)的組成

對(duì)外水消防系統(tǒng)主要由對(duì)外消防泵、對(duì)外消防泵驅(qū)動(dòng)裝置、消防水炮（通常兼作泡沫炮）、消防四通站及相關(guān)閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。2018年版《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》的第8篇第1章對(duì)第1類(lèi)、第2類(lèi)和第3類(lèi)消防船的最低配置有明確的要求，具體見(jiàn)表1[2]。

“浦消一號(hào)”消防船的對(duì)外消防泵由主機(jī)自由端和專(zhuān)用對(duì)外消防柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，中間通過(guò)高彈和離合器齒輪箱相連。該船的消防管路采用串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，只要任意一臺(tái)柴油機(jī)具有工作能力，就能保證消防炮正常工作。當(dāng)3臺(tái)對(duì)外消防泵同時(shí)工作時(shí)，總滅火水量高達(dá)12600m3/h，操作人員可啟動(dòng)任意1門(mén)或多門(mén)（甚至全部10門(mén)）對(duì)外消防炮，最大射程達(dá)245m，起到遠(yuǎn)距離滅火的作用。此外，該船配置有2套全回轉(zhuǎn)舵槳和可調(diào)螺距側(cè)推器，用于克服消防炮工作時(shí)的后坐力，保持消防船的相對(duì)穩(wěn)定。船上燃油艙的配置能使該船持續(xù)對(duì)外消防滅火100h。該船對(duì)外水消防系統(tǒng)具體配置見(jiàn)表2。

表1 不同類(lèi)型消防船最低配置要求

表2 “浦消一號(hào)”消防船對(duì)外消防系統(tǒng)具體配置

2.3 對(duì)外水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

對(duì)外水消防系統(tǒng)根據(jù)消防炮的數(shù)量和功能的不同，其設(shè)計(jì)的難易程度有所不同。消防炮的數(shù)量越多，功能越強(qiáng)大，閥件越多，其控制越復(fù)雜。對(duì)外水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1) 由于對(duì)外消防泵的流量通常較大，在根據(jù)建造規(guī)格書(shū)和船級(jí)社的要求選擇好對(duì)外消防泵的型號(hào)之后，應(yīng)充分對(duì)其汽蝕余量進(jìn)行計(jì)算，確保對(duì)外消防泵進(jìn)口有效汽蝕余量大于對(duì)外消防泵的必須汽蝕余量，避免出現(xiàn)空轉(zhuǎn)和汽蝕等現(xiàn)象。

2) 對(duì)外消防泵的吸入管路應(yīng)盡量短和直。吸入管路內(nèi)的最大設(shè)計(jì)水速一般不超過(guò)2m/s。海底門(mén)格柵的凈流通面積通常要大于海水閥入口面積2～3倍。“浦消一號(hào)”消防船對(duì)外消防泵吸入管通過(guò)增大異徑和斜切45°等方式增大吸入口面積，盡可能地降低進(jìn)口流速。此外，該吸入管斜切口應(yīng)朝向水流較大的方向。

3) 設(shè)計(jì)對(duì)外消防泵與其進(jìn)口閥啟動(dòng)連鎖。對(duì)外消防泵啟動(dòng)之前，應(yīng)確保其進(jìn)口閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，使整個(gè)對(duì)外消防泵充滿水，防止其空轉(zhuǎn)，燒壞其密封，使整個(gè)對(duì)外消防泵癱瘓。

4) 應(yīng)在對(duì)外消防泵的出口閥處設(shè)置較小管徑的旁通管路，防止主消防管路水流突然增大破壞管路和消防炮。當(dāng)對(duì)外消防泵在主機(jī)怠速的情況下與主機(jī)合排時(shí)，首先應(yīng)打開(kāi)旁通閥，關(guān)閉出口閥，使整個(gè)對(duì)外消防系統(tǒng)管路逐漸充滿水，在消防炮處有水出來(lái)之后再打開(kāi)對(duì)外消防泵出口閥，關(guān)閉旁通閥，提高主機(jī)的轉(zhuǎn)速，使主機(jī)和對(duì)外消防泵全負(fù)荷運(yùn)行。

5) 在對(duì)外消防泵處接固定泄放管路。在對(duì)外消防結(jié)束之后，需關(guān)閉對(duì)外消防泵的出口閥，打開(kāi)旁通閥和舷側(cè)閥，防止主消防管路內(nèi)巨大的水流在重力的作用下沖擊對(duì)外消防泵的葉輪。打開(kāi)對(duì)外消防泵的泄放閥，泄放掉管路和對(duì)外消防泵內(nèi)的海水，防止其長(zhǎng)期浸泡在海水中，加速腐蝕。

6) 嚴(yán)格計(jì)算船舶的穩(wěn)性。一門(mén)流量為3600m3/h、射程為245m的消防炮，其后坐力達(dá)到64.8kN，消防炮所在位置的結(jié)構(gòu)和管路應(yīng)作特別加強(qiáng)。對(duì)外消防滅火作業(yè)的穩(wěn)性核算計(jì)及所有參與對(duì)外消防滅火作業(yè)的消防炮以最大的排量向?qū)Υ白畈焕姆较驀娚鋾r(shí)所產(chǎn)生的最大橫傾力和力矩[3]。

7) 船舶需配置一定功率的主推進(jìn)系統(tǒng)和側(cè)推器，以便克服各消防炮的后坐力，使消防船在開(kāi)展滅火作業(yè)時(shí)保持自身位置基本不變。若有其他措施能確保船舶在開(kāi)展滅火作業(yè)時(shí)保持自身位置基本不變，則可不配置側(cè)推器。

3 對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)

3.1 對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)的功能

泡沫濃縮液與海水在泡沫比例混合器中按一定的比例混合形成泡沫劑，起到增大消防介質(zhì)與火源的接觸面積、隔絕空氣和降低溫度的作用，從而達(dá)到滅火的目的，主要用于B類(lèi)和C類(lèi)火災(zāi)，即由一些液體或氣體引起的火災(zāi)，如柴油、原油、瀝青、甲醇和天然氣等[1]。

目前船上使用的泡沫劑通常為空氣泡沫劑，主要有水成膜泡沫、氟蛋白泡沫和普通蛋白類(lèi)泡沫等3種，其中：普通蛋白類(lèi)泡沫滅火劑具有良好的耐火性，缺點(diǎn)是易受油品的污染；氟蛋白泡沫滅火劑具有很好的流動(dòng)性，即使受到油品的污染也不會(huì)輕易消泡，但價(jià)格比普通蛋白類(lèi)泡沫滅火劑高很多；水成膜泡沫滅火劑是指能在烴類(lèi)液體表面形成水膜的泡沫滅火劑[4]，是目前船上應(yīng)用較普遍的滅火劑，除了具有耐熱、耐火和耐油等優(yōu)點(diǎn)以外，還能在燃燒表面形成一層水膜，與泡沫層一起覆蓋在燃燒物表面。此外，水膜高溫汽化能降低周邊的溫度，并稀釋燃燒液體表面的含氧量，具有效率高、速度快和防復(fù)燃性能好等優(yōu)點(diǎn)。

泡沫可按發(fā)泡倍數(shù)分為低倍泡沫、中倍泡沫和高倍泡沫等3種。發(fā)泡倍數(shù)是指泡沫體積與構(gòu)成該泡沫的泡沫溶液的體積的比值。低倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般小于20倍，最為普遍；中倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般為21～200倍，可用于撲滅海面上的流淌火；高倍泡沫的發(fā)泡倍數(shù)一般大于201倍，通常應(yīng)用于便攜式消防設(shè)備中[5]。“浦消一號(hào)”消防船上配置有低倍泡沫、中倍和高倍泡沫滅火系統(tǒng)。

3.2 對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)的組成

對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)通常與對(duì)外水消防系統(tǒng)共用管路和消防炮，由對(duì)外消防泵提供水源。“浦消一號(hào)”消防船的10門(mén)消防炮既能?chē)娝帜車(chē)娚渑菽?duì)外泡沫滅火系統(tǒng)主要由泡沫輸送泵、泡沫循環(huán)泵、泡沫比例混合器、泡沫炮、相應(yīng)的閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

3.3 對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

對(duì)外泡沫滅火系統(tǒng)的應(yīng)用通常分為2部分：一部分為泡沫濃縮液的注入、排出、透氣和清洗；另一部分為對(duì)外噴射與海水混合的泡沫液。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1) 泡沫濃縮液具有腐蝕性，因此泡沫液管、泡沫艙、穿過(guò)泡沫艙的管子和管路上的閥附件均應(yīng)選擇防腐型的材料，通常選擇不銹鋼材質(zhì)或在外側(cè)做防腐涂層。另外，應(yīng)設(shè)置清洗管路和低位泄放管路，在完成滅火作業(yè)之后，及時(shí)泄放和清洗，防止腐蝕。

2) 在計(jì)算泡沫管路阻力和選擇管徑時(shí)，先明確該船即將使用的泡沫液種類(lèi)，選擇不同的泡沫液會(huì)有不同的黏度，對(duì)應(yīng)選擇的泡沫泵和泡沫管管徑有所不同。

3) 泡沫艙的透氣裝置推薦使用真空壓力閥，泡沫濃縮液通常要求密封保存，長(zhǎng)期暴露在大氣中會(huì)使其變質(zhì)，從而影響滅火效果。另外，從價(jià)格的角度考慮，越好的泡沫濃縮液越貴，應(yīng)根據(jù)廠家的要求妥善保存。即使不使用PV閥，而是用常規(guī)的空氣管頭，在不使用泡沫液時(shí)，建議用盲板將空氣管封死，當(dāng)需要使用時(shí)及時(shí)打開(kāi)。

4) 為獲得更好的濃縮泡沫液與海水的混合液，泡沫比例混合器進(jìn)口處應(yīng)有長(zhǎng)度大于等于5倍管徑的直管段，出口處應(yīng)有長(zhǎng)度大于等于3倍管徑的直管段。不同泡沫比例混合器廠家對(duì)這些數(shù)據(jù)的要求會(huì)稍有不同。

5) 消防炮前面的閥與消防炮的最小距離必須大于1倍閥的通徑，且泡沫炮前至少有1m的直管段，防止紊流影響消防炮的射程。

4 對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)

4.1 對(duì)外干粉系統(tǒng)的功能

對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）的工作原理與噴射泵類(lèi)似，即以氮?dú)馄績(jī)?nèi)儲(chǔ)存的高壓氮?dú)庾鳛閯?dòng)力，將干粉罐內(nèi)的干粉帶出干粉炮。干粉滅火系統(tǒng)普遍用于撲滅B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)和E類(lèi)火災(zāi)，作用廣泛。不同于水或泡沫，干粉通常可用于撲滅電器設(shè)備引起的火災(zāi)，同時(shí)不像CO2有導(dǎo)致人員窒息的危險(xiǎn)，因此干粉滅火有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。

圖3 對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)

4.2 對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)的組成

對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)通常由干粉廠家打包供應(yīng)，船廠負(fù)責(zé)安裝和外接管路。一套完整的對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)通常由干粉罐、一定數(shù)量的氮?dú)馄俊p壓閥、干粉炮、干粉軟管及卷盤(pán)、手持干粉槍、相應(yīng)的閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

“浦消一號(hào)”消防船的對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)由1個(gè)2000kg的干粉罐、9個(gè)68L的氮?dú)馄拷M、1個(gè)噴射率為30kg/s且射程不小于32m的干粉炮、2套噴射率為5kg/s且射程不小于12m的干粉槍及卷盤(pán)、其他閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

4.3 對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)包括“干粉系統(tǒng)管路原理圖”和“干粉房間布置圖”。該系統(tǒng)相比其他系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1) 手動(dòng)就地啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，按下就地啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)，打開(kāi)高壓氣瓶（即氮?dú)馄浚┢款^閥，待罐內(nèi)粉氣混合物的壓力達(dá)到一定數(shù)值之后，自動(dòng)開(kāi)啟出口球閥，釋放干粉滅火劑。

2) 手動(dòng)應(yīng)急操作。當(dāng)手動(dòng)就地啟動(dòng)失敗時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)裝置上的緊急手輪，手動(dòng)打開(kāi)儲(chǔ)氣瓶瓶頭閥和高壓氣瓶瓶頭閥，待罐內(nèi)粉氣混合物的壓力達(dá)到一定數(shù)值之后，手動(dòng)打開(kāi)出口球閥，釋放干粉滅火劑。

3) 每次使用之后都要手動(dòng)開(kāi)啟沖洗瓶頭閥，手動(dòng)開(kāi)啟需沖洗管路的相應(yīng)球閥、干粉炮和干粉槍管路進(jìn)行管路沖洗。

4) “浦消一號(hào)”消防船的干粉炮通過(guò)卡套固定布置在最高處的消防炮上，通過(guò)控制消防炮的水平橫移和俯仰角調(diào)整干粉炮的噴射角度，以便發(fā)揮消防炮的作用。

5 對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)

5.1 對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)的功能

對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)通過(guò)釋放CO2降低空氣中的氧氣含量，從而達(dá)到滅火的目的，普遍用于撲滅B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)和E類(lèi)火災(zāi)。由于CO2操作不當(dāng)有可能對(duì)人員造成窒息的危險(xiǎn)，因此通常在密閉處所確保無(wú)人之后再釋放。對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)相對(duì)于對(duì)外干粉滅火系統(tǒng)，能確保不對(duì)精密儀器設(shè)備本身造成傷害和污染，因此使用較多。

5.2 對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)的組成

對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)通常由設(shè)備廠家打包供應(yīng)，船廠負(fù)責(zé)安裝和外接管路。一套完整的CO2滅火系統(tǒng)由CO2氣瓶組、氣動(dòng)釋放閥、手動(dòng)釋放閥、遙控施放站、背壓閥、信號(hào)叫笛、CO2施放軟管及噴槍、相應(yīng)的控制閥件、管路及其控制系統(tǒng)組成。

5.3 對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)包含“CO2站室布置圖”“CO2管路系統(tǒng)原理圖”和“CO2滅火計(jì)算書(shū)”，這3份圖紙要求送審船級(jí)社認(rèn)可。對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1) CO2釋放建議在較為封閉的無(wú)人處所進(jìn)行，若要在開(kāi)敞處所釋放，由于CO2比空氣重，建議站在上風(fēng)向。若條件允許，最好穿戴消防員裝備，帶好消防氧氣瓶進(jìn)入滅火區(qū)域。

2) “浦消一號(hào)”消防船的對(duì)外CO2滅火系統(tǒng)的各高壓鋼瓶?jī)?nèi)共儲(chǔ)存有1.5t CO2，4只CO2噴槍能在1.5min內(nèi)將1.5t CO2全部釋放，另配有50m高壓軟管1根，盤(pán)車(chē)機(jī)1個(gè)，可將消防船上的CO2高壓軟管拉至難船的機(jī)艙內(nèi)滅火。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文所述4類(lèi)消防滅火系統(tǒng)是目前主要采用的滅火系統(tǒng)，各系統(tǒng)的獨(dú)立陸基應(yīng)用已較為成熟。“浦消一號(hào)”消防船是將這4種滅火系統(tǒng)集成裝船使用的大型多用途消防船，在對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行裝船設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)船舶的特性做合理的設(shè)計(jì)調(diào)整，以保證各系統(tǒng)裝船之后正常運(yùn)行。此外，“浦消一號(hào)”消防船的順利交付說(shuō)明消防船的大型化、功能多樣化和集中化已成為可能，乃至已成為趨勢(shì)，可供同類(lèi)船型的設(shè)計(jì)和建造借鑒，為后續(xù)沿海設(shè)施的消防提供了新思路。