貨滾船滾裝處所水霧系統的選型和應用

王振宇，張馮君

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210000）

0 引言

金陵船廠為澳大利亞船東建造的貨物滾裝船，掛澳大利亞旗，入級英國勞氏船級社，用于澳洲幾個海島之間的定點航線，設計最低環境溫度為?10 ℃。該船共4層甲板可裝貨，甲板1/2/3為封閉滾裝處所，甲板4為露天甲板，甲板4局部的上方被居住甲板甲板5覆蓋，屬于露天滾裝處所。全船可裝載小轎車、裝運集裝箱的拖車等滾裝貨物。按照船東要求，本船選用 UNITOR公司設計的XFLOW系統，最大水壓為1.6 MPa，屬于低壓水霧，用于全船滾裝處所的保護。

1 滾裝處所水霧型式基本定義

MSC.1/Circular.1430將水霧系統定義為2種：

1）性能試驗型（Performance）：系統應在特定的噴嘴和布置情況下，做滅火試驗，根據試驗結果決定設計的基本參數。

2）規則定義型（Prescriptive）：是指根據規則要求的參數，如最小釋放水量、最大噴嘴間距等設計的系統。

目前市場上主流的高壓水霧系統均為性能試驗型，而本船使用的XFLOW系統，屬于規則定義型。

2 水霧系統種類

水霧系統可分為：

1）暴雨式噴淋系統

噴嘴不帶感溫包（開式噴嘴），管子通過噴嘴與周圍相通，里面壓力即是大氣壓。系統可通過手動或自動進行釋放。

2）濕管式噴淋系統

噴嘴自帶感溫包（閉式噴嘴），管路里充滿水，當感溫包破裂后，水會自動流出，觸動管路上的流量開關，進而啟動水霧泵和釋放閥。

3）干管式噴淋系統

噴嘴自帶感溫包（閉式噴嘴），管路里充滿干空氣或氮氣，在感溫包破裂后，氣體流出，觸動管路上的流量開關，進而啟動水霧泵和釋放閥。

4）預激發式噴淋系統

噴嘴自帶感溫包，也可以是開式噴嘴不帶感溫包。專門的火警探測系統布置在被保護區域作為補充。當探頭探測到火警時，自動打開釋放閥，水流向噴嘴。帶感溫包的噴嘴在達到一定溫度時，感溫包熔化，噴嘴出水；開式噴嘴則直接出水。

3 滾裝處所水霧設計選型

滾裝處所水霧設計選型有以下幾個步驟及注意點。

1）明確滾裝處所的類別

滾裝處所分為3類：

（1）開式滾裝處所。貨艙的兩端或一端為敞開式，或存在露天甲板的區域。

（2）封閉滾裝處所。航行時貨艙處于封閉狀態。、

（3）特殊區域。車輛能夠到達的區域，或者人員能夠到達的區域。

2）查詢并明確各類噴淋系統適用范圍

根據 2012年 5月通過的 IMO MSC.1/Circular.1430通函，對貨物滾裝船上滾裝處所的水霧的要求如表1所示。

表1 滾裝處所水霧型式

3）查詢并明確 SC.1/Circular.1430最小釋放水量的規定

MSC.1/Circular.1430中規定了最小釋放水量，見表2。

表2 最小釋放水量

對于滾裝處所存在非水密的中間甲板或活動甲板，無論何種型式的系統，其最小覆蓋范圍都應在表2的基礎上再乘以2倍。如本船甲板2非水密的中間甲板，此處最小覆蓋范圍應為甲板 2上方（甲板3倒掛）280 m范圍內+甲板2下方280 m范圍。

4）確定本船滾裝區域的尺寸

滾裝區域的尺寸見表3。

表3 滾裝區域的尺寸

5）水量對比

水量對比可用式（1）計算。

式中：

Z

為2種水量之比；

Q

為某一層高范圍內濕管式噴淋系統最小水量，mm/min；

F

為某一層高范圍內濕管式噴淋系統最小覆蓋范圍，m；

Q

為某一層高范圍內（暴雨式、干管式或預激發式）3種噴淋系統最小水量之一，mm/min；

F

為某一層高范圍內（暴雨式、干管式或預激發式）3種噴淋系統最小覆蓋范圍之一，m。以濕管式與干管式在甲板2的水量對比（

Z

）為例。根據表3，查出對應區域層高為2.5 m～6.5 m，根據式（1）和表2，得：

Q

=15 mm/min，

F

=280 m，

Q

=15 mm/min，

F

=365 m，故

Z

=77%。以濕管式與暴雨式在甲板3的水量對比（

Z

）為例，根據表3，查出對應區域層高在6.5 m～9 m之間，被保護區域的全寬

B

=28 m，根據式（1）和表2，得：

Q

=20 mm/min，

F

=280 m；

Q

=15 mm/min，

F

=1 120 m。故

Z

=33%。

6）與干散貨船相比，滾裝船空船重量較大，重心較高，且滾裝類貨物分層裝載，滿載后，每層貨艙均有一定的虧艙空間，會導致船舶整體的重心偏高。一旦消防水在滾裝貨艙內大量積聚會在很大程度上削弱滾裝船的穩性，也會加劇船舶的橫傾和縱傾。多年來，先后發生過數次消防水量自由液面對船舶產生重大影響的事故，因此在規范允許的范圍內，選擇所需水量最小的系統。

7）該船建造規格書明確最低環境溫度為?10 ℃，由于貨艙通風緣故，滾裝封閉處所理論溫度等同于外界環境溫度。當環境溫度為?10 ℃時，在濕管式中注入乙二醇防凍液，可有效防止冰凍。

基于以上步驟和注意點，最終在屬于封閉滾裝區域的甲板 1/2/3選用濕管閉式噴嘴，屬于露天區域的甲板4選用暴雨干式噴嘴。濕管式和暴雨式噴嘴系統共用1套泵站。

4 滾裝處所水霧系統應用注意事項

1）對于濕式噴嘴感溫包溫度，需要根據表4要求選用，不能混用。

表4 不同層高溫包范圍

2）水霧噴嘴的布置要求

水霧廠家會根據總布置圖，提供第1版水霧布置圖。隨后船廠設計部門應在船體結構圖出來后，在廠家圖紙基礎上調整布置噴嘴。后續電纜托架、管系都應不會對水霧進行干涉。必要時，需要增加噴嘴數量，以彌補被電纜和管系干涉導致的覆蓋損失。

3）大梁的影響

滾裝船由于每層甲板都會承載裝滿貨物的車輛，甲板反面每隔一定距離會布置大量的T型大梁作為結構加強。

MSC.1430要求：如果大梁高度小于600 mm，噴嘴可與大梁平齊，或比大梁下沿還高；如果大梁高于600 mm，則噴嘴最多只能布置在距離上層甲板600 mm高度處。

由于近年來滾裝船甲板承受載荷越來越大，相應的大梁結構也越來越強。目前IMO已出臺新的解釋，對于開式噴嘴，可以不用考慮上述600 mm高度的限制，但濕式噴嘴仍適用。因此還需要核查噴嘴的噴射角度是否會與大梁干涉。本船選用的噴嘴角度，在600 mm高度范圍的限制下，出水時沒有被大梁干涉。

4）噴嘴間距

通過船級社認證的噴嘴，一般在船檢證書上標有噴嘴之間最大距離的要求、噴嘴距最近艙壁的最大距離要求等，布置時需要進行校核。

5）特殊區域的噴嘴布置

如連接滾裝區域每層甲板坡道下方、滾裝區域兩側專門供人員通行的通道等。只要這些區域與貨艙相通，就必須要布置噴嘴進行保護。

6）水霧泵站

泵站布置位置應位于被保護的滾裝區域外，本船水霧泵站位于機艙內。

應有備用泵。可以使用1用1備，也可以是3臺，每臺50%。本船由于泵站位置正好處于滾裝坡道下方的機艙區域，層高有限。本船選擇了3臺50%，降低單泵的排量，減少泵的尺寸。

7）電氣防護

系統電氣組件如控制箱等，無論布置在哪里，IP 54是其最低要求。

5 實船系統簡介

全船共分6個大區保護。每個大區配有獨立的遙控分區閥。1區～5區屬于封閉滾裝區域，全部使用濕式封閉噴嘴；6區是露天區域，使用開式噴嘴。

在1區～5區的每個區中，由于甲板2屬于非水密的中間甲板，此處保護區域需要考慮位于甲板2的上方（2區）和下方（1區首部）共560 m的范圍，因此此處是整個封閉滾裝處所水量最大的區域。同時由于此處水一旦釋放，必須依靠艙底水系統排出，故計算的理論水量還要作為艙底水系統管路尺寸的依據。

上述水量最后需要與6區（甲板4）比較，取大者作為泵站和系統設計的依據，本船是6區（甲板4）水量較大。

圖1為本船滾裝處所水霧系統原理圖。系統初次使用時，1區～5區管路中要先充滿淡水和防凍液的混合液，直到每區透氣閥10冒出液體為止。系統處于正常備用時，1區～5區分區閥12處于打開位置，泵站中的微型保壓泵4根據系統壓力反饋，隨時從淡水艙補水加入系統；而6區的分區遙控閥11則關閉。如果封閉滾裝處所內局部噴嘴感受溫度而破裂，管內水流出，對應分區的流量開關觸發，系統自動啟動2臺主泵1和2，從舷側吸入海水；如果系統壓力未達到設定值，備用泵3自動啟動；如果露天滾裝處所（6區）發現火警，則可通過就地按鈕，人工啟動水泵1和2以及分區閥11，向6區釋放水霧。

圖1 滾裝處所水霧系統原理圖

6 滾裝船水霧系統對船舶排水設計的影響

為了避免船舶滅火時噴射出的大量水霧形成的積水對船舶穩性造成影響，滾裝車輛處所內應布置良好的排水設施，在排水設計時需要特別注意以下幾個方面：

1）艙底水系統（適用于水線以下滾裝處所的排水）

艙底水系統要確保至少布置4個污水井，且前后均有。每個污水井容量至少0.15 m，且越大越好。

2）艙底水泵的排量

式中：

Q

為所在區域水霧釋放水量+適當數量消防栓水量。消防栓股數根據所裝貨品分別為2股或4股，本船裝危險品，故選4股。

艙底水管管內流速不允許超過2 m/s。

艙底水管截面積需要滿足下水條件：（1）主管為

A

≥0.625

Q

；（2）支管為

A

≥0.625

Q

/

J

。

Q

為所在區域水霧釋放水量+4股消防栓水量，m/s；

J

為該區域艙底水管支管數量，也就是對應污水井的數量。

本船的1區～3區均用艙底水系統進行排水。

2）疏排水系統（適用于水線以上滾裝處所的排水）

甲板上每側至少要有4個排水口均布，每根排水管直徑至少125 mm，每側排水管總截面積按式（3）計算。

式中：

Q

為所在區域水霧釋放水量+4股消防栓水量，m/s；

h

為落水口到出舷口的高度差，m；Σ

h

為落水口管路的沿程阻力損失，m。

本船的4區～6區均用疏排水系統進行排水，水經排水口靠重力排到舷外。

3）保護罩

無論是艙底水污水井還是落水口，均應該布置保護罩，主要是防止水霧釋放時直接進入污水井或落水口。

保護罩需要滿足的條件包括：（1）鋼絲網保護，鋼絲網孔不應該超過25 mm；（2）保護罩需要鋼絲網制作，鋼絲網總的流通面積至少為6倍于落水口或污水井開孔大小。（3）保護罩處需要做醒目標志“Drain opening – do not cover or obstruct”，字高至少50 mm。

7 結論

根據規范要求，通過對貨物滾裝船水霧消防系統進行選型分析，介紹水霧實船布置以及對相關艙底水系統和疏排水系統的影響，指出各個部分的注意事項，為滾裝船水霧消防系統的設計提供參考。