火車運輸船滾裝區消防系統設計及應用

姚堂毅 陳朋 左小明 徐進初 蔣勇剛

摘? ? 要：本文根據該船型特點和要求，介紹了該船消防系統的結構和組成，分析了系統的工作原理，闡述了滾裝區消防系統的設計要點和消防監測系統的工作流程。

關鍵詞：滾裝船;火車運輸;消防系統;設計要點;水噴淋

中圖分類號：U664.88 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Design and Application of Fire-fighting System in

Ro-Ro Area of Train Carrier

YAO Tangyi， CHEN Peng， ZUO Xiaoming， XU Jinchu， JIANG Yonggang

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： According to the characteristics and requirements of the train ro-ro ship， this paper introduces the structure and composition of the ship's fire-fighting system， analyzes the working principle of the system， expounds the design points of the fire-fighting system in the ro-ro area and the work flow of the fire monitoring system.

Key words： Ro-ro ship; Train transportation; Fire-fighting system; Design points; Water spray

1? ? ?前言

根據運輸貨物的不同，運輸船大致可分為：散貨船、集裝箱船、滾裝船、油船、化學品船及客輪等六種。隨著海上貿易的增多，引發船舶火災的機率也不斷增加，火災事故的發生不僅造成大量的人員傷亡和財產損失，而且對海洋環境造成嚴重的污染。所以對船舶進行防火、防爆，特別是貨船的防火問題已成為海上貿易的關鍵因素。

2? ? ?滾裝船消防系統特點

火車運輸船屬于滾裝船類別，其消防系統有：水滅火系統;CO2系統滅火系統;壓力水霧滅火系統和高倍泡沫滅火系統等形式。一般滾裝船多采用水滅火系統和高壓水霧滅火系統相結合的方式。

船舶水滅火系統的要求根據船舶類型不同而各有差異。系統由消防泵、管系、閥件、消防水帶、消防水槍、消火栓及國際通岸接頭等組成，其具有相應速度快、瞬時、高效、自動化程度高、在一定時間內不受火災影響等特點，廣泛用于撲滅起居處所、貨艙等處的火災。

水滅火系統除了用于撲滅火災外，還用于對甲板、艙室和通道地板的情況，以及起錨時沖洗錨鏈和錨鏈桶上的淤泥，在夏季還能噴淋甲板，防止因陽光直射甲板而引起油艙溫度的升高。

各國的規范和SOLAS公約等都對水滅火系統的裝備和系統的配置提出了各種要求，水滅火系統是保障船舶安全的一個極為重要的系統。

3? ? ?滾裝區消防系統設計

滾裝區消防設計需要考慮多方面的因素，需結合滾裝的模式及船型的結構特點，針對性地進行消防系統設計及核算。包括：采用的消防方式;消防設備的布置;系統水量及噴淋數量的核算;系統控制方法;應急系統;貨物擺放狀態;以及結構穩性、受力區域等。

3.1? ?船型特點

本船為軌道車輛運輸船，用于在美國和墨西哥之間航行的軌道車輛運輸，船體結構示意圖如圖1所示。全船采用雙層滾裝模式并鋪設鐵軌，尾部設置雙低速柴油機，采用雙螺旋槳驅動，首部使用側推輔助定位。

本船整體船長180 m、型寬38.6 m、總高約50 m，采用船尾滾裝模式;機艙布置在尾部主甲板下，舯部底層為壓載艙，上部為裝載區;本船具有135節火車箱裝載能力。

3.2? ?消防方式選擇

根據本船結構特點和相關規范對貨船固定式滅火系統的配備標準，本船消防系統選用水噴淋滅火系統與高壓細水霧滅火系統相組合的形式。其中，水噴淋滅火系統用于滾裝區域的消防控制;高壓水霧系統用于機艙區域的消防滅火控制，其他位置布置消防栓進行防火覆蓋。

3.3? ?消防設計要點

根據船型特點及消防方式選擇，本船滾裝區消防系統的主要形式分為：滾裝區的自動水噴淋滅火系統;全船手動消防栓系統和消防炮滅火系統等。各系統的設計及布置按照分區控制、整體聯動的原則進行規劃。

3.3.1消防分區設置

本船滾裝區長166.4 m、寬約38.6 m、整體面積約6423.04 m2。由于滾裝區域面積比較大，根據相關的船舶消防規范要求，滾裝區采用分區模式進行防火控制，共劃分為八個防火分區，如圖2和圖3所示。其中：上甲板首部為No.1分區;主甲板上從船尾到船首的分區順序依次為No.2～No.8分區。每個分區設置獨立的總控蝶閥進行水量控制。

滾裝區的消防探測系統，也按照分區控制的模式進行設計，每個分區的著火探測系統與對應的噴淋系統進行聯動信號控制，分區之間互不影響。當一個區域產生火災時，本區域噴淋系統動作進行噴淋滅火，其他區域噴淋系統不會發生誤動作。

3.3.2? 水噴淋滅火系統設計

（1）噴淋水泵及總管設置

本船自動噴淋系統設置3臺供水泵，其中2臺為獨立水泵（每臺按滿負荷的50%進行供水），另1臺由消防炮水泵兼作為備用，從而保證整個消防系統具有較大的裕量，以應對可能的突發情況。每臺獨立水泵流量為550 m3/h、壓力為0.8 MPa;消防炮水泵流量為3 600 m3/h、壓力為1.2 MPa。

根據規范對于防止機艙失火影響消防系統運作的要求，所有泵設備安裝在首部設備間，防止由于機艙失火影響消防系統的運行。

人行通道布置在船體兩側，通道分上下兩層。根據分區設置原則和層高的要求，噴淋總管設置在左舷通道上層，通徑300 mm，通過蝶閥進行分區供水和控制。噴淋總管布置圖，如圖4所示。

（2）噴淋管路設計

噴淋管路布置圖，如圖4所示。火車裝載區設置在船體中間位置，整個噴淋管路按照分區原則進行布置，每個分區通過主管與左舷的總管連接，總管通過首部設備間的噴淋水泵進行供水。

本船主甲板層高為6 000 mm、上甲板6 500 mm、火車車廂高度約為5 300 mm，為了保證噴淋效果，噴淋管不得設置過低，其距離頂部甲板不得超過600 mm，同時要滿足噴水效用地面區域全覆蓋的要求。

噴淋系統采用海水進行噴淋作業，管路設計的主要控制點如下：

① 通道布置消防總管需滿足凈層高≥1900的要求;

② 本噴淋系統屬于干式系統，總管需設置末端泄放裝置，以保證作業后排干管內殘液;

③ 噴淋管路與電氣管路設計采用分層布置方法，達到整齊美觀;

④ 管路布置開孔需避開結構強力柱1200 mm范圍;

⑤ 管子盡量平直，減少彎曲，避免壓力損失過大;

⑥ 管子盡量避免穿結構開孔，無法避免時在穿孔位置設置拱形結構加強;

⑦ 該船運行路線存在較低溫情況，末端噴淋管路設計時注意考慮管子的泄水性能，避免積水結冰破壞管路;

⑧ 管路設計時應考慮膨脹性能，在每超過20 m處需設置膨脹彎，防止管路熱脹冷縮導致系統密封性能下降。

（3）噴淋頭布置

滾裝區分為上下兩層：上層噴淋頭較少，布置在上建底部區域;下層噴淋頭較多，覆蓋整個滾裝區域。噴淋頭的布置圖，如圖4所示。

噴淋頭材質應能耐海上大氣腐蝕。本船上甲板上建底部區域噴頭，型號為TYCO-CJ63，材質SS316L，噴頭末端高度距離頂部甲板600 mm;主甲板層噴頭，型號為TYCO-CJ42、材質SS316L，噴頭末端距離頂部甲板面370 mm。

噴頭設置應注意避開復雜的結構和大梁，避免結構阻擋噴淋水。同時，噴頭的三維建模設計要采用反向設計法：首先，根據船體結構背景，進行噴頭的三維設計建模，把所有的噴頭位置布置到位;然后，提取相關的設計參數提供給噴淋系統廠家進行核算及系統優化，最后確定噴頭的數量及系統管路布置。通過反向設計可以提高設計效率，減少廠家的修改量和協調誤差。

3.3.3通道消防栓系統設計

（1）水泵計算及布置

滾裝區兩側的手動水消防栓，設置1臺獨立供水泵布置在首部設備間，滿足規范關于噴水泵應位于遠離任何 A 類機器處所的位置，且不應位于需要由該噴水器系統保護的任何處所內的要求。水泵設計流量為140 m3/h、壓力為0.8 MPa。通過消防管路直接給各處的消防栓供水進行消防覆蓋。

（2）管路設計及消防栓

本船右舷上層通道為主要應急逃生通道，因此通道的層高必須滿足≥2 000 mm的要求。因此大部分消防主管和噴淋總管布置在左舷上層通道的側壁及頂部，少部分消防管布置在右舷上層通道頂部，如圖5所示。根據規范要求，消防總管直徑應該足夠有效分配從消防泵輸送所需的最大出水量，對于貨船則僅需滿足140? m3/h的水量。一般消防總管直徑D應不小于以下計算值：

（1）

式中：L—船舶首尾垂線之間的距離，m。

根據計算及各種因素綜合考慮，確定本船消防總管直徑為168 mm。本船通道的消防栓采用上中下三層設置模式，分別為上甲板、上層通道以及下層通道。三層通道均兩舷對稱布置，如圖5所示。其中，下層通道布置共設置14個消防栓，采用內嵌式消防控制箱左右舷對稱安裝，消防栓出水口距離甲板面1400 mm;上層通道共設置8個消防栓，左右舷通道各4個，消防栓高度1 200 mm;上甲板共設計14個消防栓，兩舷對稱靠舷墻布置，消防栓距甲板高度1 200 mm、間距20 m。該設計可保證滾裝區的所有位置能達到標準規定的消防覆蓋要求。

3.3.4消防炮及管路設計

由于本船上甲板滾裝區域尾部是開敞區域，只在首部上層建筑底部區域設有噴淋頭進行噴淋覆蓋。為保證除首部外其他滾裝區域的消防安全，在本船上甲板另外設置有6門消防炮，分別安裝在首部、中間位置風機結構頂部和尾部煙囪等主要位置，如圖6所示。該消防炮流量為180 m3/h、射程為50 m、噴水角度可360°旋轉，保證覆蓋所有的滾裝區域，消防炮由獨立的管路系統和水泵進行控制，保證系統在緊急狀態下正常及平穩的運作。

4? ? 滾裝區消防控制系統

本船滾裝區消防系統涉及的閥門不多，對于聯合自動控制的要求不高，因此消防閥門采用小部分電液聯合控制、大部分手動控制相結合的方式，能夠實現對滾裝區消防的靈活操作和控制，同時也能優化系統的管路布局。

整個控制系統由遠程閥控柜、就地閥控箱、蝶閥、傳感器和通訊電纜等部件組成：遠程閥控柜作為信號監測裝置，布置在上建控制室;就地閥控箱，安裝在靠近閥門的位置，以提高系統的穩定性;計算機布置在集控室內，方便對各閥門的開啟狀態實現整體的實時監控。

4.1? 系統控制原理

滾裝區消防控制系統，如圖7所示：當測控柜接收到火災監測器監測到的著火信號時，將信號傳遞到集控室計算機界面進行顯示;船員通過對比分析信號來源確定著火區域，通過遠程控制信號驅動消防泵啟動。每個分區的消防控制閥門具有定位功能，通過位置信號反饋閥門的開閉狀態;所有管路的閥門啟閉狀態和艙室的消防情況，通過傳感器信號反饋在控制顯示器上。信號經測控柜和計算機對比分析，準確顯示著火位置，保證消防系統及時啟動，達到需要的滅火要求;消防系統的閥門具有自鎖功能，閥門自鎖時保持當前位置狀態，所有閥門均可手動進行啟閉操作。

4.2? 系統設計及布置

本船閥門測控柜、消防泵等測控裝置均設置在首部設備間內，各分區噴淋蝶閥的控制為就地手動開啟模式，通過電氣測控信號進行閥門開度監控。由閥門開度傳感器和滾裝區各個分區的監測信號相配合，利用火災探測傳感器的信號進行反饋控制，每個分區都設有若干探測頭和感煙裝置，保證所有位置都能被監測到位。所有的監測數據均通過集控室的計算機進行匯總計算，實時監控和顯示報警位置。

5? ? ?結束語

本船消防系統設計，經船廠、船級社和設計院等多方研究并確定設計方案。該系統設計既能進行相互協調操作又相對獨立，在單個防火分區內相對獨立，在整個消防控制中又能進行聯動協調控制;其整體操作性能需在后續的實船使用過程中進行檢驗，獲得的設計經驗能夠為后續船舶的系統優化提供有益參考。

參考文獻

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