客船塢內臨時消防水系統設計

程紹堅，張繼光，那鐵鎖

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

大型客船具有樓層較高、施工面積寬廣和在船塢內施工周期較長等特點。關鍵在船塢內搭建期間，由于舾裝明火操作和內裝安裝施工存在交叉作業，存在眾多火源，具有極高的火災風險。因大型客船自身配置的消防系統尚未能安裝或調試完成，所以無法提供有效的消防保護。一旦發生火災，難以在火災初期進行撲救，從而延誤建造周期，造成經濟重大損失。為此，考慮船舶設計實用手冊中有關消防水系統的設計規定，結合在建大型客船的實際保護需求，對臨時消防水系統形式、消防水來源、消防水泵規格和管路穩壓系統進行計算及設計，完成適用于保護在建大型客船的一套船塢臨時消防水系統設計方案。通過對比城市大型高層建筑施工常用的《建設工程現場消防安全技術規范》中關于臨時消防給水系統的規定和《消防給水及消火栓系統技術規范》中關于穩壓泵的規定，對設計方案進行驗證。

1 船塢臨時消防水系統的組成

根據《國際海上人命安全公約》(SOLAS)對水滅火系統裝備和管路布置的要求，該系統應由消防泵、管系、閥件、消防水帶、消防水槍、消防栓及國際通岸接頭等組成。但是，《國際海上人命安全公約》(SOLAS)是針對船舶在航行過程中的要求，船舶在航行過程中，消防泵可以從船體海水箱吸入消防所需的海水，并經消防總管輸送至船舶各處，未見關于消防水來源的規定。大型客船在船塢建造過程中無法獲得所需的消防水源，所以在設計船塢臨時消防水系統時，還需要考慮消防水的來源，確保所需消防水有長期、固定的儲存處所。因此，船塢臨時消防水系統還應包括消防水箱。

2 船塢臨時消防水系統的設計

2.1 消防水系統型式的選擇

目前，常用的消防水系統型式主要有干式消防水系統和濕式消防水系統,兩種型式各有特點，對比見表1。

表1 消防水系統型式對比表

通過表1對比可以發現，從系統的經濟性和實用性考慮，在做好保溫措施的情況下，船塢臨時消防水系統選擇濕式消防水系統更為合適。

2.2 消防水箱的容積計算

由于船塢沒有固定的消防水來源，需要考慮設置滿足消防水量要求的水箱。《船舶設計實用手冊》中雖然沒有消防水箱的計算標準，但是規定了最小實時供水水量必須滿足兩股水槍的水量消耗。目前，標準的消防水槍按接口通徑區分共有50 mm和65 mm兩種，大面積消防多選擇接口通徑為65 mm的消防水槍，兩股水槍總消耗水量為15 L/s，每小時需消耗消防水54 m。所以，通常根據火災發生一小時的需求，消防水箱容積應不小于54 m。考慮到消防水箱安裝于船塢邊，可以實時從城市消防管網得到補水，所以實際船塢臨時消防系統的消防水箱容積可以適當減小。

1)管路補水流量。

(1)

城市消防水管網通徑96 mm，壓力0.2 MPa，流速一般為1.5～2.5 m/s，取低值1.5 m/s計算：得=39.10 m/h。

2)按照兩把65 mm消防水槍計算一小時用水量，=54 m/h。

3)消防水箱艙容。按照1 h使用量，并考慮20%余量。

+=12

(3)

=12-=25.7 m。

所以，船塢臨時消防水系統的消防水箱的容積不得小于25.7 m。

2.3 消防水泵排量及揚程計算

按照船舶設計實用手冊的要求，任何船舶每一臺消防泵的排量均不得小于25 m/h，以供兩股水槍使用。根據之前兩股水槍的水量消耗計算得知是54 m/h。所以，船塢臨時消防系統的消防泵排量不得小于54 m/h，考慮到設備的設計冗余，故應安裝兩臺消防水泵，其中一臺作為備用消防水泵。

另外，消防泵揚程應保證最高處和最遠處消防栓出口壓力的要求，按照船舶設計規范計算，消防泵的排出壓力不得小于以下計算結果：

=++

(4)

式中：為泵工作時，經消防總管通過規定的水槍，從任何相鄰的消火栓輸送的水量時，在所有消火栓上應維持的壓力，根據表2取0.4 MPa；為靜壓力(MPa)，以消防泵出口至最遠的消火栓的垂直距離計算，某大型客船最高層高度為52 m，取0.52 MPa；為管內壓力損失(MPa)，計算至最遠的消火栓，實際船塢臨時消防水系統管路阻力經估算約為30 m，取0.3 MPa。

表2 SOLAS對客船各消火栓應維持壓力p1的規定

所以，船塢臨時消防系統消防泵的揚程應不小于1.22 MPa。

2.4 臨時消防水的總管管徑計算和布置

消防水管總管管徑參照船舶設計實用手冊，其流速應取2～3 m/s。根據相關計算公式：

(5)

式中：為管子內徑，m；為質量流量,m/h，取消防水泵排量54 m/h；為管內流體流速，m/s，取2 m/s。

經計算，塢內臨時消防系統總管通徑不得小于97 mm，選取外徑114 mm，壁厚6 mm的鋼管。

船塢臨時消防水系統管路布置分為船塢外圍部分和在建客船內部。船塢外圍部分為消防總管，管路不應與現有船塢消防安全需求有干涉，如原設計的消防車道，車道寬度在4 m左右，同時轉彎半徑不能小于14 m，車道近端需要有相應的回車場。船塢的乙炔氣瓶庫和氧氣瓶庫設置在船塢的下風向，并且留置出相應的防火間距。因此，船塢臨時消防系統主管路宜布置在船塢兩側廊道內較為合適,詳見圖1。

圖1 塢邊總管布置示意

在建客船內部消防管則由船塢外圍消防總管穿出廊道后通過登船過橋進入船體內部，當在建客船主尺度較大時，可考慮分成若干區域分別上船，該設計可確保整個臨時消防系統的水量和水壓分配較均勻。在建客船內部的消防管應沿著梯道進行布置，臨時消火栓的布置需滿足船上任意點起火后來自兩個不同的消火栓的充實水柱能覆蓋。

2.5 穩壓系統的設計

因船塢臨時消防水系統適合選用濕式消防水系統，正常工作情況下，船塢臨時消防水系統管路始終處于有水恒壓狀態，但由于管路連接處老化等因素造成微小漏水時，則需要及時通過穩壓系統來補充水量，以保證管路壓力。穩壓系統包括：1個消防壓力水柜、2臺消防穩壓泵、相關管路、閥件及壓力開關等。當船塢臨時消防管路壓力下降時，首先由壓力水柜向管路補水，一旦管路壓力持續降低，穩壓泵隨即啟動向壓力水柜補水以維持管路系統壓力，當管路壓力達到設定值時，穩壓泵停止工作。當火災發生時，消火栓打開，系統壓力持續下降到消防水泵啟動壓力時，消防水泵啟動，進行消防作業，系統原理圖見圖2。

圖2 穩壓系統原理

穩壓系統設計首先需要選取容積適當的消防壓力水柜，因消防壓力水柜沒有計算標準，根據經驗通常取1～3 m，考慮到消防管路較長，選取1個3 m的壓力水柜。其次，壓力水柜的壓力則應滿足最高處消防栓出水壓力的要求，某大型客船最高處為52 m，加之出水壓力要求20 m，確定消防壓力水柜壓力設計為0.8 MPa。最后，穩壓泵排量及揚程應恰當。流量或揚程過小，系統補水量不足，無法保證系統正常泄漏量或無法滿足系統的自動啟動，導致自動系統運行失敗。流量或揚程過大，會導致穩壓泵啟動頻繁。根據船舶設計經驗，穩壓泵的排量及揚程取消防壓力水柜容積和壓力的1.1倍。經計算，確定穩壓泵排量為3.3 m/h，實際選取5 m/h，揚程為0.88 MPa。

3 方案校驗

為確保船塢臨時消防水系統設計的準確性，決定使用陸用GB 50720—2011《建設工程施工現場安全技術規范》第5.3章節臨時消防給水系統及GB50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》的5.3章節穩壓泵的相關規定進行設計結果校驗。首先，校驗消防水量。《建設工程施工現場消防安全技術規范》第5.3.9條規定，臨時消防系統的設計流量不能低于15 L/s，火災延續時間為1 h，詳見表3。

表3 在建工程臨時消防水用量

首先，船塢臨時消防水系統選擇通徑65 mm水槍，標準流量為7.5 L/s；消防泵設計排量為54 m/h，可同時使用兩把水槍，總用水量15 L/s，滿足該條款要求。

其次，校驗消防總管的管徑。《建設工程施工現場消防安全技術規范》第5.3.7條規定：臨時室外消防給水干管的管徑，應根據施工現場臨時消防用水量和干管內水流計算速度進行計算確定，且不應小于100 mm。船塢臨時消防水系統總管外徑為114 mm，通徑為102 mm，滿足該條款。

再者，校驗穩壓泵的排量。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》第5.3.2條相關要求，穩壓泵的設計流量應不小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統的自啟動流量，當沒有管網泄漏量數據時，穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計算。船塢臨時消防水系統的穩壓泵排量選取5 m/h，大于3%要求，滿足該條款規定。

最后，根據《消防給水及消火栓系統技術規范》第5.3.3條校驗穩壓泵的揚程。

1)穩壓泵的設計壓力應滿足系統自動啟動和管網充滿水的要求。

2)穩壓泵的設計壓力應保持系統自動啟泵壓力設置點處的壓力在準工作狀態時大于系統設置自動啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.1 MPa。

3)穩壓泵的設計壓力應保持系統最不利點處滅火設施在準工作狀態時的靜水壓力應大于0.15 MPa。

選取船塢臨時消防水系統的穩壓泵揚程0.88 MPa，既滿足某大型客船52 m最高處消防管路始終充滿水，又能保證最高處消防栓的出口壓力超過0.15 MPa的要求。同時，船塢臨時消防水系統準工作壓力以所有管路充滿水為宜，根據高52 m估算為0.6 MPa。自動啟泵壓力設置點設在壓力水柜下游總管上，啟動壓力設定為0.7 MPa，滿足穩壓泵啟動壓力大于準工作狀態0.1 MPa的要求。

4 結論

1)使用船舶設計實用手冊進行船塢臨時消防水系統設計時，缺少消防水箱的容積計算依據。建議參照《建設工程施工現場消防安全技術規范》補充相關計算內容，同時可以考慮城市消防管網的補水效率，適當減小消防水箱的容積。

2)使用船舶設計實用手冊進行船塢臨時消防水系統設計時，缺少穩壓系統的設計依據。建議參照《消防給水及消火栓系統技術規范》補充相關計算內容。

3)船塢臨時消防水系統可以結合《船舶設計實用冊》、《建設工程施工現場消防安全技術規范》及《消防給水及消火栓系統技術規范》進行設計，某些有區別的要求，應以要求高的條款作為設計依據。