高壓水霧滅火集成系統在某鉆采船上的應用

摘" " 要：按法規，船舶A類機器處和住艙均可采用固定式水霧滅火型式，但現有船舶多為分散各自單獨設置系統，造成配套設備數量多，管理復雜，維護工作量大，成本高等問題。本文簡要介紹某鉆采船的高壓水霧滅火集成系統，其可對多個區域予以保護，簡化了全船固定式消防系統配置，環保性好，可在船舶領域推廣應用。

關鍵詞：高壓水霧滅火系統；集成；控制原理；消防

中圖分類號：U664.88 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Application of High Pressure Water Mist Fire Extinguishing Integrated System on Drilling and Production Ships

WU Jianghai

（ Guangzhou Marine Geological Survey Bureau，" Guangzhou 510075，" China ）

Abstract： According to the regulations， the fixed water mist fire extinguishing type can be used in the class A machine room and the cabin of the ship， but most of the existing ships are scattered to set up their own separate systems， resulting in many problems such as multi-equipment configuration， complex management， heavy maintenance workload and high cost. This paper briefly introduces the high-pressure water mist fire extinguishing integrated system of a drilling amp; production ship， which can provide protection for multiple areas and simplify the configuration of fixed fire protection system for the entire ship with good environment， in order to promote its application in the field of ships.

Key words： high-pressure water mist fire extinguishing system;" integration; control principle;" fire fighting

1" " "引言

大洋深水鉆采船舶作為一個特殊作業船舶，相較于普通的鉆井平臺具有機動性好、遠航能力強等優點。但鉆采船空間有限，設備艙室、人員居住處所、實驗室、公共處所繁多。在選擇固定式滅火系統時，需要滿足SOLAS公約或相關法規要求，同時與實際條件相匹配。據分析對比，如船舶A類機器處、住艙等處所集成采用固定式水霧滅火系統，可以節省材料，簡化系統布置，降低后期維護成本[1]，且水霧釋放對大氣環境不會造成污染。

某鉆采船總噸位33 000 t，船長180 m，使用全回轉電力驅動，設有DP3動力定位，配員180人。該船配置一套高壓水霧滅火集成系統，供全船人員居住處所、公共場所、A類機器處所及其他機器處所滅火。下面簡要介紹其系統組成，工作原理和各區域系統設計布置與控制原理及其優化設計。

2" " "系統組成

高壓水霧系統主要由水源、高壓泵組單元、儲能單元、區域釋放閥、噴嘴、控制系統與聲光報警系統組成。

1）水源。由船上淡水艙供應，為提高系統可靠性，增設與消防水管接口作為其備用水源。

2）高壓泵組單元。由9臺主高壓泵組成，其中1臺為備用高壓泵，以適應從一個分區著火至多分區同時著火的多種狀況需要。任何1臺主高壓泵故障時，將自動切換備用泵運行。在平常狀態時，其中1臺主高壓泵負責保壓，使得系統濕式管路保持壓力在25bar。如某處所發生火災，系統被激活時，高壓泵組進入運行模式，各主高壓泵按設定順序相繼自動啟動運行，系統被加壓到工作壓力85 bar。高壓泵組單元可以自動切換主電源或應急電源供電，并設置應急使用的手動啟動。

3）儲能單元。系統配有由水罐和氮氣瓶組成的蓄能單元。如高壓泵組單元電源故障而管路系統失壓時，水罐和氮氣瓶將自動打開，氮氣釋放至水罐，推動水罐中的淡水進入管路系統，使其保證有正常噴水壓力。根據FSS規則要求，水罐容積不小于最大被保護分區面積280 m2處所1分鐘水霧的水量。

4）區域釋放閥。根據FSS規則要求與本船艙室結構分隔布置情況，將壓力水霧保護處所分為若干個區域，分別由相應區域釋放閥控制。如圖3所示。

5）噴頭。經特殊設計的噴嘴使得加壓后的水快速噴出，在空氣中形成細小的水霧。其分為閉式與開式噴頭，如圖1與圖2所示。閉式噴頭主要用于人員居住處所，公共處所及精密電氣設備間。開式噴頭主要用于機器設備處所。

6）報警與控制系統。當某一處所發生火災時，設置在相關處所的探頭與報警器發出聲光警報信號至控制單元，控制單元將發送指令，通過控制系統激活高壓水霧管路系統，實現自動或遙控噴水滅火功能。本船在集控室、駕駛臺、高壓水霧泵站及備用DP控制間均設有遙控操作的控制站。

3" " "高壓水霧滅火系統原理

高壓水霧系統的水經高壓泵組加壓后，由各區域釋放閥按需進行釋放控制噴霧滅火。其滅火原理是水霧對保護區域進行吸熱降溫冷卻、窒息隔熱而實現滅火。高壓水霧具有如下3個特點[2]：

1）高效吸熱冷卻。實驗數據表明，100 ℃水的蒸發潛熱高達2 257 kJ/kg，1 kg的水在霧化后吸熱功率約300kW，效率高；

2）窒息隔熱。細水霧在汽化膨脹過程中，水蒸汽在燃燒火焰的周圍形成屏障，阻止新鮮空氣進入燃燒區域，使燃燒區域氧氣濃度急速降低，從而抑制或中斷燃燒；

3）適用電氣設備滅火。高壓水霧顆粒直徑通常為10μm～1 000μm，難以形成具備導電能力的連續水流或表面水域，從而滅火時可避免引起電氣短路危險。例如，HI-FOG公司設備資料表述，高壓水霧系統適用于保護等級為IP23的電氣設備，不會對保護區域的電氣設備造成不可接受的危害。

根據SOLAS公約和IMO MSC通函相關要求，結合本船艙室結構分隔、艙室布置、艙室內設備特性及用途進行分區如圖3所示。如某分區發生火災，報警系統發出聲光報警，同時發送信號到控制單元，自動或遙控或就地手動打開對應區域釋放閥，系統將被激活進入運行模式，淡水通過補水泵進入高壓泵站，經過高壓泵加壓后淡水從噴頭噴出細水霧對相關區域進行滅火。

4" " "區域設計布置與控制

基于SOLAS公約的相關要求，結合艙室布置與結構分隔情況，考慮簡化系統布置，適應不同處所功能、艙室內設備性能特點，以及船員在緊急情況下能方便使用等因素，本船高壓水霧系統設計布置與控制方式，劃分為五類。

1）全淹沒式水霧區域與控制

本船A類機器處所及其他機器處所采用全淹沒式水霧滅火方式，如主機艙、推進設備艙、配電板間、泵艙等輔助設備處所。該類區域處所的高壓水霧系統使用干式管路，配開式噴頭。而在區域釋放閥前為濕式管路，閥后到噴頭之間為干式管路，管路布置節點見圖4。每個保護區域由其對應的釋放閥控制，釋放閥組配有電磁閥和手動釋放閥。在備用模式下，區域釋放閥處于關閉狀態，釋放閥到噴頭之間的管路無水，而釋放閥之前的管路需保壓25 bar。如某處所發生火災，報警系統發出聲光報警，船員確認火災后，通過遙控或就地手動進行釋放水霧滅火。

2）自動水霧區域與控制原理

本船的人員居住處所及餐廳、會議室、梯道等公共區域使用自動水霧滅火方式。住艙區采用濕式管路型式，配置光敏燈泡閉式噴頭。正常情況下管路維持壓力25 bar。如某一處所發生火災，相應噴頭上的熱敏燈泡破裂，細水霧從噴頭噴出，區域釋放閥檢測到流量并向控制單元發送信號。當水壓低于17 bar超過10s或保壓泵運行超過10 s，仍無法維持系統設定壓力時，高壓泵組其他泵將自動啟動運行?？刂茊卧邮盏絹碜詤^域釋放閥和泵組單元的信號，警報系統將同時啟動，在火災區域連續噴出水霧進行滅火。

3）預釋放水霧區域與控制

本船在精密電氣設備間、巖芯庫、數據中心、部分實驗室及集中控制站，如駕駛臺、備用DP控制間、工程指揮中心等區域使用預釋放水霧系統，如圖5所示。該區域使用干式管路、預釋放閥、閉式噴頭設計。平常狀態下，預釋放閥關閉，處所內管路沒有水，預釋放閥前管路為25 bar維持壓力。當區域發生火災時，首先艙室內溫度上升，直到噴頭燈泡熔破裂，同時火災探測器向控制單元發出打開對應區域預釋放閥的信號，系統被激活并發出警報，高壓泵組自動啟動，系統增壓噴出水霧。預釋放水霧系統，只有噴頭燈泡破裂和預釋放閥打開兩個條件都具備時，才可激活系統啟動高壓泵組進入工作模式。

4）局部水霧區域與控制原理

根據SOLAS公約的要求，對A類機器處所，當容積超過500 m3時，內燃機高壓油管、鍋爐正面、焚燒爐和加熱燃油的凈化器等有易失火危險的部位，應設有符合MSC/Circ.1387要求的局部固定滅火系統。本船在柴油機組、分油機及焚燒爐頂部設置了局部水霧系統，采用干式管路、釋放閥、開式噴頭設置。區域內裝有感煙探頭及火焰探頭。當兩種不同類型的探頭同時觸發時，將自動激活系統起動高壓泵組噴出水霧進行滅火。

5）特殊區域水霧與控制

對于保護處所環境特殊的區域，需使用特殊的布置與控制方式，如廚房煙道與冷藏庫的水霧系統。

廚房煙道具有油污煙霧多的特殊性，該區域采用開式噴頭、手動釋放型式，配備一個帶微量開關的常閉手動操作釋放閥。為了保證滅火效果，減少油泥污垢堵塞噴頭風險，煙道內噴頭宜布置在排煙管的頂部或側面，并避開轉彎的位置，系統布置節點見圖6所示。當煙道發生火災時，操作人員可在廚房門口附近，打開手動釋放閥激活系統，釋放高壓水霧進行滅火。

冷庫區域采用濕式管路，閉式噴頭型式。為防管內凍冰，從冷庫內噴頭到釋放閥之間的管路在系統安裝調試完成后，通過球閥加注防凍液。進冷庫管路上通過一個止回閥與主管路隔離，節點布置見圖7。當系統被釋放時，防凍液最先噴出，接著噴出水霧進行滅火。其采用濕式管路型式而不采用干式管路設計的原因是：干式管路內部會有凝結水而產生結冰層堵塞管路。

5" " 主要參數確定

高壓水霧系統的參數設計主要包括泵組單元的排量及淡水艙的容量。

5.1" 流量計算[3]

本系統設有9臺高壓泵，其中1臺為備用泵。單臺排量為144 L/min，泵組總排量為：Q=8×144L/min=1152 L/min。

根據實船分區布置，上建精密電氣設備處所最大區域280 m2的S7區域，所需流量為286.2 L/min。上建公共區域與儲存區域最大區域280 m2的S6區域，所需流量為621.4 L/min。機械設備艙室最大區域所需的水量為1 152 L/min。

5.2" "淡水艙的容量

根據規范與技術規格書要求，系統應具備首部上建及尾部機械艙室同時滅火30分鐘的能力。根據計算可知：

1）首部上建公共區域280 m2的S6區域需要水量最大，所需流量為621.4 L/min；

2）尾部區域最大的是中機艙，所需水量1152L/min。

計算所需的淡水艙容量不小于：（621.4+1152）×30 / 1 000 = 53 m2。

6" " "優化設計

本船空間有限，機器處所與艙室多，設備種類多，艏部主甲板及以下為可伸縮推進器與其他輔助設備艙室，上建為人員居住處所，中部為月池與鉆井設備處所，尾部為主機艙及其他設備艙室。全船水霧系統共劃分有81個分區域，主要優化設計有：

1）水霧管路優化布置。根據艙室分布情況，水霧管路使用首尾兩路總管分開方式，即從高壓泵站出口分首尾兩路進行布置，相關分區域通過支路及區域閥進行控制。對比環形布置減少管路長度，簡化施工難度，節省材料；

2）控制方式優化。左、中、右機艙三個分區域，包含四層水平分區甲板艙室，保護面積大。需對處所內分油機、主發電機組頂部布置局部水霧滅火，且機艙區域具備全淹沒水霧功能。為防止只有一個局部區域發生火情而發生機艙全淹沒問題，并考慮到機艙全沒水霧系統操縱方便，將輔設備艙、主發機艙地臺板下、機艙與煙囪通道及煙囪再分成3個全淹沒水霧系統分區，且其與分油機、2臺柴油機組的局部水霧合并到一個總釋放控制箱。既實現小范圍火災局部滅火，又可以對整個機艙采用一鍵釋放全淹沒滅火;

3）合理利用水艙。水霧系統淡水與日用淡水共用一個淡水艙，設計時把日用淡水泵在艙內吸口提高，保證其始終有足夠的水霧滅火所需水量，無需再設置保護水位報警系統，簡化布置，提高可靠性；

4）區域釋放閥位置優化。分區控制閥集中布置，優化集中布置區域的消防保護及釋放閥電纜的鋪設路徑，避免被火災切斷，且應操作方便。

7" " "結語

本文簡要介紹了某鉆采船采用一套高壓水霧滅火集成系統替代傳統的機艙、廚房、住艙、機艙設備局部滅火等各區域固定式滅火分系統，簡化固定式滅火系統配置。實船應用表明，該配置滿足相關規則要求，有效實現船舶消防保護，方便船員管理、維護，環保性好，可推廣應用。

參考文獻

[1]吳林，徐謙，夏耀君.高壓水霧系統在高端客滾船上的應用[J].江蘇船舶， 2021， 38（5）：24-26+38.

[2]高金軍，王聞嘉，衡霖等.大型豪華郵輪高壓細水霧消防滅火系統設計[J].船舶工程， 2018， 40（10）：40-46.

[3]張麗榕，宋劍虹.某客滾船低壓水霧滅火系統設計[J].廣東造船， 2024，"43（1）：52-55.