吳 林，徐 謙，夏耀君

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港一直以來(lái)都是客船關(guān)鍵課題之一。由于安全返港只是一個(gè)目標(biāo)型標(biāo)準(zhǔn)，并無(wú)詳細(xì)描述性指導(dǎo)準(zhǔn)則可用于具體設(shè)計(jì)中，所以如何滿足安全返港要求成為客船新造項(xiàng)目的難題之一[1]。固定式滅火系統(tǒng)作為最基礎(chǔ)和重要的安全返港系統(tǒng)之一，需要重點(diǎn)分析研究。

安全返港一般可以采取分隔、雙套、冗余、保護(hù)或上述組合來(lái)滿足法規(guī)設(shè)計(jì)衡準(zhǔn)[2]，這對(duì)水霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)形成了一定的挑戰(zhàn)。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)較少，如何設(shè)計(jì)一套合理優(yōu)化的高壓水霧系統(tǒng)是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為此，本文結(jié)合滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、規(guī)范要求和安全返港的特點(diǎn)，研究系統(tǒng)選型、布置、控制邏輯及特殊應(yīng)用等各方面的設(shè)計(jì)方法。

1 高壓水霧系統(tǒng)特點(diǎn)

高壓水霧是通過(guò)高速水滴相互碰撞后形成的霧狀顆粒吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，蒸發(fā)膨脹為水蒸氣并將空氣與燃燒物隔離，從而有效地控制火勢(shì)并高于最終滅火的。按照美國(guó)消防協(xié)會(huì)的定義，系統(tǒng)壓力高于3.45 MPa形成的不水霧才可稱(chēng)為高壓水霧，但是先進(jìn)的高壓水霧系統(tǒng)釋放壓力基本都在5 MPa以上。這種水霧系統(tǒng)耗水極少且霧化率高，系統(tǒng)壓力越高則系統(tǒng)需求的水量越少。采用高壓水霧系統(tǒng)可以使用更小尺寸的管材，節(jié)省了大量材料。

2 滿足安全返港的布置與設(shè)計(jì)

根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》(SOLAS)的要求：乘客大于36人的客船需要根據(jù)《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》配置自動(dòng)釋放的水噴淋系統(tǒng)，給上建處所、服務(wù)處所、控制站等各類(lèi)場(chǎng)所提供保護(hù)。同時(shí)如何保護(hù)這些處所都有相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)，見(jiàn)圖1。從圖中看出，高壓水霧系統(tǒng)可以完全覆蓋客滾船對(duì)固定式滅火系統(tǒng)的需要。

圖1 客船固定式滅火系統(tǒng)規(guī)范應(yīng)用[3]

2.1 高壓水霧系統(tǒng)的布置

客滾船水霧系統(tǒng)需要考慮布置2×100%或者3×50%容量的泵組單元，且不能布置在同一個(gè)主豎區(qū)以保證設(shè)備本身的冗余。高壓水霧系統(tǒng)布置時(shí)需要考慮主管路穿越多個(gè)貨艙(水平區(qū))服務(wù)整個(gè)上建處所而不受火災(zāi)事故影響，所以其主管路需要通過(guò)由A60型絕緣保護(hù)的管隧并將所有區(qū)域閥布置在內(nèi)，同時(shí)其各個(gè)分區(qū)的支管在經(jīng)過(guò)非服務(wù)處所時(shí)應(yīng)該考慮保護(hù)分區(qū)外發(fā)生火災(zāi)事故后能夠不受影響繼續(xù)提供正常的服務(wù)。

管路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其壓降損失和噴嘴最低的釋放壓力，盡量?jī)?yōu)化并減少?gòu)濐^的使用，在連接件的選擇上應(yīng)充分考慮其可靠性。高壓水霧系統(tǒng)在某客滾船上的典型的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。系統(tǒng)主管路采用A60管隧及環(huán)形總管的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)能夠最大程度地節(jié)省管路材料。

圖2 高壓水霧系統(tǒng)在客滾船上的典型布置

2.2 高壓水霧系統(tǒng)的容量

高壓水霧泵組的容量通常取決于最大保護(hù)區(qū)的需求水量?？蜐L船的高壓水霧泵組容量取值需要考慮兩方面因素：一方面根據(jù)上建處所、機(jī)艙及車(chē)輛艙這三者中的最大值來(lái)決定整個(gè)系統(tǒng)的容量；另一方面考慮加上一定的裕度以防止在實(shí)際布置過(guò)程中需要臨時(shí)增加噴嘴的情況。根據(jù)船舶尺度的大小，建議裕度取值為3%～5%，一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的項(xiàng)目可以酌情增加。高壓水霧系統(tǒng)保護(hù)范圍受機(jī)艙尺寸限制時(shí)，可以考慮將機(jī)艙與煙囪棚分隔成2個(gè)獨(dú)立的A級(jí)空間，匹配系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)認(rèn)證的保護(hù)艙室容積。

2.3 高壓水霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高壓水霧泵組、警報(bào)和探測(cè)系統(tǒng)需要按照《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》提供至少2路不同來(lái)源的動(dòng)力源，當(dāng)使用電力電源時(shí)其中1路應(yīng)為應(yīng)急電源。同時(shí)要求配置包含淡水和壓縮氣體組成的蓄能器，以供整個(gè)系統(tǒng)在失電的情況下水霧能夠持續(xù)釋放1 min。除淡水外，系統(tǒng)還應(yīng)按照規(guī)范要求接入海水作為備用水源。

以2套100%排量的泵組設(shè)計(jì)為例，2個(gè)高壓泵組啟動(dòng)器分別布置在艏部和艉部機(jī)械區(qū)域，它們分別屬于2個(gè)不同的主豎區(qū)。每個(gè)高壓泵組上都配置了主電源和應(yīng)急電源，保證在應(yīng)急工況下，水霧系統(tǒng)也可以工作。并且為滿足安全返港要求，2個(gè)泵組的主電源也分別來(lái)自2個(gè)機(jī)艙內(nèi)的2段不同的主配電板，艏部機(jī)械區(qū)域的1號(hào)泵組供電來(lái)自前機(jī)艙內(nèi)的主配電板。艉部機(jī)械區(qū)域的2號(hào)泵組供電來(lái)自2號(hào)機(jī)艙內(nèi)的主配電板。任何單點(diǎn)故障(局部失電)都不會(huì)影響泵組的正常工作。

整個(gè)泵組的控制系統(tǒng)組成為環(huán)網(wǎng)形式(見(jiàn)圖3)，有2個(gè)控制站分別在1號(hào)主豎區(qū)的電氣設(shè)備間和4號(hào)主豎區(qū)的集控室，每個(gè)控制站里布置了1個(gè)控制箱。在每個(gè)主豎區(qū)內(nèi)的適當(dāng)位置各布置有1個(gè)輸入輸出接口分站(I/O分站)，4個(gè)主豎區(qū)共計(jì)4個(gè)I/O分站。一號(hào)主豎區(qū)的控制箱和泵組啟動(dòng)器接在該主豎區(qū)的1號(hào)分站上，4號(hào)主豎區(qū)的控制箱和泵組啟動(dòng)器接在該主豎區(qū)的4號(hào)分站上。它們之間通過(guò)網(wǎng)線或現(xiàn)場(chǎng)總線連接，任何一個(gè)分站故障，都不影響環(huán)網(wǎng)中其他分站的正常運(yùn)行。

每一個(gè)分站由主電源和UPS電源兩路供電。主電源分別來(lái)自各自所在主豎區(qū)內(nèi)的電力分電箱，最終來(lái)自于不同主豎區(qū)的2個(gè)主配電板。UPS電源來(lái)至應(yīng)發(fā)室并與應(yīng)急配電板相連，可以保證控制回路供電的連續(xù)性。各保護(hù)區(qū)域的釋放閥、截流閥、流量監(jiān)視器、聲光報(bào)警器等接在就地的接線箱后再接到該主豎區(qū)的分站上。按規(guī)范要求，局部水霧系統(tǒng)在就地提供了單獨(dú)的聲光報(bào)警器，機(jī)艙全淹沒(méi)系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)機(jī)艙報(bào)警燈柱發(fā)出聲光報(bào)警。

除泵組啟動(dòng)器上有接口將泵單元運(yùn)行和故障信號(hào)發(fā)給監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)外，其他的信號(hào)基本通過(guò)控制箱與相關(guān)系統(tǒng)通訊。如：送給監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和航行數(shù)據(jù)記錄儀的水霧釋放和報(bào)警狀態(tài)信號(hào)，以及火警系統(tǒng)提供給水霧系統(tǒng)的水霧釋放觸發(fā)信號(hào)、卷簾門(mén)火警信號(hào)等。

根據(jù)MSC/Circ.1369安全返港有關(guān)水霧系統(tǒng)的要求，需要特別注意以下內(nèi)容：

(1)關(guān)于分區(qū)：水霧系統(tǒng)分區(qū)除梯道外不能跨越不同的甲板，否則當(dāng)所在A級(jí)分隔失火后同一區(qū)域閥服務(wù)的處所都視為不可繼續(xù)使用，所以同一主豎區(qū)的同一層內(nèi)一般共用一個(gè)區(qū)域閥。

(2)關(guān)于區(qū)域閥的位置：事故發(fā)生后區(qū)域閥所在A級(jí)分隔不應(yīng)繼續(xù)使用，除非是防火閥或是有獨(dú)立A級(jí)分隔的空間保護(hù)，或者有獨(dú)立噴嘴保護(hù)。

(3)關(guān)于閥門(mén)工作指示：當(dāng)發(fā)生單點(diǎn)故障后，閥門(mén)工作狀態(tài)指示不需要在事故發(fā)生的所在主豎區(qū)繼續(xù)工作，即整個(gè)主豎區(qū)的指示都可以丟失。

(4)關(guān)于局部水霧：局部水霧不參與安全返港，但如果其作為全淹沒(méi)的一部分，則需滿足要求。為節(jié)省噴嘴和管路數(shù)量，局部水霧一般都會(huì)包含在全淹沒(méi)分區(qū)內(nèi)。

2.4 滾裝處所高壓水霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高壓水霧系統(tǒng)可以按照MSC/ Circ.1430的要求，給滾裝處所提供部分或者全部的保護(hù)。按照MSC/ Circ.1369第6條解釋?zhuān)瑵L裝處所水平區(qū)的事故不計(jì)入安全返港的范圍，但是其空間內(nèi)安全返港系統(tǒng)在事故后不應(yīng)影響其他區(qū)域內(nèi)安全返港系統(tǒng)的正常工作。該說(shuō)明很容易理解為是單向的約束，但是實(shí)際上在SOLAS II-2 Reg.9里面有關(guān)水平區(qū)和主豎區(qū)都是等同的概念，大部分船級(jí)社更愿意理解為無(wú)差別的要求，即滾裝處所應(yīng)按照上建處所或者機(jī)械處所一樣的原則進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，并針對(duì)性地考慮冗余的設(shè)計(jì)。

按照這種理解，水霧系統(tǒng)在滾裝處所的閥門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)也應(yīng)滿足MSC/ Circ.1369第33條的要求，即不能將信號(hào)收集柜布置在其他主豎區(qū)內(nèi)，或者應(yīng)將閥門(mén)信號(hào)傳輸給至少2個(gè)主豎區(qū)的信號(hào)收集站。

3 高壓水霧系統(tǒng)的特殊應(yīng)用

高壓水霧噴嘴取得特定的證書(shū)后完全滿足整船的固定式滅火系統(tǒng)需求并可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，綜合考慮水霧系統(tǒng)在很多特殊場(chǎng)景上的應(yīng)用以達(dá)到設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

3.1 降低特定設(shè)備防火等級(jí)

救生艇釋放平臺(tái)與上建相鄰的玻璃應(yīng)該為A60級(jí)防火玻璃，通過(guò)專(zhuān)用的水霧噴嘴可將其防火等級(jí)降至為A0級(jí)；如果室內(nèi)空間有IMO Resolution A800 認(rèn)證的噴嘴，則無(wú)需配置專(zhuān)門(mén)的噴嘴。特定處所的卷簾門(mén)也可以遵循上述同樣原則，將卷簾門(mén)防火等級(jí)由A60級(jí)降至A0級(jí)，見(jiàn)圖4。此設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在商店、滾裝處所等。

圖4 典型的卷簾門(mén)水霧保護(hù)布置

3.2 保護(hù)特殊對(duì)象

冷庫(kù)或者其他有可能低于冰點(diǎn)溫度以下的場(chǎng)所，可以使用防凍液、止回閥等裝置將分支管路的消防介質(zhì)與總管中的淡水隔離開(kāi)(見(jiàn)圖5)，這種設(shè)計(jì)可以保證系統(tǒng)功能在低溫環(huán)境下正常使用。

圖5 典型的冷庫(kù)水霧保護(hù)布置

廚房煙道也可以使用高壓水霧系統(tǒng)保護(hù)，從而取代CO2或者濕粉等獨(dú)立的滅火系統(tǒng)(見(jiàn)圖6)。使用時(shí)，僅需從總管中取一路支管并配備相應(yīng)的噴嘴和手動(dòng)釋放閥門(mén)即可。深煎鍋保護(hù)與廚房煙道類(lèi)似，同樣可以通過(guò)使用得到認(rèn)證的噴嘴進(jìn)行保護(hù)。

圖6 典型的廚房煙道水霧保護(hù)布置

4 結(jié)論

(1)本文結(jié)合客滾船特有的安全返港要求進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用分析，找出了高壓水霧系統(tǒng)應(yīng)用的諸多特點(diǎn)和特殊應(yīng)用。高壓水霧系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于霧化程度高且對(duì)電氣設(shè)備友好，幾乎能滿足全船所有處所的固定式滅火保護(hù)需求。同時(shí)，結(jié)合總體布置從優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，可以?xún)?yōu)化冗余設(shè)計(jì)，避免過(guò)度設(shè)計(jì)及材料的浪費(fèi)。

(2)該設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用在多艘已經(jīng)交付的高端客滾船上，在重量控制、系統(tǒng)優(yōu)化等方面取得了良好的效果。