程紹堅(jiān)，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(nèi)施工周期較長(zhǎng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵在船塢內(nèi)搭建期間，由于舾裝明火操作和內(nèi)裝安裝施工存在交叉作業(yè)，存在眾多火源，具有極高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。因大型客船自身配置的消防系統(tǒng)尚未能安裝或調(diào)試完成，所以無(wú)法提供有效的消防保護(hù)。一旦發(fā)生火災(zāi)，難以在火災(zāi)初期進(jìn)行撲救，從而延誤建造周期，造成經(jīng)濟(jì)重大損失。為此，考慮船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)中有關(guān)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)定，結(jié)合在建大型客船的實(shí)際保護(hù)需求，對(duì)臨時(shí)消防水系統(tǒng)形式、消防水來(lái)源、消防水泵規(guī)格和管路穩(wěn)壓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算及設(shè)計(jì)，完成適用于保護(hù)在建大型客船的一套船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)比城市大型高層建筑施工常用的《建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于臨時(shí)消防給水系統(tǒng)的規(guī)定和《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于穩(wěn)壓泵的規(guī)定，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。

1 船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)的組成

根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》(SOLAS)對(duì)水滅火系統(tǒng)裝備和管路布置的要求，該系統(tǒng)應(yīng)由消防泵、管系、閥件、消防水帶、消防水槍、消防栓及國(guó)際通岸接頭等組成。但是，《國(guó)際海上人命安全公約》(SOLAS)是針對(duì)船舶在航行過(guò)程中的要求，船舶在航行過(guò)程中，消防泵可以從船體海水箱吸入消防所需的海水，并經(jīng)消防總管輸送至船舶各處，未見(jiàn)關(guān)于消防水來(lái)源的規(guī)定。大型客船在船塢建造過(guò)程中無(wú)法獲得所需的消防水源，所以在設(shè)計(jì)船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)時(shí)，還需要考慮消防水的來(lái)源，確保所需消防水有長(zhǎng)期、固定的儲(chǔ)存處所。因此，船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)還應(yīng)包括消防水箱。

2 船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 消防水系統(tǒng)型式的選擇

目前，常用的消防水系統(tǒng)型式主要有干式消防水系統(tǒng)和濕式消防水系統(tǒng),兩種型式各有特點(diǎn)，對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 消防水系統(tǒng)型式對(duì)比表

通過(guò)表1對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮，在做好保溫措施的情況下，船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)選擇濕式消防水系統(tǒng)更為合適。

2.2 消防水箱的容積計(jì)算

由于船塢沒(méi)有固定的消防水來(lái)源，需要考慮設(shè)置滿足消防水量要求的水箱?！洞霸O(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》中雖然沒(méi)有消防水箱的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，但是規(guī)定了最小實(shí)時(shí)供水水量必須滿足兩股水槍的水量消耗。目前，標(biāo)準(zhǔn)的消防水槍按接口通徑區(qū)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?zhuān)瑑晒伤畼尶傁乃繛?5 L/s，每小時(shí)需消耗消防水54 m。所以，通常根據(jù)火災(zāi)發(fā)生一小時(shí)的需求，消防水箱容積應(yīng)不小于54 m?？紤]到消防水箱安裝于船塢邊，可以實(shí)時(shí)從城市消防管網(wǎng)得到補(bǔ)水，所以實(shí)際船塢臨時(shí)消防系統(tǒng)的消防水箱容積可以適當(dāng)減小。

1)管路補(bǔ)水流量。

(1)

城市消防水管網(wǎng)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(jì)算：得=39.10 m/h。

2)按照兩把65 mm消防水槍計(jì)算一小時(shí)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(shí)消防水系統(tǒng)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(yáng)程計(jì)算

按照船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)的要求，任何船舶每一臺(tái)消防泵的排量均不得小于25 m/h，以供兩股水槍使用。根據(jù)之前兩股水槍的水量消耗計(jì)算得知是54 m/h。所以，船塢臨時(shí)消防系統(tǒng)的消防泵排量不得小于54 m/h，考慮到設(shè)備的設(shè)計(jì)冗余，故應(yīng)安裝兩臺(tái)消防水泵，其中一臺(tái)作為備用消防水泵。

另外，消防泵揚(yáng)程應(yīng)保證最高處和最遠(yuǎn)處消防栓出口壓力的要求，按照船舶設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，消防泵的排出壓力不得小于以下計(jì)算結(jié)果：

=++

(4)

式中：為泵工作時(shí)，經(jīng)消防總管通過(guò)規(guī)定的水槍?zhuān)瑥娜魏蜗噜彽南鹚ㄝ斔偷乃繒r(shí)，在所有消火栓上應(yīng)維持的壓力，根據(jù)表2取0.4 MPa；為靜壓力(MPa)，以消防泵出口至最遠(yuǎn)的消火栓的垂直距離計(jì)算，某大型客船最高層高度為52 m，取0.52 MPa；為管內(nèi)壓力損失(MPa)，計(jì)算至最遠(yuǎn)的消火栓，實(shí)際船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)管路阻力經(jīng)估算約為30 m，取0.3 MPa。

表2 SOLAS對(duì)客船各消火栓應(yīng)維持壓力p1的規(guī)定

所以，船塢臨時(shí)消防系統(tǒng)消防泵的揚(yáng)程應(yīng)不小于1.22 MPa。

2.4 臨時(shí)消防水的總管管徑計(jì)算和布置

消防水管總管管徑參照船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)，其流速應(yīng)取2～3 m/s。根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式：

(5)

式中：為管子內(nèi)徑，m；為質(zhì)量流量,m/h，取消防水泵排量54 m/h；為管內(nèi)流體流速，m/s，取2 m/s。

經(jīng)計(jì)算，塢內(nèi)臨時(shí)消防系統(tǒng)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(shí)消防水系統(tǒng)管路布置分為船塢外圍部分和在建客船內(nèi)部。船塢外圍部分為消防總管，管路不應(yīng)與現(xiàn)有船塢消防安全需求有干涉，如原設(shè)計(jì)的消防車(chē)道，車(chē)道寬度在4 m左右，同時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑不能小于14 m，車(chē)道近端需要有相應(yīng)的回車(chē)場(chǎng)。船塢的乙炔氣瓶庫(kù)和氧氣瓶庫(kù)設(shè)置在船塢的下風(fēng)向，并且留置出相應(yīng)的防火間距。因此，船塢臨時(shí)消防系統(tǒng)主管路宜布置在船塢兩側(cè)廊道內(nèi)較為合適,詳見(jiàn)圖1。

圖1 塢邊總管布置示意

在建客船內(nèi)部消防管則由船塢外圍消防總管穿出廊道后通過(guò)登船過(guò)橋進(jìn)入船體內(nèi)部，當(dāng)在建客船主尺度較大時(shí)，可考慮分成若干區(qū)域分別上船，該設(shè)計(jì)可確保整個(gè)臨時(shí)消防系統(tǒng)的水量和水壓分配較均勻。在建客船內(nèi)部的消防管應(yīng)沿著梯道進(jìn)行布置，臨時(shí)消火栓的布置需滿足船上任意點(diǎn)起火后來(lái)自兩個(gè)不同的消火栓的充實(shí)水柱能覆蓋。

2.5 穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

因船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)適合選用濕式消防水系統(tǒng)，正常工作情況下，船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)管路始終處于有水恒壓狀態(tài)，但由于管路連接處老化等因素造成微小漏水時(shí)，則需要及時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)充水量，以保證管路壓力。穩(wěn)壓系統(tǒng)包括：1個(gè)消防壓力水柜、2臺(tái)消防穩(wěn)壓泵、相關(guān)管路、閥件及壓力開(kāi)關(guān)等。當(dāng)船塢臨時(shí)消防管路壓力下降時(shí)，首先由壓力水柜向管路補(bǔ)水，一旦管路壓力持續(xù)降低，穩(wěn)壓泵隨即啟動(dòng)向壓力水柜補(bǔ)水以維持管路系統(tǒng)壓力，當(dāng)管路壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，穩(wěn)壓泵停止工作。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消火栓打開(kāi)，系統(tǒng)壓力持續(xù)下降到消防水泵啟動(dòng)壓力時(shí)，消防水泵啟動(dòng)，進(jìn)行消防作業(yè)，系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 穩(wěn)壓系統(tǒng)原理

穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先需要選取容積適當(dāng)?shù)南缐毫λ?，因消防壓力水柜沒(méi)有計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常取1～3 m，考慮到消防管路較長(zhǎng)，選取1個(gè)3 m的壓力水柜。其次，壓力水柜的壓力則應(yīng)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(shè)計(jì)為0.8 MPa。最后，穩(wěn)壓泵排量及揚(yáng)程應(yīng)恰當(dāng)。流量或揚(yáng)程過(guò)小，系統(tǒng)補(bǔ)水量不足，無(wú)法保證系統(tǒng)正常泄漏量或無(wú)法滿足系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)，導(dǎo)致自動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行失敗。流量或揚(yáng)程過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓泵啟動(dòng)頻繁。根據(jù)船舶設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)壓泵的排量及揚(yáng)程取消防壓力水柜容積和壓力的1.1倍。經(jīng)計(jì)算，確定穩(wěn)壓泵排量為3.3 m/h，實(shí)際選取5 m/h，揚(yáng)程為0.88 MPa。

3 方案校驗(yàn)

為確保船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，決定使用陸用GB 50720—2011《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)安全技術(shù)規(guī)范》第5.3章節(jié)臨時(shí)消防給水系統(tǒng)及GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的5.3章節(jié)穩(wěn)壓泵的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果校驗(yàn)。首先，校驗(yàn)消防水量?！督ㄔO(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》第5.3.9條規(guī)定，臨時(shí)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量不能低于15 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為1 h，詳見(jiàn)表3。

表3 在建工程臨時(shí)消防水用量

首先，船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)選擇通徑65 mm水槍?zhuān)瑯?biāo)準(zhǔn)流量為7.5 L/s；消防泵設(shè)計(jì)排量為54 m/h，可同時(shí)使用兩把水槍?zhuān)傆盟?5 L/s，滿足該條款要求。

其次，校驗(yàn)消防總管的管徑?！督ㄔO(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》第5.3.7條規(guī)定：臨時(shí)室外消防給水干管的管徑，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)消防用水量和干管內(nèi)水流計(jì)算速度進(jìn)行計(jì)算確定，且不應(yīng)小于100 mm。船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)總管外徑為114 mm，通徑為102 mm，滿足該條款。

再者，校驗(yàn)穩(wěn)壓泵的排量。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2條相關(guān)要求，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量應(yīng)不小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄漏量和系統(tǒng)的自啟動(dòng)流量，當(dāng)沒(méi)有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時(shí)，穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)算。船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵排量選取5 m/h，大于3%要求，滿足該條款規(guī)定。

最后，根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.3條校驗(yàn)穩(wěn)壓泵的揚(yáng)程。

1)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)和管網(wǎng)充滿水的要求。

2)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)自動(dòng)啟泵壓力設(shè)置點(diǎn)處的壓力在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)大于系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)啟泵壓力值，且增加值宜為0.07～0.1 MPa。

3)穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)保持系統(tǒng)最不利點(diǎn)處滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)的靜水壓力應(yīng)大于0.15 MPa。

選取船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)的穩(wěn)壓泵揚(yáng)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(guò)0.15 MPa的要求。同時(shí)，船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)準(zhǔn)工作壓力以所有管路充滿水為宜，根據(jù)高52 m估算為0.6 MPa。自動(dòng)啟泵壓力設(shè)置點(diǎn)設(shè)在壓力水柜下游總管上，啟動(dòng)壓力設(shè)定為0.7 MPa，滿足穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力大于準(zhǔn)工作狀態(tài)0.1 MPa的要求。

4 結(jié)論

1)使用船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)進(jìn)行船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，缺少消防水箱的容積計(jì)算依據(jù)。建議參照《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》補(bǔ)充相關(guān)計(jì)算內(nèi)容，同時(shí)可以考慮城市消防管網(wǎng)的補(bǔ)水效率，適當(dāng)減小消防水箱的容積。

2)使用船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)進(jìn)行船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，缺少穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)。建議參照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》補(bǔ)充相關(guān)計(jì)算內(nèi)容。

3)船塢臨時(shí)消防水系統(tǒng)可以結(jié)合《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用冊(cè)》、《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全技術(shù)規(guī)范》及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，某些有區(qū)別的要求，應(yīng)以要求高的條款作為設(shè)計(jì)依據(jù)。