饱和潜水支持船潜水设备区消防系统设计

王显力，康 健，刘志超

（1.中国船舶与海洋工程设计研究院，上海 200011；2.上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125；3.上海振华启东海洋工程股份有限公司，江苏 启东 226259）

0 引 言

饱和潜水支持船（Dive Support Vessel，DSV）是支持水下作业的专业船舶，其配备的饱和潜水系统是能保证潜水员在水下高压环境下正常作业的配套系统，具有应对大深度和大吨位应急打捞、大面积溢油及其他突发事件的能力，对保证水下施工、科研和救援等工作正常开展具有重大意义[1]。饱和潜水技术是在潜水医学家Bond提出的“饱和潜水”理论的基础上发展起来的。所谓“饱和潜水”理论，是指潜水员在高气压环境下长时间暴露，使得其体内各组织中的气体达到完全饱和，此时只要环境压力不发生改变，不论暴露多长时间，其减压时间是相等的[2]。潜水员从惰性气体饱和状态减压需要的时间很长。若能创造条件使潜水员在作业区长时间停留，使其体内气体达到饱和，则潜水员即可长时间作业，直到作业完成，1次减压出水[3]，从而使潜水作业效率大大提高。为饱和潜水员提供服务和支持的船舶称为饱和潜水支持船。饱和潜水支持船是一种高端的海洋工程作业船舶，在深海水下施工、设备维护巡检等作业中得到广泛应用。潜水设备区布置有大量的压力设备、高压气体及潜水员生活舱室，由于潜水员无法直接从惰性气体饱和状态回到常压状态，因此支持母船上一旦发生火灾，迅速降温、灭火，保证潜水员安全及相关潜水服务设备正常运行是饱和潜水支持船必须解决的问题。

1 船舶概况

本文以中国船舶工业集团公司第七○八研究所设计、上海振华重工股份有限公司建造、船东为英国Selion集团公司300m饱和潜水支持船（以下简称该船）为研究对象介绍其潜水设备区域消防系统的设计。该船潜水系统的设计满足DNV DSV-SAT和SURFACE船级符号的要求。船舶及主要潜水设备参数见表1。

表1 船舶及主要潜水设备参数

2 规范规则的研究及系统设计方案

根据DNV规范Part5，Ch16，Sec6，C饱和潜水支持船消防系统的要求，船上布置有加压减压生活舱、潜水钟、气瓶、空压机和控制站的区域需设置固定式灭火系统，若该区域是围闭区域，则灭火范围需能覆盖至少整个A类防火分割区域，灭火系统既可以是适用于A类机器处所的水喷淋系统，也可以是与其等效的对人无害的固定式气体灭火系统[4]。

该船潜水区域设置有饱和潜水控制站、常规潜水控制站及集中控制站，这些控制站中均设置 FM1230气体灭火，气瓶及释放装置储存在就近的舱室内，每个房间独立设置，本文不再赘述，下面详细探讨设备区的水喷淋灭火系统。

该船的潜水设备区域采用水喷淋灭火系统。依据规范要求，若选用水喷淋灭火系统，则该系统的有效流量应≥10L/min/m2的水平保护区域，用以灭火和冷却饱和区域内的压力设备；或在等效的围闭处所内采用流量＜5L/min/m2的水雾灭火，并对承压保护对象增加流量为5L/min/m2的喷淋冷却，水雾系统和喷淋系统需能同时触发作用。该船的潜水设备区域除了安装气瓶和加压减压生活舱以外，还安装有为潜水员居住舱室服务的环控设备、空调设备及气体的压缩、调拨和回收设备，若全船采用流量为10L/min/m2的水喷淋系统灭火，部分设备的防护等级很难满足喷淋的要求，一旦喷淋系统释放，虽然不会影响潜水员的安全，但部分设备经过喷淋之后可能无法继续使用，带来设备更换和安装方面的巨额费用。同时，为做到区域全覆盖，喷淋系统喷头的布设不可避免地出现交叉重叠，喷水量增加，且饱和潜水区域自身面积比较大，当整个区域喷淋时大量的海水进入船舱对整船的排水能力及稳性是一个考验；同时，水泵和管子较大，对于该船这种多功能、紧凑型船舶而言实现起来比较困难。

为能既满足规范的要求，又减少海水的喷射量，将该船潜水设备区域的消防系统设计为2部分：围闭处所内的区域采用全淹没水雾灭火系统，系统使用淡水，并对压力设备设置流量≥5L/min/m2的海水喷淋；开场区域采用流量为10L/min/m2的海水喷淋系统，全淹没水雾灭火系统的覆盖范围包括整个防火分隔的舱室，而喷淋系统仅覆盖压力容器范围，喷淋系统和水雾系统采用联动控制。这样整个系统所需的水量将大大减少，区域内的非承压设备由于采用的是淡水细水雾保护，即使释放消防系统也不会对设备造成损害。同时，细水雾喷射颗粒的直径很小，相对表面积较大，受热之后更易汽化，在汽化过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量，从而使燃烧物表面的温度迅速降低[5]。整个系统的防护设置见图1。

图1 潜水设备区域消防喷头布置图示意

3 灭火区域设定及最大防护区域的划分

该船潜水系统水喷淋系统需保护的区域从下到上依次为潜水员生活环控设备区、潜水员舱室设备区、气瓶区、空压机区、潜水钟及逃生通道区和高压逃生艇区。

围闭处所采用的是全淹没水雾灭火系统，喷头选用AUTRONICA K6型式，船级社认证保护区域为9m2的方形区域，设计压力下的水量为 18.0L/min，流量为 2.00L/min/m2；围闭处所区域承压设备的喷淋系统喷头选用AUTRONICA K32型式，船级社认证的保护区域是半径为2m的圆形区域，面积约为12.6m2，设计压力下的水量为 71.5L/min，流量为 5.67L/min/m2；开敞甲板区域承压设备喷淋系统喷头选用AUTRONICA K47，船级社认证保护区域是半径为2m的圆形区域，面积约为12.6m2，设计压力下的水量为127.5L/min，流量为10.12L/min/m2。

根据潜水设备舱室的布置及喷头的设置，整个潜水设备区域消防系统喷头及水量配置见表2。

表2 潜水设备区域消防系统喷头及水量配置

4 喷淋水泵的计算选型

喷淋泵的选型需考虑整个系统要达到的最大水量，潜水区域一旦发生火情，潜水员从高压逃生舱经过逃生通道进入高压逃生艇。同时，需考虑逃生通道免受火灾的影响及高压逃生艇的安全吊放。完整的潜水员逃生路线示意见图2。

图2 潜水员逃生路线示意

根据图2，潜水设备区域的最大保护区域应包括区域3、区域5、区域6、区域11和区域12，故喷淋泵及全淹没水雾水泵的排量分别为

式(1)和式(2)中：Q为喷淋水泵总流量；Qn为区域n的喷淋流量；q为水雾水泵总流量；qn为区域n的水雾流量。

根据上述计算，该船潜水区域消防系统设置1台喷淋海水泵，排量为210m3/h，排出压力为10bar；设置3台全淹没水雾淡水泵，排量为29m3/h，排出压力为12bar，两用一备；同时，为水雾系统配置1台稳压泵，排量为12.5m3/h，排出压力为12bar；保证水雾系统释放阀之前的管路系统内压力平稳变化，使系统内的压力降低到稳压泵设定的启动压力与主泵设定的启动压力之间，以确保有足够的时间启动稳压泵，从而保持系统压力，避免大功率喷淋泵意外启动[6]。

5 系统的原理设计

根据前文所述，该船潜水设备区域消防系统原理图见图3。根据规范要求，释放按钮应设置在该区域外的就近位置处；对于水雾系统和喷淋系统同时作用的区域，释放按钮应能实现操作连锁、同时释放；最大逃生路线上几个区域应同步释放，释放操作按钮设置在这几个区域以外易于到达的地方。

图3 潜水设备区域消防系统原理图

6 结 语

本文以一艘饱和潜水支持船饱和潜水区域的固定式消防系统为研究对象对该船潜水设备区固定式消防系统的设计及设备的选型进行探讨。该设计既满足规范的防护要求，又能最大限度地保护区域内的设备。在系统设计过程中，经过与船级社及用户反复沟通，所设计的图纸文件得到了DNV船级社审查同意。该研究可为船舶设计者设计该类船舶的消防系统提供参考。

【 参 考 文 献 】

[1] 刘婷，张春景.DP3系统分析与研究——在饱和潜水支持船设备和布置上[J].工业技术创新，2016, 3 (2): 258-259.

[2] 刘贞飞，严国华，陈雷，等.饱和潜水在海洋工程中的应用[J].中国水运，2012 (3): 38.

[3] 栾涛，续明，张大伟．饱和潜水系统在水下海管膨胀弯安装应用[J].能源与节能，2013 (1): 119.

[4] DNV.DNV Rules Part5, Ch16, Sec6, C[S].2014.

[5] 汪远，梁俊，蔡振仲.细水雾——开创船舶消防的新时代[J].水上消防，2007 (6): 42.

[6] 徐天晓，于再红.深水钻井船水消防系统的设计[J].船舶，2013 (6): 55.