与LNG相关船型甲板水雾系统覆盖区域及泵流量计算

韩啸 王佳浩 杨新杰

摘    要：火灾是造成船舶海难事故的重要原因之一。由于对安全生产和环境保护的要求越来越高，对消防技术也提出了更高的要求，越来越多的消防系统应用于现代船舶。本文基于IGC 2016规范，介绍与LNG相关船型的甲板水雾喷淋系统的设计要点，主要包括：系统整体设计要求、需求水量计算、泵流量计算、喷淋区域的划定和面积计算等，为今后相关船型甲板水雾喷淋系统的设计提供参考。

关键词：甲板水雾喷淋;流量计算;设计要求

中图分类号：U664.88                            文献标识码：A

Abstract： Fire is one of the important causes of shipwreck. Because of the higher and higher requirements for safety production and environmental protection， higher requirements for fire protection technology have been put forward， and more firefighting systems have been applied to modern ships. Based on the IGC Code 2016， this paper introduces the key points of deck spraying system design for LNG vessels， including the overall design requirements of the systems， water flow calculation， pumping capacity calculation， spraying area designation and area calculation. This paper provides a reference for the design of deck spraying system of relevant vessels in the future.

Key words： Deck spraying system; Flow calculation; Requirement of design; Area division

1     前言

船舶常用的消防系統主要包括：惰性气体消防系统;二氧化碳消防系统;干粉消防系统;水雾喷淋消防系统等。基于水雾喷淋系统启动速度快、喷水量大、适用范围广、无环境污染、灭火效果好等优点，已成为各船级社规范的普遍要求，水雾喷淋系统已成为现代船舶消防必不可少的重要系统之一。

2    水雾喷淋系统简介

水雾喷淋系统属于船舶消防系统的一部分。当发生火灾时，监控设备向水雾喷淋系统反馈信号，由系统发出动作指令触发喷淋动作。水雾喷淋系统，由主喷淋泵、应急泵、监控设备、喷淋管网、喷头等组成。

出于可靠性考虑，设计时一般会将主喷淋泵与应急泵分开放置：主喷淋泵向整个喷淋管网供水;应急泵主要与有人员经常出入或救生艇集合站区域的喷淋管路连接，以便在主喷淋泵意外停机的情况下，该类区域的水雾喷淋系统依旧可以使用。

水雾喷淋系统在工作时，可对着火区域实施灭火、抑制扩散、降温降尘等多重保护，其作用原理如下：

（1）冷却：水流经由喷嘴喷洒形成小水珠，受热后易蒸发，可吸收大量燃烧热量，降低环境温度，在一定程度上阻碍燃烧;

（2）缺氧：水雾在受热蒸发后，水蒸气体积急剧扩散，将着火区域内的空气排开，导致区域内氧气趋少，从而起到灭火的作用;

（3）阻热：蒸发后的水蒸气可迅速笼罩燃烧物和火焰，水蒸气罩可在一定程度上吸热，阻挡燃烧物和火焰向周边区域投射热量;

（4）阻燃：大量喷淋水雾后，除了在下落过程中蒸发掉的水雾，剩余的水雾喷淋到燃烧物上形成一层水膜，从而阻止燃烧物与空气接触，起到阻燃作用。

除了以上几点外，在灭火过程中系统针对不同种类的燃烧物，往往还具有稀释等其他作用。此外，在灭火的同时，还能有效降低燃烧产生的烟雾中的粉尘，且不会对覆盖区域造成二次污染，甚至无需任何化学溶剂清理。

3    IGC 2016规范简介

根据IGC 2016新规范规定，对于LNG船，水雾喷淋系统应覆盖以下区域：

（1）暴露的液货舱气室、液货舱的任何暴露部分和含有货物的相邻设备着火时暴露于热的液货舱盖的任何部分;

（2）在甲板上暴露的用于易燃或有毒货品的储存容器;

（3）甲板上的气体处理装置;

（4）货物液体和蒸气的装卸连接，包括法兰及其控制阀所在的区域，其范围至少等于所设滴盘的区域;

（5）货物液体和蒸气管中所有暴露的应急关闭（ESD）阀，包括向用气装置供气的总阀;

（6）面向货物区域的暴露限界面。例如：经常有人的上层建筑和甲板室的舱壁、货物机器处所、装有高度失火危险物品的储藏室和货物控制室。但这些区域暴露的水平限界面不要求保护，除非在其上面或下面布置可拆卸的货物管路连接;对不存放高度失火危险物品或设备的无人首楼结构的限界面，不要求水雾保护;

（7）面向货物区域暴露救生艇、救生筏和集合站;

（8）任何半围蔽货物机器处所和半围蔽货物机舱。

根据上述规范中的各条规定，对水雾喷淋系统设计时应考虑但不仅限于下列区域：

（1）上建及甲板舱室区域（面向货物区域的竖直面）。

（2）面向货物区域的暴露救生艇、救生筏和集合站。

（3）TANK DOME AREA。

（4）LNG/NG TRANSFER SPOOL PIECE STATION。

（5）装卸站区域。

（6）增压泵、压缩机、汽化器、货物Heater、货物Cooler、再气化单元、再液化单元等液货处理设备区域。

（7）水乙二醇单元区域（视具体情况而定）。

注意：是否需要在水乙二醇单元区域设置水雾系统，应根据实际情况进行考虑。当水乙二醇与货物的换热器设置于单元内，必须增设水雾喷淋系统;当水乙二醇与货物的换热器和单元分离时，只需在换热器设置区域增设水雾喷淋系统，对于无货物通过的水乙二醇单元可以根据实际情况考虑不设置水雾喷淋系统。

4    喷淋区域划分

针对水雾喷淋区域的划分，IGC 2016规范规定：在垂直表面上确定用于保护较低区域的喷嘴的间距时，可估算从较高区域流下的水量;为了隔断损坏的管段，在水雾系统总管路上应每隔不超过40 m安装1个截止阀;或者将系统分成2个或多个区段，可以对每个区段进行独立操作，但应将必要的控制装置集中安装在货物区域外易于到达的位置。

从上述IGC 2016规范中的区域划分规定可知：

各水雾喷淋系统覆盖区域可由一条主管路供水，在较靠近保护区域的主管路上分出支管，但主管路应每隔不超过40  m安装1个截止阀;或者，各水雾喷淋系统覆盖区域可由一条主管路供水，主管路的末端设置于货物区域外易于到达的位置。在喷淋主管路末端，根据保护区域的数量设置支管数量，由支管路供水，且每个区段进行独立操作。

5     喷淋面积计算

（1）对于上述（1）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）区域或需要提供保护的其他区域的面积大小，可根据甲板总布置图上直接计算获得，但在计算时应同时考虑下列因素：

① 计算区域应覆盖设备安装区域;

② 计算区域应覆盖周边阀件、法兰等连接区域;

③ 计算区域应覆盖集液盘放置区域。

（2）对于（2）号区域中提及的集合站面积的大小，可按以下公式计算：

A集合站=设计人数 X 0.35㎡

如若在集合站和货物区域之间布置有舱室、遮蔽物等，导致集合站不会直面货物区域，在这种情况下可以考虑不设置水雾喷淋。

（3）对于竖直区域的面积（例如上建外舱壁、甲板压缩机房等），可按下式计算：

A竖直区域=长度（或宽度） X 高度

在CCS对IGC 2016规范的规定进行解读时，建议防护垂直面的水喷嘴行之间垂直距离一般不超过3.7 m，当超过3.7 m时应考虑设置多排喷嘴。

（4）对于不能明确划分为水平面或垂直面的倾斜结构面，水雾喷淋系统覆盖的面积以结构在水平面上的投影面积为准。

6     主喷淋泵流量计算

6.1   船舶在正常浮態下

主喷淋泵的流量，可根据IGC 2016中的规定，按下式估算：

（1）竖直面

F竖直 = A竖直 X 4  L/㎡/min

（2）水平面

F水平 = A水平 X 10  L/㎡/min

（3）倾斜面

F水平 = A水平投影 X 10  L/㎡/min

综合上述对水雾系统的流量要求，对喷淋泵流量的选择时应满足：

F理论需求=F竖直+F水平+F水平投影

在实际对喷淋泵的流量进行估算时，还应考虑诸多因素的影响，因此在初期设计时可根据下列经验公式进行选择：

F初期设计=F理论需求 X 1.3

6.2   船舶在应急状态下

根据IGC 2016规范规定，如果一个舱失火会使两个消防泵失效，经常有人的上层建筑和甲板室的限界面和面向货物区域的救生艇、救生筏和集合区域也应能由1 个消防泵或应急消防泵提供保护;但CCS对IGC 2016中的规定进行解读时规定，不管水雾系统供水泵是否由消防泵兼用，均要求提供额外的1 台消防泵或应急消防泵对水雾系统供水，其流量应满足：

F竖直-应急 = A竖直 X 4  L/㎡/min

F水平-应急 = A水平 X 10  L/㎡/min

由以上规定可知，针对以上的规范涉及的区域，每个区域均应在水雾喷淋系统的主管路上增设支管路与1台应急消防泵相连。因此在初期设计阶段，应急消防泵的流量应满足：

F初期设计-应急=F竖直-应急X 1.3

F初期设计-应急=F水平-应急 X 1.3

F初期设计-应急=（F竖直-应急+ F水平-应急）X 1.3

7    结论

通过以上对IGC 2016规范中对水雾喷淋系统规定的解读，LNG船在设计水雾系统及选择喷淋泵和应急消防泵时，可参照文中总结的计算公式进行核算，以避免覆盖区域不明、覆盖面积不足、泵容量不足等问题。

水雾喷淋系统属于安全系统的一部分，虽然IGC规范从多方面针对该系统进行了规定，但IGC规范仍属于全球通用的基本规范。在各船级社规范中，依然存在一些附加要求或不同于CCS的解读，设计人员在设计整个系统时，除应满足IGC基本规范外，还应参考船舶入级船级社规范进行具体设计。

参考文献

[1]  中国船级社. 散装运输液化气体船舶结构与设备规范[S]. 2016.