现代消防船对外消防系统设计

贾蓉萍

（上海佳豪船海工程研究设计有限公司，上海 201612）

0 引 言

由于陆上消防设施在沿海码头作业具有一定的局限性，如易受道路交通的影响、装载的消防用水和浓缩泡沫液有限等，导致各港口对消防船的需求量不断增加。现代消防船能为海上石油钻井平台及其辅助平台提供安全保障，是一种与陆上消防设施相辅相成的新型消防系统。

专业消防船一般具有较强的机动性，最大航速通常能达到16～17kn，应急反应迅速；同时，随着船型的不断加大，其浓缩泡沫液、干粉和CO2等消防介质的装载量逐渐增多，能承担长时间的灭火任务。因此，消防船在沿岸石油化工企业和离岸物流船舶（大型邮船、货船）的消防灭火工作中发挥着越来越重要的作用。

1 “浦消一号”消防船

“浦消一号”消防船（见图1）为新型多用途1200t近海消防船，总长约53.2m，型宽12.8m，型深6.0m，设计吃水4.0m，最大航速约16.3kn，续航力1800n mile。该船是采用当前最新的消防公务船设计理念设计的，配置有先进可靠的推进动力和自动化控制系统，已于2017年5月交付使用。该船主要承担近海海域的消防灭火救援任务，同时具有对岸供水、溢油处置、拖带遇险船舶和海上救援等功能，配备有先进的搜救、救援设备。

图1 “浦消一号”消防船

“浦消一号”消防船是当前国内消防能力最强、装备最先进的消防船之一，虽然其船籍符号申请的是“二类消防船”，但其对外消防系统的实际配置达到了“三类消防船”的要求。该船对外水消防系统功能齐全，专业性强，包含3台机带对外消防泵和10门射程、流量不同的消防炮，整个系统由船用对外消防系统厂家挪威FFS提供，最大灭火水量达到3.5t/s，最大消防炮射程约245m。该船具有对外水灭火、对外泡沫灭火、对外CO2灭火和对外干粉灭火的能力，可根据火灾的类型和特性选择合适的灭火方式。

2 对外水消防系统

2.1 对外水消防系统的功能

对外水消防系统主要用于扑灭A类火灾，即由易燃固体引起的，一般在燃烧时产生灼热灰烬的火灾[1]。该系统通常用于远程灭火，起到初步冷却、降温和隔离的作用，从而达到灭火的目的。

“浦消一号”消防船配有水雾系统，具有“Water Spraying”标志（见图2），能对暴露于火场的辐射热的船舶垂直表面提供有效冷却的水雾，使船舶能在灭火或开展营救作业时尽量接近燃烧目标，以更好地达到灭火的目的[2]。

图2 水幕系统

2.2 对外水消防系统的组成

对外水消防系统主要由对外消防泵、对外消防泵驱动装置、消防水炮（通常兼作泡沫炮）、消防四通站及相关阀件、管路及其控制系统组成。2018年版《钢制海船入级规范》的第8篇第1章对第1类、第2类和第3类消防船的最低配置有明确的要求，具体见表1[2]。

“浦消一号”消防船的对外消防泵由主机自由端和专用对外消防柴油机驱动，中间通过高弹和离合器齿轮箱相连。该船的消防管路采用串联与并联相结合的设计思路，只要任意一台柴油机具有工作能力，就能保证消防炮正常工作。当3台对外消防泵同时工作时，总灭火水量高达12600m3/h，操作人员可启动任意1门或多门（甚至全部10门）对外消防炮，最大射程达245m，起到远距离灭火的作用。此外，该船配置有2套全回转舵桨和可调螺距侧推器，用于克服消防炮工作时的后坐力，保持消防船的相对稳定。船上燃油舱的配置能使该船持续对外消防灭火100h。该船对外水消防系统具体配置见表2。

表1 不同类型消防船最低配置要求

表2 “浦消一号”消防船对外消防系统具体配置

2.3 对外水消防系统的设计要点和创新点

对外水消防系统根据消防炮的数量和功能的不同，其设计的难易程度有所不同。消防炮的数量越多，功能越强大，阀件越多，其控制越复杂。对外水消防系统的设计要点和创新点如下：

1) 由于对外消防泵的流量通常较大，在根据建造规格书和船级社的要求选择好对外消防泵的型号之后，应充分对其汽蚀余量进行计算，确保对外消防泵进口有效汽蚀余量大于对外消防泵的必须汽蚀余量，避免出现空转和汽蚀等现象。

2) 对外消防泵的吸入管路应尽量短和直。吸入管路内的最大设计水速一般不超过2m/s。海底门格栅的净流通面积通常要大于海水阀入口面积2～3倍。“浦消一号”消防船对外消防泵吸入管通过增大异径和斜切45°等方式增大吸入口面积，尽可能地降低进口流速。此外，该吸入管斜切口应朝向水流较大的方向。

3) 设计对外消防泵与其进口阀启动连锁。对外消防泵启动之前，应确保其进口阀处于开启状态，使整个对外消防泵充满水，防止其空转，烧坏其密封，使整个对外消防泵瘫痪。

4) 应在对外消防泵的出口阀处设置较小管径的旁通管路，防止主消防管路水流突然增大破坏管路和消防炮。当对外消防泵在主机怠速的情况下与主机合排时，首先应打开旁通阀，关闭出口阀，使整个对外消防系统管路逐渐充满水，在消防炮处有水出来之后再打开对外消防泵出口阀，关闭旁通阀，提高主机的转速，使主机和对外消防泵全负荷运行。

5) 在对外消防泵处接固定泄放管路。在对外消防结束之后，需关闭对外消防泵的出口阀，打开旁通阀和舷侧阀，防止主消防管路内巨大的水流在重力的作用下冲击对外消防泵的叶轮。打开对外消防泵的泄放阀，泄放掉管路和对外消防泵内的海水，防止其长期浸泡在海水中，加速腐蚀。

6) 严格计算船舶的稳性。一门流量为3600m3/h、射程为245m的消防炮，其后坐力达到64.8kN，消防炮所在位置的结构和管路应作特别加强。对外消防灭火作业的稳性核算计及所有参与对外消防灭火作业的消防炮以最大的排量向对船舶最不利的方向喷射时所产生的最大横倾力和力矩[3]。

7) 船舶需配置一定功率的主推进系统和侧推器，以便克服各消防炮的后坐力，使消防船在开展灭火作业时保持自身位置基本不变。若有其他措施能确保船舶在开展灭火作业时保持自身位置基本不变，则可不配置侧推器。

3 对外泡沫灭火系统

3.1 对外泡沫灭火系统的功能

泡沫浓缩液与海水在泡沫比例混合器中按一定的比例混合形成泡沫剂，起到增大消防介质与火源的接触面积、隔绝空气和降低温度的作用，从而达到灭火的目的，主要用于B类和C类火灾，即由一些液体或气体引起的火灾，如柴油、原油、沥青、甲醇和天然气等[1]。

目前船上使用的泡沫剂通常为空气泡沫剂，主要有水成膜泡沫、氟蛋白泡沫和普通蛋白类泡沫等3种，其中：普通蛋白类泡沫灭火剂具有良好的耐火性，缺点是易受油品的污染；氟蛋白泡沫灭火剂具有很好的流动性，即使受到油品的污染也不会轻易消泡，但价格比普通蛋白类泡沫灭火剂高很多；水成膜泡沫灭火剂是指能在烃类液体表面形成水膜的泡沫灭火剂[4]，是目前船上应用较普遍的灭火剂，除了具有耐热、耐火和耐油等优点以外，还能在燃烧表面形成一层水膜，与泡沫层一起覆盖在燃烧物表面。此外，水膜高温汽化能降低周边的温度，并稀释燃烧液体表面的含氧量，具有效率高、速度快和防复燃性能好等优点。

泡沫可按发泡倍数分为低倍泡沫、中倍泡沫和高倍泡沫等3种。发泡倍数是指泡沫体积与构成该泡沫的泡沫溶液的体积的比值。低倍泡沫的发泡倍数一般小于20倍，最为普遍；中倍泡沫的发泡倍数一般为21～200倍，可用于扑灭海面上的流淌火；高倍泡沫的发泡倍数一般大于201倍，通常应用于便携式消防设备中[5]。“浦消一号”消防船上配置有低倍泡沫、中倍和高倍泡沫灭火系统。

3.2 对外泡沫灭火系统的组成

对外泡沫灭火系统通常与对外水消防系统共用管路和消防炮，由对外消防泵提供水源。“浦消一号”消防船的10门消防炮既能喷水，又能喷射泡沫。对外泡沫灭火系统主要由泡沫输送泵、泡沫循环泵、泡沫比例混合器、泡沫炮、相应的阀件、管路及其控制系统组成。

3.3 对外泡沫灭火系统的设计要点和创新点

对外泡沫灭火系统的应用通常分为2部分：一部分为泡沫浓缩液的注入、排出、透气和清洗；另一部分为对外喷射与海水混合的泡沫液。该系统的设计要点和创新点如下：

1) 泡沫浓缩液具有腐蚀性，因此泡沫液管、泡沫舱、穿过泡沫舱的管子和管路上的阀附件均应选择防腐型的材料，通常选择不锈钢材质或在外侧做防腐涂层。另外，应设置清洗管路和低位泄放管路，在完成灭火作业之后，及时泄放和清洗，防止腐蚀。

2) 在计算泡沫管路阻力和选择管径时，先明确该船即将使用的泡沫液种类，选择不同的泡沫液会有不同的黏度，对应选择的泡沫泵和泡沫管管径有所不同。

3) 泡沫舱的透气装置推荐使用真空压力阀，泡沫浓缩液通常要求密封保存，长期暴露在大气中会使其变质，从而影响灭火效果。另外，从价格的角度考虑，越好的泡沫浓缩液越贵，应根据厂家的要求妥善保存。即使不使用PV阀，而是用常规的空气管头，在不使用泡沫液时，建议用盲板将空气管封死，当需要使用时及时打开。

4) 为获得更好的浓缩泡沫液与海水的混合液，泡沫比例混合器进口处应有长度大于等于5倍管径的直管段，出口处应有长度大于等于3倍管径的直管段。不同泡沫比例混合器厂家对这些数据的要求会稍有不同。

5) 消防炮前面的阀与消防炮的最小距离必须大于1倍阀的通径，且泡沫炮前至少有1m的直管段，防止紊流影响消防炮的射程。

4 对外干粉灭火系统

4.1 对外干粉系统的功能

对外干粉灭火系统（见图3）的工作原理与喷射泵类似，即以氮气瓶内储存的高压氮气作为动力，将干粉罐内的干粉带出干粉炮。干粉灭火系统普遍用于扑灭B类、C类、D类和E类火灾，作用广泛。不同于水或泡沫，干粉通常可用于扑灭电器设备引起的火灾，同时不像CO2有导致人员窒息的危险，因此干粉灭火有其独特的应用价值。

图3 对外干粉灭火系统

4.2 对外干粉灭火系统的组成

对外干粉灭火系统通常由干粉厂家打包供应，船厂负责安装和外接管路。一套完整的对外干粉灭火系统通常由干粉罐、一定数量的氮气瓶、减压阀、干粉炮、干粉软管及卷盘、手持干粉枪、相应的阀件、管路及其控制系统组成。

“浦消一号”消防船的对外干粉灭火系统由1个2000kg的干粉罐、9个68L的氮气瓶组、1个喷射率为30kg/s且射程不小于32m的干粉炮、2套喷射率为5kg/s且射程不小于12m的干粉枪及卷盘、其他阀件、管路及其控制系统组成。

4.3 对外干粉灭火系统的设计要点和创新点

对外干粉灭火系统是相对独立的系统，其设计包括“干粉系统管路原理图”和“干粉房间布置图”。该系统相比其他系统较为简单，其设计要点和创新点如下：

1) 手动就地启动。当发生火灾时，按下就地启动按钮启动系统，打开高压气瓶（即氮气瓶）瓶头阀，待罐内粉气混合物的压力达到一定数值之后，自动开启出口球阀，释放干粉灭火剂。

2) 手动应急操作。当手动就地启动失败时，转动启动装置上的紧急手轮，手动打开储气瓶瓶头阀和高压气瓶瓶头阀，待罐内粉气混合物的压力达到一定数值之后，手动打开出口球阀，释放干粉灭火剂。

3) 每次使用之后都要手动开启冲洗瓶头阀，手动开启需冲洗管路的相应球阀、干粉炮和干粉枪管路进行管路冲洗。

4) “浦消一号”消防船的干粉炮通过卡套固定布置在最高处的消防炮上，通过控制消防炮的水平横移和俯仰角调整干粉炮的喷射角度，以便发挥消防炮的作用。

5 对外CO2灭火系统

5.1 对外CO2灭火系统的功能

对外CO2灭火系统通过释放CO2降低空气中的氧气含量，从而达到灭火的目的，普遍用于扑灭B类、C类、D类和E类火灾。由于CO2操作不当有可能对人员造成窒息的危险，因此通常在密闭处所确保无人之后再释放。对外CO2灭火系统相对于对外干粉灭火系统，能确保不对精密仪器设备本身造成伤害和污染，因此使用较多。

5.2 对外CO2灭火系统的组成

对外CO2灭火系统通常由设备厂家打包供应，船厂负责安装和外接管路。一套完整的CO2灭火系统由CO2气瓶组、气动释放阀、手动释放阀、遥控施放站、背压阀、信号叫笛、CO2施放软管及喷枪、相应的控制阀件、管路及其控制系统组成。

5.3 对外CO2灭火系统的设计要点和创新点

对外CO2灭火系统是相对独立的系统，其设计包含“CO2站室布置图”“CO2管路系统原理图”和“CO2灭火计算书”，这3份图纸要求送审船级社认可。对外CO2灭火系统的设计要点和创新点如下：

1) CO2释放建议在较为封闭的无人处所进行，若要在开敞处所释放，由于CO2比空气重，建议站在上风向。若条件允许，最好穿戴消防员装备，带好消防氧气瓶进入灭火区域。

2) “浦消一号”消防船的对外CO2灭火系统的各高压钢瓶内共储存有1.5t CO2，4只CO2喷枪能在1.5min内将1.5t CO2全部释放，另配有50m高压软管1根，盘车机1个，可将消防船上的CO2高压软管拉至难船的机舱内灭火。

6 结 语

本文所述4类消防灭火系统是目前主要采用的灭火系统，各系统的独立陆基应用已较为成熟。“浦消一号”消防船是将这4种灭火系统集成装船使用的大型多用途消防船，在对这些系统进行装船设计过程中，需根据船舶的特性做合理的设计调整，以保证各系统装船之后正常运行。此外，“浦消一号”消防船的顺利交付说明消防船的大型化、功能多样化和集中化已成为可能，乃至已成为趋势，可供同类船型的设计和建造借鉴，为后续沿海设施的消防提供了新思路。