货滚船滚装处所水雾系统的选型和应用

王振宇，张冯君

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210000）

0 引言

金陵船厂为澳大利亚船东建造的货物滚装船，挂澳大利亚旗，入级英国劳氏船级社，用于澳洲几个海岛之间的定点航线，设计最低环境温度为−10 ℃。该船共4层甲板可装货，甲板1/2/3为封闭滚装处所，甲板4为露天甲板，甲板4局部的上方被居住甲板甲板5覆盖，属于露天滚装处所。全船可装载小轿车、装运集装箱的拖车等滚装货物。按照船东要求，本船选用 UNITOR公司设计的XFLOW系统，最大水压为1.6 MPa，属于低压水雾，用于全船滚装处所的保护。

1 滚装处所水雾型式基本定义

MSC.1/Circular.1430将水雾系统定义为2种：

1）性能试验型（Performance）：系统应在特定的喷嘴和布置情况下，做灭火试验，根据试验结果决定设计的基本参数。

2）规则定义型（Prescriptive）：是指根据规则要求的参数，如最小释放水量、最大喷嘴间距等设计的系统。

目前市场上主流的高压水雾系统均为性能试验型，而本船使用的XFLOW系统，属于规则定义型。

2 水雾系统种类

水雾系统可分为：

1）暴雨式喷淋系统

喷嘴不带感温包（开式喷嘴），管子通过喷嘴与周围相通，里面压力即是大气压。系统可通过手动或自动进行释放。

2）湿管式喷淋系统

喷嘴自带感温包（闭式喷嘴），管路里充满水，当感温包破裂后，水会自动流出，触动管路上的流量开关，进而启动水雾泵和释放阀。

3）干管式喷淋系统

喷嘴自带感温包（闭式喷嘴），管路里充满干空气或氮气，在感温包破裂后，气体流出，触动管路上的流量开关，进而启动水雾泵和释放阀。

4）预激发式喷淋系统

喷嘴自带感温包，也可以是开式喷嘴不带感温包。专门的火警探测系统布置在被保护区域作为补充。当探头探测到火警时，自动打开释放阀，水流向喷嘴。带感温包的喷嘴在达到一定温度时，感温包熔化，喷嘴出水；开式喷嘴则直接出水。

3 滚装处所水雾设计选型

滚装处所水雾设计选型有以下几个步骤及注意点。

1）明确滚装处所的类别

滚装处所分为3类：

（1）开式滚装处所。货舱的两端或一端为敞开式，或存在露天甲板的区域。

（2）封闭滚装处所。航行时货舱处于封闭状态。、

（3）特殊区域。车辆能够到达的区域，或者人员能够到达的区域。

2）查询并明确各类喷淋系统适用范围

根据 2012年 5月通过的 IMO MSC.1/Circular.1430通函，对货物滚装船上滚装处所的水雾的要求如表1所示。

表1 滚装处所水雾型式

3）查询并明确 SC.1/Circular.1430最小释放水量的规定

MSC.1/Circular.1430中规定了最小释放水量，见表2。

表2 最小释放水量

对于滚装处所存在非水密的中间甲板或活动甲板，无论何种型式的系统，其最小覆盖范围都应在表2的基础上再乘以2倍。如本船甲板2非水密的中间甲板，此处最小覆盖范围应为甲板 2上方（甲板3倒挂）280 m范围内+甲板2下方280 m范围。

4）确定本船滚装区域的尺寸

滚装区域的尺寸见表3。

表3 滚装区域的尺寸

5）水量对比

水量对比可用式（1）计算。

式中：

Z

为2种水量之比；

Q

为某一层高范围内湿管式喷淋系统最小水量，mm/min；

F

为某一层高范围内湿管式喷淋系统最小覆盖范围，m；

Q

为某一层高范围内（暴雨式、干管式或预激发式）3种喷淋系统最小水量之一，mm/min；

F

为某一层高范围内（暴雨式、干管式或预激发式）3种喷淋系统最小覆盖范围之一，m。以湿管式与干管式在甲板2的水量对比（

Z

）为例。根据表3，查出对应区域层高为2.5 m～6.5 m，根据式（1）和表2，得：

Q

=15 mm/min，

F

=280 m，

Q

=15 mm/min，

F

=365 m，故

Z

=77%。以湿管式与暴雨式在甲板3的水量对比（

Z

）为例，根据表3，查出对应区域层高在6.5 m～9 m之间，被保护区域的全宽

B

=28 m，根据式（1）和表2，得：

Q

=20 mm/min，

F

=280 m；

Q

=15 mm/min，

F

=1 120 m。故

Z

=33%。

6）与干散货船相比，滚装船空船重量较大，重心较高，且滚装类货物分层装载，满载后，每层货舱均有一定的亏舱空间，会导致船舶整体的重心偏高。一旦消防水在滚装货舱内大量积聚会在很大程度上削弱滚装船的稳性，也会加剧船舶的横倾和纵倾。多年来，先后发生过数次消防水量自由液面对船舶产生重大影响的事故，因此在规范允许的范围内，选择所需水量最小的系统。

7）该船建造规格书明确最低环境温度为−10 ℃，由于货舱通风缘故，滚装封闭处所理论温度等同于外界环境温度。当环境温度为−10 ℃时，在湿管式中注入乙二醇防冻液，可有效防止冰冻。

基于以上步骤和注意点，最终在属于封闭滚装区域的甲板 1/2/3选用湿管闭式喷嘴，属于露天区域的甲板4选用暴雨干式喷嘴。湿管式和暴雨式喷嘴系统共用1套泵站。

4 滚装处所水雾系统应用注意事项

1）对于湿式喷嘴感温包温度，需要根据表4要求选用，不能混用。

表4 不同层高温包范围

2）水雾喷嘴的布置要求

水雾厂家会根据总布置图，提供第1版水雾布置图。随后船厂设计部门应在船体结构图出来后，在厂家图纸基础上调整布置喷嘴。后续电缆托架、管系都应不会对水雾进行干涉。必要时，需要增加喷嘴数量，以弥补被电缆和管系干涉导致的覆盖损失。

3）大梁的影响

滚装船由于每层甲板都会承载装满货物的车辆，甲板反面每隔一定距离会布置大量的T型大梁作为结构加强。

MSC.1430要求：如果大梁高度小于600 mm，喷嘴可与大梁平齐，或比大梁下沿还高；如果大梁高于600 mm，则喷嘴最多只能布置在距离上层甲板600 mm高度处。

由于近年来滚装船甲板承受载荷越来越大，相应的大梁结构也越来越强。目前IMO已出台新的解释，对于开式喷嘴，可以不用考虑上述600 mm高度的限制，但湿式喷嘴仍适用。因此还需要核查喷嘴的喷射角度是否会与大梁干涉。本船选用的喷嘴角度，在600 mm高度范围的限制下，出水时没有被大梁干涉。

4）喷嘴间距

通过船级社认证的喷嘴，一般在船检证书上标有喷嘴之间最大距离的要求、喷嘴距最近舱壁的最大距离要求等，布置时需要进行校核。

5）特殊区域的喷嘴布置

如连接滚装区域每层甲板坡道下方、滚装区域两侧专门供人员通行的通道等。只要这些区域与货舱相通，就必须要布置喷嘴进行保护。

6）水雾泵站

泵站布置位置应位于被保护的滚装区域外，本船水雾泵站位于机舱内。

应有备用泵。可以使用1用1备，也可以是3台，每台50%。本船由于泵站位置正好处于滚装坡道下方的机舱区域，层高有限。本船选择了3台50%，降低单泵的排量，减少泵的尺寸。

7）电气防护

系统电气组件如控制箱等，无论布置在哪里，IP 54是其最低要求。

5 实船系统简介

全船共分6个大区保护。每个大区配有独立的遥控分区阀。1区～5区属于封闭滚装区域，全部使用湿式封闭喷嘴；6区是露天区域，使用开式喷嘴。

在1区～5区的每个区中，由于甲板2属于非水密的中间甲板，此处保护区域需要考虑位于甲板2的上方（2区）和下方（1区首部）共560 m的范围，因此此处是整个封闭滚装处所水量最大的区域。同时由于此处水一旦释放，必须依靠舱底水系统排出，故计算的理论水量还要作为舱底水系统管路尺寸的依据。

上述水量最后需要与6区（甲板4）比较，取大者作为泵站和系统设计的依据，本船是6区（甲板4）水量较大。

图1为本船滚装处所水雾系统原理图。系统初次使用时，1区～5区管路中要先充满淡水和防冻液的混合液，直到每区透气阀10冒出液体为止。系统处于正常备用时，1区～5区分区阀12处于打开位置，泵站中的微型保压泵4根据系统压力反馈，随时从淡水舱补水加入系统；而6区的分区遥控阀11则关闭。如果封闭滚装处所内局部喷嘴感受温度而破裂，管内水流出，对应分区的流量开关触发，系统自动启动2台主泵1和2，从舷侧吸入海水；如果系统压力未达到设定值，备用泵3自动启动；如果露天滚装处所（6区）发现火警，则可通过就地按钮，人工启动水泵1和2以及分区阀11，向6区释放水雾。

图1 滚装处所水雾系统原理图

6 滚装船水雾系统对船舶排水设计的影响

为了避免船舶灭火时喷射出的大量水雾形成的积水对船舶稳性造成影响，滚装车辆处所内应布置良好的排水设施，在排水设计时需要特别注意以下几个方面：

1）舱底水系统（适用于水线以下滚装处所的排水）

舱底水系统要确保至少布置4个污水井，且前后均有。每个污水井容量至少0.15 m，且越大越好。

2）舱底水泵的排量

式中：

Q

为所在区域水雾释放水量+适当数量消防栓水量。消防栓股数根据所装货品分别为2股或4股，本船装危险品，故选4股。

舱底水管管内流速不允许超过2 m/s。

舱底水管截面积需要满足下水条件：（1）主管为

A

≥0.625

Q

；（2）支管为

A

≥0.625

Q

/

J

。

Q

为所在区域水雾释放水量+4股消防栓水量，m/s；

J

为该区域舱底水管支管数量，也就是对应污水井的数量。

本船的1区～3区均用舱底水系统进行排水。

2）疏排水系统（适用于水线以上滚装处所的排水）

甲板上每侧至少要有4个排水口均布，每根排水管直径至少125 mm，每侧排水管总截面积按式（3）计算。

式中：

Q

为所在区域水雾释放水量+4股消防栓水量，m/s；

h

为落水口到出舷口的高度差，m；Σ

h

为落水口管路的沿程阻力损失，m。

本船的4区～6区均用疏排水系统进行排水，水经排水口靠重力排到舷外。

3）保护罩

无论是舱底水污水井还是落水口，均应该布置保护罩，主要是防止水雾释放时直接进入污水井或落水口。

保护罩需要满足的条件包括：（1）钢丝网保护，钢丝网孔不应该超过25 mm；（2）保护罩需要钢丝网制作，钢丝网总的流通面积至少为6倍于落水口或污水井开孔大小。（3）保护罩处需要做醒目标志“Drain opening – do not cover or obstruct”，字高至少50 mm。

7 结论

根据规范要求，通过对货物滚装船水雾消防系统进行选型分析，介绍水雾实船布置以及对相关舱底水系统和疏排水系统的影响，指出各个部分的注意事项，为滚装船水雾消防系统的设计提供参考。