某半潜运输船油漆间水喷淋系统喷嘴的选取及布置

刘雅斐　金俊阔

摘    要：油漆间水喷淋系统喷嘴的选取及布置不仅关系到货物的安全，同时也关系到人员和航行安全等诸多方面。本文以某半潜运输船油漆间为例，阐述了油漆间水喷淋系统喷嘴的选取和布置要点，结合国际海上人命安全公约（SOLAS）及相关规范的最新要求，量化了水喷淋管路、喷嘴数量、喷嘴位置等的具体设计，提出了在水喷淋系统设计中需要考虑和容易被忽略的问题，探讨和总结了水喷淋系统的相关优化方案，为同类型船舶油漆间水喷淋系统的设计及优化提供参考。

关键词：油漆间;水喷淋系统设计;《国际海上人命安全公约》;喷嘴选取及布置;优化方案

中图分类号：U664.8                                文献标识码：A

Selection and Layout of Nozzle for Water Spray System

in Paint Store of A Semi-submersible Vessel

LIU Yafei， JIN Junkuo

（ CIMC Ocean Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 201103 ）

Abstract： The selection and layout of nozzles in paint store is not only related to the safety of cargo， but also to the safety of personnel and navigation etc. Taking the paint store of a semi-submersible vessel as an example， this paper mainly describes the design idea and layout point of nozzles in paint store. Combined with the latest requirements of the Convention on the safety of life at sea （SOLAS）， the water spray pipeline， number of nozzles and the position of nozzles are specifically designed， the problems that need to be considered and easily ignored in the design of water spray system are put forward， and the related optimization scheme of water sprinkler system is discussed and summarized.

Key words： Paint store; Design of water spray system; SOLAS; Nozzle selection and layout; Matters needing attention; Optimization scheme

1     前言

船舶火災是对船舶本体和船上人员生命安全最致命的威胁，提高船舶自身的抗灾能力，在容易失火的油漆间区域设置合理的消防灭火措施是非常必要的。随着船舶工业的不断发展，人类发明了各种行之有效又经济环保的灭火方式，主要有：水灭火系统、CO2灭火系统、干粉灭火系统、泡沫灭火系统、惰性气体等。水灭火系统作为人类文明史上最原始的灭火方式，随着经济和科技的发展以及科研人员不断的研究和开发，使得水灭火系统的用水量更小、水覆盖面积更大、扑灭更有效。

2    油漆间水喷淋灭火系统

2.1   水喷淋灭火的原理

水喷淋系统的灭火原理较为简单，它是通过大直径水滴穿透火焰羽流进而湿润整个材料表面，直接利用冷却效应来抑制、扑灭火灾。

为了减少火灾对船舶本体、船员和乘客、船上货物和环境产生危险，水灭火系统应运而生。水灭火系统根据《国际海上人命安全公约（SOLAS）》的要求，广泛运用于船舶起居处所、货舱、机舱、油漆间等区域的灭火。固定式水喷淋系统，就是其中一种行之有效的水灭火系统，它能快速抑制火灾，在火源处扑灭火灾。

2.2   油漆间水喷淋灭火系统

油漆间作为储存易燃液体的处所，根据《国际海上人命安全公约（SOLAS）》和《消防安全系统规则》的要求，面积≥4m 2的油漆间应设置有效的固定式灭火系统。常用于油漆间的固定式灭火系统，主要有以下三种：

（1）二氧化碳系统;

（2）干粉系统;

（3）水雾及喷水器系统。

对于面积<4 m2的油漆间，SOLAS规定可以用手提式的二氧化碳灭火器或者用消防水管接注水口或水带接头来替代固定式灭火系统。但由于船上油漆工作的需要，大型船舶的油漆间面积都≥4 m2，此类船舶上油漆间通常设置有固定式水灭火系统。在油漆间内设有喷放水介质管路和附件，使船员无需进入该受保护处所就能实现灭火，这种方式是目前最常用也是最经济的灭火措施。

本文以某半潜运输船为例，详细论述喷嘴的选取及布置。

该船货舱区域长160.2 m、宽40.0 m，主要用于运输豪华游轮、内河巡航船、拖轮、工作船或一些浮式装置。该船上建共四层，主要设置船员房间、船员活动处所、应急发电机室、电气设备间等。油漆间位于上建的第三层，毗邻应急发电机室和船员活动处所。

油漆间面积约为10.57 m2，内部布置了储存油漆货架及调制油漆工作台。基于安全考虑及规范要求，油漆间内布置了一套固定式水灭火系统，水源来自舱室外同层甲板的消防管路;舱室顶部甲板以下布置水管及喷嘴，喷嘴的布置高度除了考虑顶部甲板的限高，还考虑了由于货架等高度遮挡对水喷嘴的覆盖面积带来的影响。

3     喷嘴类型的选取及布置

3.1  喷嘴的类型

喷嘴是水喷淋系统中的一个重要组件，它与供水管及控制阀、火灾报警装置共同组成了水喷淋灭火系统。喷嘴在一定的水压作用下，将水流分解为水滴喷出，成雾状扩散覆盖，大大提高了灭火效率。

喷嘴的形式主要分为：下垂型、直立型、普通型及边墙型等。由于船上的危险等级高、布置又相对简单，下垂型和直立型是船用喷嘴的首选。

（1）下垂式喷嘴：垂直安装于供水管路上，以抛物线状洒水，能将总水量的80%～100%喷向地，如图1  a）所示;

（2）直立型喷嘴：直立安装于供水管路上，也以抛物线状洒水，与下垂式不同处在于它除了能将总水量的80%～100%喷向地面，还能够兼顾到吊顶，将部分水喷洒到天花板，如图1  b）所示。

用于所有钢制海船中面积≥4 m2的油漆间。国内生产的喷嘴基本上都是采用船舶行业标准CB/T3813-1998，且能提供CCS的形式认可证书，如表1所列。

表1  船舶行业标准（CB/T3813-1998）通用喷嘴参数

国外生产喷嘴的厂家，主要有Minmax、tyco等。國内外喷嘴相同口径的流量特性系数K值的差距不大，但国外厂家能做出公称口径更小、更适合小面积场所需求的喷嘴。

从理论上来说，喷嘴的直径越大，则喷嘴的流量特性系数和覆盖的面积也越大。但并不是喷嘴直径越大就越好，考虑到油漆间等被保护舱室的特殊性，小口径高流量的喷嘴更适用于油漆间。

3.2   喷嘴的数量

（1）计算依据

根据SOLAS规范要求：水雾或喷水器系统设计供水能力为5 l/m2 min，水雾系统可连接在船舶消防总管上。

喷嘴的数量：

N≥Q/a

式中：Q为供水流量，Q=R*A;

a为喷嘴的流量，a=K*        ;

R为平均供水速率;

A为油漆间面积;

K为喷嘴流量特性系数;

P为供水压力。

喷嘴的出水量与其工作压力及流量特性系数有关，如图2和图3所示。

（2）供水流量计算

本船选用国外某厂家的喷嘴型式为下垂式产品：

工作压力P=0.5 bar;喷嘴内径φd=5.4 mm，喷嘴流量特性系数K=14。

可得消防水流量为：

消防水流速：Q=R*A=52.85l m3/min

（3）喷嘴数量计算

本船消防泵压力为12 bar，油漆间所在甲板室外消防栓口的水压约为8.5 bar，a=40.8l m3/min，可得油漆间要求的喷嘴数量为：N=Q/a=1.295个喷嘴数量为2个。其理论布置图及喷嘴覆盖曲线，如图4、图5所示。

4    喷嘴的布置优化

4.1   影响喷嘴布置的因素

一般情况下喷嘴应布置在舱室顶部甲板的下方，这样易于接触到火灾热气流并有利于均匀喷水。当喷嘴附近有障碍物时，应考虑增加喷嘴数量。

影响喷嘴布置的因素主要有：被保护舱室的面积、层高、障碍物的高度、喷嘴的形式、喷射角等。怎样更好的进行布置、更合理的利用角度，使其既满足规范要求达到好的灭火效果，又能适当的节约生产成本，这是我们不断追求的目标。在具体布置时需注意以下几点：

（1）油漆间层高和舱室顶部甲板的限制

本船油漆间层高为3 100 mm，水喷淋管及喷嘴布置在舱室顶部甲板以下，高于底甲板至少2 300 mm。由于层高的限制，使喷嘴布置的高度受限，辐射的半径也将受限，具体辐射半径需查询下垂式喷嘴安装曲线图。

（2）货架高度的限制

油漆间内货架最高一层搁板高大于1 600 mm。喷嘴的布置不仅要考虑货架高度，也要考虑最高一层搁架板的高度，这些都会影响喷嘴实际辐射半径。

（3）水喷淋管路线上风管等阻碍

每个油漆间内都会设置风管，水喷淋管的布置会受其阻挡。喷淋管的布置需要避开风管、电缆支架等，以免引起喷嘴布置高度下降，减少喷嘴的实际辐射半径。

4.2   喷嘴的布置

本船采用下垂型喷嘴，安装在供水管路上。喷嘴洒水的形状为抛物线状。

管路从房间右侧舱壁进入房间，避开结构风道。管路布置时应保持一定的斜度（通常取3.5：100），以保证连接软管断开时管路中的存水能通过斜度将水流向喷嘴或快速接头处实现自动泄放。

如图6所示：由于房间的实际布置限制，喷嘴在不同高度的有效覆盖面积不同。本船油漆间层高H=3100 mm，货架高度h=1 600 mm。

（1）喷嘴1

距舱顶甲板620 mm;

水喷淋主管路左右两侧均受风管、电缆管、货架高度限制;

喷嘴喷射高度880 mm;

喷嘴辐射半径1 180 mm。

（2）喷嘴2

距舱顶甲板470  mm;

水喷淋主管路左侧受货架高度限制;

水喷淋主管路右侧无限制;

喷嘴喷射高度1 030 mm;

喷嘴辐射半径1 330 mm。

（3）喷嘴3

距舱顶甲板457 mm;

水喷淋主管路左侧受货架高度限制;

水喷淋主管路右侧无限制;

喷嘴喷射高度1 043 mm;

喷嘴辐射半径1 343 mm;

根据上述喷嘴布置情况，本船喷嘴喷射高度为：

H=3 100-457=2 643 mm;

喷嘴辐射半径为：

r≤2 500 mm;

根据房间的实际情况，本船需要布置3个喷嘴才能将整个油漆间区域完全覆盖。

实际喷嘴布置图，见图7所示。

5     结论

随着船舶的复杂化、多用途化，喷嘴的布置方案需要不断的完善。通过不断的摸索和总结、规范标准的改进、以及科学技术和制造业的进步，喷嘴的布置方案将不断优化，以更好的满足船上人身安全、船货安全、环境保护和各港口国的法律法规等各方面的要求。

参考文献

[1]梁强. 细水灭火系统及雾化喷嘴研究[D].河北工业大学，2005.

[2]国际海上人命安全公约（SOLAS）[S]，2016.

[3]钢质海船入级规范[S]，2018.

[4] 中国船舶工业总公司，CB/T3813-1998船舶油漆间增设水雾固定灭火

装置技术要求[S].  1998.