基于消防船改進(jìn)遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)的可行性研究

■ 賀春暉 馮建國(guó)

基于消防船改進(jìn)遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)的可行性研究

■ 賀春暉 馮建國(guó)

遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)是一種負(fù)責(zé)為大型火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離供應(yīng)消防用水的設(shè)備，其供水量大且流量穩(wěn)定、布置靈活、補(bǔ)盲效果顯著，在火災(zāi)補(bǔ)救和救援行動(dòng)中有著廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合秦皇島港石化港區(qū)的現(xiàn)狀，提出利用港區(qū)消防船替代傳統(tǒng)系統(tǒng)的取水模塊，組成改進(jìn)型遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)，并論證了其可行性，為各港消防部門(mén)建設(shè)類似系統(tǒng)提供參考。

消防；遠(yuǎn)程供水；消防船

0 引 言

遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)作為一種可靈活布置的長(zhǎng)距離輸水設(shè)備，在居民生活、火災(zāi)撲救等供水系統(tǒng)事故時(shí)的應(yīng)急供水，城市水災(zāi)、內(nèi)澇時(shí)的應(yīng)急排污等多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用主要在火災(zāi)救援方面，在2010年大連“7·16”新港火災(zāi)事故、2012年4月9日廣東東莞建暉造紙廠火災(zāi)事故、2012年成都“12·23”新都天旭倉(cāng)儲(chǔ)配送中心火災(zāi)事故、2015年4月6日漳州騰龍芳烴公司二甲苯裝置漏油著火事故等多起火災(zāi)險(xiǎn)情的撲救過(guò)程中，都有一套或多套遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)投入供應(yīng)消防用水。

1 研究背景

秦皇島港石化港區(qū)現(xiàn)有多家經(jīng)營(yíng)單位，存有各類油罐83個(gè)，總儲(chǔ)量75.7萬(wàn)m3，油品的種類有汽油、柴油、石腦油、航空煤油、甲醇等。雖說(shuō)罐區(qū)已經(jīng)建設(shè)有一套完整的固定式消防系統(tǒng)，然而由于液體火災(zāi)具有易擴(kuò)散、烈度高的特性，就近布置的固定式消防系統(tǒng)有可能受災(zāi)情影響失去效能。為了提高消防供水保障率，避免因?yàn)橄拦┧щy，導(dǎo)致火災(zāi)撲救工作無(wú)法開(kāi)展，港口公安局消防支隊(duì)結(jié)合國(guó)內(nèi)外消防作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，提出為石化港區(qū)建設(shè)一套遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)是由浮艇泵模塊、加壓泵模塊、水帶敷設(shè)和回收模塊、水帶運(yùn)輸模塊等模塊集成組合而成。其中前兩個(gè)模塊一般配置于泵車上，主要承擔(dān)從水源地取水和加壓遠(yuǎn)距離輸送工作，作業(yè)時(shí)浮艇泵由泵車機(jī)械臂投放至附近水源內(nèi)，其可漂浮在水面上吸水送至泵車，再經(jīng)由泵車內(nèi)配置的大流量中開(kāi)式水泵加壓模塊將水源遠(yuǎn)程輸送；后兩個(gè)模塊則配置于水帶敷設(shè)車上，車輛本身?yè)?dān)負(fù)水帶運(yùn)輸任務(wù)，車身設(shè)置的水帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和水帶卷盤(pán)配合車輛行駛能力，則能迅速敷設(shè)和回收消防水帶。兩輛車輛配合就可以迅速組成一套以車載水泵為動(dòng)力源、以消防水帶為輸送通道的遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)。一套傳統(tǒng)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的輸水流量可達(dá)10 000 L/min，輸水距離可達(dá)1～3 km，通過(guò)多套系統(tǒng)串聯(lián)的方式還可使輸水距離提高到6 km以上。

2 改進(jìn)思路

3 可行性論證

3.1 單泵運(yùn)行的水力計(jì)算

單泵運(yùn)行時(shí)的流量為900 m3/h，即15 000 L/min，

根據(jù)柯錦城等人總結(jié)的傳統(tǒng)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)存在泵車停靠位置要求高、難以靠近水源地，浮艇泵輸水距離有限且對(duì)水源水質(zhì)要求較高，水帶護(hù)橋不宜布置、車輛通行困難，水帶較重不宜敷設(shè)等缺陷，這些問(wèn)題制約了該系統(tǒng)的適用性和運(yùn)行效率，王龍燦等人提出了建設(shè)配套市政取水車位的措施以解決泵車取水難的問(wèn)題；柯錦城等人提出了以改造水帶護(hù)橋、增配水帶推車等措施來(lái)解決水帶展開(kāi)難的問(wèn)題。

本研究結(jié)合秦港石化港區(qū)現(xiàn)狀，針對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出利用港區(qū)已有消防船替代傳統(tǒng)系統(tǒng)的泵車，與水帶敷設(shè)車組成遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)。與泵車相比，消防船無(wú)需另配浮艇泵，僅靠船身取水口及自帶水泵即可完成取水、加壓任務(wù)，港區(qū)內(nèi)的海水均可作為其輸送的水源；其適用范圍大于傳統(tǒng)系統(tǒng)的泵車，且配置的2臺(tái)額定流量為900 m3/h、額定功率達(dá)1.40 MPa的離心泵，也較傳統(tǒng)泵車的性能參數(shù)更優(yōu)。此外，港區(qū)建有大量設(shè)施齊備的碼頭及岸線資源均可供消防船靠泊，并能提供充足的場(chǎng)地與水帶敷設(shè)車進(jìn)行接駁，使得整套系統(tǒng)布置起來(lái)十分靈活；若以消防船長(zhǎng)期停靠的工作船泊位為取水作業(yè)基地，則水帶敷設(shè)車只需攜帶長(zhǎng)1 500 m的襯膠消防水龍帶，即可使其供水范圍覆蓋整個(gè)石化港區(qū)。所以，改進(jìn)后的系統(tǒng)的供水量和保護(hù)半徑可滿足消防支隊(duì)為石化港區(qū)輸送消防用水的要求，但尚需驗(yàn)證水泵揚(yáng)程能否提供足夠的輸水壓力。此時(shí)系統(tǒng)總水頭損失 hw為：

式1中：Z表示消防船水泵吸水口至消防車取水口高差，按平均低潮位取5 m。∑hj表示系統(tǒng)局部水頭損失，主要為消防船內(nèi)閘閥、止回閥等管路附件的水頭損失，取0.1 MPa；以及消防水龍帶上閥門(mén)、分水器等附件的水頭損失，取0.15 MPa。∑hf表示系統(tǒng)沿程水頭損失，包括消防船內(nèi)管道水頭損失和消防水龍帶的水頭損失。其中消防船內(nèi)管道為DN 300鋼管，其水頭損失計(jì)算公式為：

式2中：v為管內(nèi)平均流速，單泵運(yùn)行時(shí)為3.42 m/s；dj為管道內(nèi)徑，0.305 m；L1為管道長(zhǎng)度，20 m；經(jīng)計(jì)算可得hf1為0.01 MPa。消防水龍帶的水頭損失計(jì)算公式為:

式3中：1.05為水帶彎曲導(dǎo)致的額外阻力系數(shù)；L2為水龍帶長(zhǎng)度；A為水龍帶阻抗系數(shù)，其值見(jiàn)表1。

表1 水龍帶阻抗系數(shù)

將該值帶入上述公式計(jì)算，則可得采用各型水帶的沿程水頭損失及系統(tǒng)的總水頭損失，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 消防水帶水頭損失值

由于消防船配離心泵揚(yáng)程為1.40 MPa，故2種DN 200水龍帶的水頭損失太大，不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求；而2種DN 250水龍帶的水頭損失雖然小于水泵揚(yáng)程，但是出水壓力無(wú)法滿足《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974—2014），從地面算起不小于0.10 MPa的要求，為消防車供水時(shí)，容易出現(xiàn)壓力不足的故障；故本系統(tǒng)應(yīng)該選擇使用DN 300的消防水龍帶。

3.2 系統(tǒng)最大供水能力計(jì)算

由上述計(jì)算可知，當(dāng)系統(tǒng)采用1 500 m長(zhǎng)內(nèi)襯橡膠的DN 300水龍帶輸送流量為15 000 L/min的海水時(shí)，末端出水水頭尚有0.696 MPa，顯然本系統(tǒng)可以輸送更大流量的海水，而消防船配置的水泵為2臺(tái)，也可以提供更大的輸水量。

取雙泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)額定流量折減系數(shù)為0.8，則此時(shí)泵組的流量為24 000 L/min，該值超出了水帶廠家提供的阻抗系數(shù)表。根據(jù)已知的襯膠水龍帶阻抗系數(shù)與流量對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪出散點(diǎn)圖，并擬合曲線，推出兩者的函數(shù)關(guān)系，見(jiàn)圖1；并外插值，可得與流量24 000 L/min對(duì)應(yīng)的水龍帶阻抗系數(shù)為0.000 60 MPa/m。

代入計(jì)算公式可知，當(dāng)流量為24 000 L/min時(shí)，DN 300襯膠水龍帶的沿程水頭損失為0.945 MPa，此時(shí)系統(tǒng)總水頭損失為1.255 MPa，則系統(tǒng)出水水頭為0.145 MPa，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，故本系統(tǒng)的最大供水能力可以達(dá)到24 000 L/min。

4 存在的問(wèn)題

石化港區(qū)現(xiàn)有的消防船不具備接駁DN 300水龍帶的接口，船只須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行管路改造。將甲板上敷設(shè)的分水器母管由DN 150改為與艙內(nèi)水泵出水母管等徑的DN 300，并增加一條DN 300的等徑三通將分水器升高，于三通的支管端安裝閥門(mén)和消防快速接口。為使消防船以左右舷靠泊時(shí)均能隨時(shí)接駁消防水龍帶，甲板兩側(cè)的分水器管路均按上述方式進(jìn)行改造。

系統(tǒng)最大供水能力的計(jì)算，由于缺乏消防船水泵的流量—揚(yáng)程曲線資料，選擇了經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行流量折減計(jì)算；同時(shí)由于計(jì)算流量超出了水龍帶廠家資料，采用了擬合曲線外插值的方法計(jì)算水龍帶阻抗系數(shù)；這些近似計(jì)算會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，所以本系統(tǒng)的最大供水能力還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

5 結(jié) 語(yǔ)

總之，通過(guò)以上論述，利用秦港石化港區(qū)現(xiàn)有的消防船為供水設(shè)備與消防水帶敷設(shè)車結(jié)合，可組成一套新型的遠(yuǎn)程消防供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)能以消防船平時(shí)停靠的工作船碼頭為取水基地，為1 500 m外的石化港區(qū)陸域罐區(qū)輸送流量為15 000 ～24 000 L/min的消防海水，滿足消防支隊(duì)的消防用水需求。該系統(tǒng)切實(shí)可行，并具有較好的性能參數(shù)，值得其它城市港口消防部門(mén)借鑒。

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