與LNG相關船型甲板水霧系統覆蓋區域及泵流量計算

韓嘯 王佳浩 楊新杰

摘 ? ?要：火災是造成船舶海難事故的重要原因之一。由于對安全生產和環境保護的要求越來越高，對消防技術也提出了更高的要求，越來越多的消防系統應用于現代船舶。本文基于IGC 2016規范，介紹與LNG相關船型的甲板水霧噴淋系統的設計要點，主要包括：系統整體設計要求、需求水量計算、泵流量計算、噴淋區域的劃定和面積計算等，為今后相關船型甲板水霧噴淋系統的設計提供參考。

關鍵詞：甲板水霧噴淋;流量計算;設計要求

中圖分類號：U664.88?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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：惰性氣體消防系統;二氧化碳消防系統;干粉消防系統;水霧噴淋消防系統等。基于水霧噴淋系統啟動速度快、噴水量大、適用范圍廣、無環境污染、滅火效果好等優點，已成為各船級社規范的普遍要求，水霧噴淋系統已成為現代船舶消防必不可少的重要系統之一。

2 ? ?水霧噴淋系統簡介

水霧噴淋系統屬于船舶消防系統的一部分。當發生火災時，監控設備向水霧噴淋系統反饋信號，由系統發出動作指令觸發噴淋動作。水霧噴淋系統，由主噴淋泵、應急泵、監控設備、噴淋管網、噴頭等組成。

出于可靠性考慮，設計時一般會將主噴淋泵與應急泵分開放置：主噴淋泵向整個噴淋管網供水;應急泵主要與有人員經常出入或救生艇集合站區域的噴淋管路連接，以便在主噴淋泵意外停機的情況下，該類區域的水霧噴淋系統依舊可以使用。

水霧噴淋系統在工作時，可對著火區域實施滅火、抑制擴散、降溫降塵等多重保護，其作用原理如下：

（1）冷卻：水流經由噴嘴噴灑形成小水珠，受熱后易蒸發，可吸收大量燃燒熱量，降低環境溫度，在一定程度上阻礙燃燒;

（2）缺氧：水霧在受熱蒸發后，水蒸氣體積急劇擴散，將著火區域內的空氣排開，導致區域內氧氣趨少，從而起到滅火的作用;

（3）阻熱：蒸發后的水蒸氣可迅速籠罩燃燒物和火焰，水蒸氣罩可在一定程度上吸熱，阻擋燃燒物和火焰向周邊區域投射熱量;

（4）阻燃：大量噴淋水霧后，除了在下落過程中蒸發掉的水霧，剩余的水霧噴淋到燃燒物上形成一層水膜，從而阻止燃燒物與空氣接觸，起到阻燃作用。

除了以上幾點外，在滅火過程中系統針對不同種類的燃燒物，往往還具有稀釋等其他作用。此外，在滅火的同時，還能有效降低燃燒產生的煙霧中的粉塵，且不會對覆蓋區域造成二次污染，甚至無需任何化學溶劑清理。

3 ? ?IGC 2016規范簡介

根據IGC 2016新規范規定，對于LNG船，水霧噴淋系統應覆蓋以下區域：

（1）暴露的液貨艙氣室、液貨艙的任何暴露部分和含有貨物的相鄰設備著火時暴露于熱的液貨艙蓋的任何部分;

（2）在甲板上暴露的用于易燃或有毒貨品的儲存容器;

（3）甲板上的氣體處理裝置;

（4）貨物液體和蒸氣的裝卸連接，包括法蘭及其控制閥所在的區域，其范圍至少等于所設滴盤的區域;

（5）貨物液體和蒸氣管中所有暴露的應急關閉（ESD）閥，包括向用氣裝置供氣的總閥;

（6）面向貨物區域的暴露限界面。例如：經常有人的上層建筑和甲板室的艙壁、貨物機器處所、裝有高度失火危險物品的儲藏室和貨物控制室。但這些區域暴露的水平限界面不要求保護，除非在其上面或下面布置可拆卸的貨物管路連接;對不存放高度失火危險物品或設備的無人首樓結構的限界面，不要求水霧保護;

（7）面向貨物區域暴露救生艇、救生筏和集合站;

（8）任何半圍蔽貨物機器處所和半圍蔽貨物機艙。

根據上述規范中的各條規定，對水霧噴淋系統設計時應考慮但不僅限于下列區域：

（1）上建及甲板艙室區域（面向貨物區域的豎直面）。

（2）面向貨物區域的暴露救生艇、救生筏和集合站。

（3）TANK DOME AREA。

（4）LNG/NG TRANSFER SPOOL PIECE STATION。

（5）裝卸站區域。

（6）增壓泵、壓縮機、汽化器、貨物Heater、貨物Cooler、再氣化單元、再液化單元等液貨處理設備區域。

（7）水乙二醇單元區域（視具體情況而定）。

注意：是否需要在水乙二醇單元區域設置水霧系統，應根據實際情況進行考慮。當水乙二醇與貨物的換熱器設置于單元內，必須增設水霧噴淋系統;當水乙二醇與貨物的換熱器和單元分離時，只需在換熱器設置區域增設水霧噴淋系統，對于無貨物通過的水乙二醇單元可以根據實際情況考慮不設置水霧噴淋系統。

4 ? ?噴淋區域劃分

針對水霧噴淋區域的劃分，IGC 2016規范規定：在垂直表面上確定用于保護較低區域的噴嘴的間距時，可估算從較高區域流下的水量;為了隔斷損壞的管段，在水霧系統總管路上應每隔不超過40 m安裝1個截止閥;或者將系統分成2個或多個區段，可以對每個區段進行獨立操作，但應將必要的控制裝置集中安裝在貨物區域外易于到達的位置。

從上述IGC 2016規范中的區域劃分規定可知：

各水霧噴淋系統覆蓋區域可由一條主管路供水，在較靠近保護區域的主管路上分出支管，但主管路應每隔不超過40 ?m安裝1個截止閥;或者，各水霧噴淋系統覆蓋區域可由一條主管路供水，主管路的末端設置于貨物區域外易于到達的位置。在噴淋主管路末端，根據保護區域的數量設置支管數量，由支管路供水，且每個區段進行獨立操作。

5 ? ? 噴淋面積計算

（1）對于上述（1）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）區域或需要提供保護的其他區域的面積大小，可根據甲板總布置圖上直接計算獲得，但在計算時應同時考慮下列因素：

① 計算區域應覆蓋設備安裝區域;

② 計算區域應覆蓋周邊閥件、法蘭等連接區域;

③ 計算區域應覆蓋集液盤放置區域。

（2）對于（2）號區域中提及的集合站面積的大小，可按以下公式計算：

A集合站=設計人數 X 0.35㎡

如若在集合站和貨物區域之間布置有艙室、遮蔽物等，導致集合站不會直面貨物區域，在這種情況下可以考慮不設置水霧噴淋。

（3）對于豎直區域的面積（例如上建外艙壁、甲板壓縮機房等），可按下式計算：

A豎直區域=長度（或寬度） X 高度

在CCS對IGC 2016規范的規定進行解讀時，建議防護垂直面的水噴嘴行之間垂直距離一般不超過3.7 m，當超過3.7 m時應考慮設置多排噴嘴。

（4）對于不能明確劃分為水平面或垂直面的傾斜結構面，水霧噴淋系統覆蓋的面積以結構在水平面上的投影面積為準。

6 ? ? 主噴淋泵流量計算

6.1 ? 船舶在正常浮態下

主噴淋泵的流量，可根據IGC 2016中的規定，按下式估算：

（1）豎直面

F豎直 = A豎直 X 4 ?L/㎡/min

（2）水平面

F水平 = A水平 X 10 ?L/㎡/min

（3）傾斜面

F水平 = A水平投影 X 10 ?L/㎡/min

綜合上述對水霧系統的流量要求，對噴淋泵流量的選擇時應滿足：

F理論需求=F豎直+F水平+F水平投影

在實際對噴淋泵的流量進行估算時，還應考慮諸多因素的影響，因此在初期設計時可根據下列經驗公式進行選擇：

F初期設計=F理論需求 X 1.3

6.2 ? 船舶在應急狀態下

根據IGC 2016規范規定，如果一個艙失火會使兩個消防泵失效，經常有人的上層建筑和甲板室的限界面和面向貨物區域的救生艇、救生筏和集合區域也應能由1 個消防泵或應急消防泵提供保護;但CCS對IGC 2016中的規定進行解讀時規定，不管水霧系統供水泵是否由消防泵兼用，均要求提供額外的1 臺消防泵或應急消防泵對水霧系統供水，其流量應滿足：

F豎直-應急 = A豎直 X 4 ?L/㎡/min

F水平-應急 = A水平 X 10 ?L/㎡/min

由以上規定可知，針對以上的規范涉及的區域，每個區域均應在水霧噴淋系統的主管路上增設支管路與1臺應急消防泵相連。因此在初期設計階段，應急消防泵的流量應滿足：

F初期設計-應急=F豎直-應急X 1.3

F初期設計-應急=F水平-應急 X 1.3

F初期設計-應急=（F豎直-應急+ F水平-應急）X 1.3

7 ? ?結論

通過以上對IGC 2016規范中對水霧噴淋系統規定的解讀，LNG船在設計水霧系統及選擇噴淋泵和應急消防泵時，可參照文中總結的計算公式進行核算，以避免覆蓋區域不明、覆蓋面積不足、泵容量不足等問題。

水霧噴淋系統屬于安全系統的一部分，雖然IGC規范從多方面針對該系統進行了規定，但IGC規范仍屬于全球通用的基本規范。在各船級社規范中，依然存在一些附加要求或不同于CCS的解讀，設計人員在設計整個系統時，除應滿足IGC基本規范外，還應參考船舶入級船級社規范進行具體設計。

參考文獻

[1] ?中國船級社. 散裝運輸液化氣體船舶結構與設備規范[S]. 2016.