高壓水霧系統在高端客滾船上的應用

吳 林，徐 謙，夏耀君

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港一直以來都是客船關鍵課題之一。由于安全返港只是一個目標型標準，并無詳細描述性指導準則可用于具體設計中，所以如何滿足安全返港要求成為客船新造項目的難題之一[1]。固定式滅火系統作為最基礎和重要的安全返港系統之一，需要重點分析研究。

安全返港一般可以采取分隔、雙套、冗余、保護或上述組合來滿足法規設計衡準[2]，這對水霧系統設計形成了一定的挑戰。目前，國內相關的項目經驗較少，如何設計一套合理優化的高壓水霧系統是研究的重點內容。為此，本文結合滅火系統的設計特點、規范要求和安全返港的特點，研究系統選型、布置、控制邏輯及特殊應用等各方面的設計方法。

1 高壓水霧系統特點

高壓水霧是通過高速水滴相互碰撞后形成的霧狀顆粒吸收燃燒產生的熱量，蒸發膨脹為水蒸氣并將空氣與燃燒物隔離，從而有效地控制火勢并高于最終滅火的。按照美國消防協會的定義，系統壓力高于3.45 MPa形成的不水霧才可稱為高壓水霧，但是先進的高壓水霧系統釋放壓力基本都在5 MPa以上。這種水霧系統耗水極少且霧化率高，系統壓力越高則系統需求的水量越少。采用高壓水霧系統可以使用更小尺寸的管材，節省了大量材料。

2 滿足安全返港的布置與設計

根據《國際海上人命安全公約》(SOLAS)的要求：乘客大于36人的客船需要根據《國際消防安全系統規則》配置自動釋放的水噴淋系統，給上建處所、服務處所、控制站等各類場所提供保護。同時如何保護這些處所都有相應的規范指導，見圖1。從圖中看出，高壓水霧系統可以完全覆蓋客滾船對固定式滅火系統的需要。

圖1 客船固定式滅火系統規范應用[3]

2.1 高壓水霧系統的布置

客滾船水霧系統需要考慮布置2×100%或者3×50%容量的泵組單元，且不能布置在同一個主豎區以保證設備本身的冗余。高壓水霧系統布置時需要考慮主管路穿越多個貨艙(水平區)服務整個上建處所而不受火災事故影響，所以其主管路需要通過由A60型絕緣保護的管隧并將所有區域閥布置在內，同時其各個分區的支管在經過非服務處所時應該考慮保護分區外發生火災事故后能夠不受影響繼續提供正常的服務。

管路設計應考慮其壓降損失和噴嘴最低的釋放壓力，盡量優化并減少彎頭的使用，在連接件的選擇上應充分考慮其可靠性。高壓水霧系統在某客滾船上的典型的設計見圖2。系統主管路采用A60管隧及環形總管的設計方法，該設計能夠最大程度地節省管路材料。

圖2 高壓水霧系統在客滾船上的典型布置

2.2 高壓水霧系統的容量

高壓水霧泵組的容量通常取決于最大保護區的需求水量。客滾船的高壓水霧泵組容量取值需要考慮兩方面因素：一方面根據上建處所、機艙及車輛艙這三者中的最大值來決定整個系統的容量；另一方面考慮加上一定的裕度以防止在實際布置過程中需要臨時增加噴嘴的情況。根據船舶尺度的大小，建議裕度取值為3%～5%，一些結構較為復雜的項目可以酌情增加。高壓水霧系統保護范圍受機艙尺寸限制時，可以考慮將機艙與煙囪棚分隔成2個獨立的A級空間，匹配系統實驗認證的保護艙室容積。

2.3 高壓水霧系統的設計

高壓水霧泵組、警報和探測系統需要按照《國際消防安全系統規則》提供至少2路不同來源的動力源，當使用電力電源時其中1路應為應急電源。同時要求配置包含淡水和壓縮氣體組成的蓄能器，以供整個系統在失電的情況下水霧能夠持續釋放1 min。除淡水外，系統還應按照規范要求接入海水作為備用水源。

以2套100%排量的泵組設計為例，2個高壓泵組啟動器分別布置在艏部和艉部機械區域，它們分別屬于2個不同的主豎區。每個高壓泵組上都配置了主電源和應急電源，保證在應急工況下，水霧系統也可以工作。并且為滿足安全返港要求，2個泵組的主電源也分別來自2個機艙內的2段不同的主配電板，艏部機械區域的1號泵組供電來自前機艙內的主配電板。艉部機械區域的2號泵組供電來自2號機艙內的主配電板。任何單點故障(局部失電)都不會影響泵組的正常工作。

整個泵組的控制系統組成為環網形式(見圖3)，有2個控制站分別在1號主豎區的電氣設備間和4號主豎區的集控室，每個控制站里布置了1個控制箱。在每個主豎區內的適當位置各布置有1個輸入輸出接口分站(I/O分站)，4個主豎區共計4個I/O分站。一號主豎區的控制箱和泵組啟動器接在該主豎區的1號分站上，4號主豎區的控制箱和泵組啟動器接在該主豎區的4號分站上。它們之間通過網線或現場總線連接，任何一個分站故障，都不影響環網中其他分站的正常運行。

每一個分站由主電源和UPS電源兩路供電。主電源分別來自各自所在主豎區內的電力分電箱，最終來自于不同主豎區的2個主配電板。UPS電源來至應發室并與應急配電板相連，可以保證控制回路供電的連續性。各保護區域的釋放閥、截流閥、流量監視器、聲光報警器等接在就地的接線箱后再接到該主豎區的分站上。按規范要求，局部水霧系統在就地提供了單獨的聲光報警器，機艙全淹沒系統則會通過機艙報警燈柱發出聲光報警。

除泵組啟動器上有接口將泵單元運行和故障信號發給監測報警系統外，其他的信號基本通過控制箱與相關系統通訊。如：送給監測報警系統和航行數據記錄儀的水霧釋放和報警狀態信號，以及火警系統提供給水霧系統的水霧釋放觸發信號、卷簾門火警信號等。

根據MSC/Circ.1369安全返港有關水霧系統的要求，需要特別注意以下內容：

(1)關于分區：水霧系統分區除梯道外不能跨越不同的甲板，否則當所在A級分隔失火后同一區域閥服務的處所都視為不可繼續使用，所以同一主豎區的同一層內一般共用一個區域閥。

(2)關于區域閥的位置：事故發生后區域閥所在A級分隔不應繼續使用，除非是防火閥或是有獨立A級分隔的空間保護，或者有獨立噴嘴保護。

(3)關于閥門工作指示：當發生單點故障后，閥門工作狀態指示不需要在事故發生的所在主豎區繼續工作，即整個主豎區的指示都可以丟失。

(4)關于局部水霧：局部水霧不參與安全返港，但如果其作為全淹沒的一部分，則需滿足要求。為節省噴嘴和管路數量，局部水霧一般都會包含在全淹沒分區內。

2.4 滾裝處所高壓水霧系統的設計

高壓水霧系統可以按照MSC/ Circ.1430的要求，給滾裝處所提供部分或者全部的保護。按照MSC/ Circ.1369第6條解釋，滾裝處所水平區的事故不計入安全返港的范圍，但是其空間內安全返港系統在事故后不應影響其他區域內安全返港系統的正常工作。該說明很容易理解為是單向的約束，但是實際上在SOLAS II-2 Reg.9里面有關水平區和主豎區都是等同的概念，大部分船級社更愿意理解為無差別的要求，即滾裝處所應按照上建處所或者機械處所一樣的原則進行風險分析和評估，并針對性地考慮冗余的設計。

按照這種理解，水霧系統在滾裝處所的閥門開關信號也應滿足MSC/ Circ.1369第33條的要求，即不能將信號收集柜布置在其他主豎區內，或者應將閥門信號傳輸給至少2個主豎區的信號收集站。

3 高壓水霧系統的特殊應用

高壓水霧噴嘴取得特定的證書后完全滿足整船的固定式滅火系統需求并可以根據設計的需要，綜合考慮水霧系統在很多特殊場景上的應用以達到設計的優化。

3.1 降低特定設備防火等級

救生艇釋放平臺與上建相鄰的玻璃應該為A60級防火玻璃，通過專用的水霧噴嘴可將其防火等級降至為A0級；如果室內空間有IMO Resolution A800 認證的噴嘴，則無需配置專門的噴嘴。特定處所的卷簾門也可以遵循上述同樣原則，將卷簾門防火等級由A60級降至A0級，見圖4。此設計可以應用在商店、滾裝處所等。

圖4 典型的卷簾門水霧保護布置

3.2 保護特殊對象

冷庫或者其他有可能低于冰點溫度以下的場所，可以使用防凍液、止回閥等裝置將分支管路的消防介質與總管中的淡水隔離開(見圖5)，這種設計可以保證系統功能在低溫環境下正常使用。

圖5 典型的冷庫水霧保護布置

廚房煙道也可以使用高壓水霧系統保護，從而取代CO2或者濕粉等獨立的滅火系統(見圖6)。使用時，僅需從總管中取一路支管并配備相應的噴嘴和手動釋放閥門即可。深煎鍋保護與廚房煙道類似，同樣可以通過使用得到認證的噴嘴進行保護。

圖6 典型的廚房煙道水霧保護布置

4 結論

(1)本文結合客滾船特有的安全返港要求進行系統應用分析，找出了高壓水霧系統應用的諸多特點和特殊應用。高壓水霧系統的優點在于霧化程度高且對電氣設備友好，幾乎能滿足全船所有處所的固定式滅火保護需求。同時，結合總體布置從優化系統設計的角度出發，可以優化冗余設計，避免過度設計及材料的浪費。

(2)該設計已經實際應用在多艘已經交付的高端客滾船上，在重量控制、系統優化等方面取得了良好的效果。