某船濕式水消防系統(tǒng)失壓原因分析

摘" " 要：某船為提高消防水快速供水反應(yīng)能力，采用濕式水消防系統(tǒng)形式。在系統(tǒng)調(diào)試過程中在管路完好無明顯外泄情況下多次出現(xiàn)快速失壓故障現(xiàn)象。本文基于系統(tǒng)工作原理和布置情況，通過實(shí)船勘查和試驗(yàn)，對(duì)問題的成因逐一排查和分析，定位了故障點(diǎn)，確定了故障原因，提出相應(yīng)的解決方案，為類似系統(tǒng)故障原因排查提供參考。

關(guān)鍵詞：水消防系統(tǒng)；保壓；安全閥；壓力信號(hào)開關(guān)；噴射泵

中圖分類號(hào)：U663.31 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis of Reasons for Pressure Loss of a Ship’s Wet Type

Water Fire Fighting System

DU Donghai，" QI Shaoyun

（ Guangzhou Shipyard International Co.， Ltd.，" Guangzhou 511462， China ）

Abstract： Wet type water fire fighting system is used for a ship to improve the reaction capabilit of quick fire water supply. In the process of the system commissioning， the rapid pressure loss occurs multiple times in the absence of obvious leakage in the pipeline. In this paper， the troubleshooting one by one and analysis are performed by site investigations and tests on the basis of the system working principle and arrangement， which locates the fault points， identifies the fault causes and puts forward the corresponding solutions， and provides reference for troubleshooting similar system failures.

Key words： water fire fighting system;" pressure holding;" safety valve;" pressure signal switch;" ejector

1" " "引言

某船水消防系統(tǒng)為濕式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)壓力為0.97MPa，在調(diào)試過程不斷出現(xiàn)系統(tǒng)壓力快速下降的情況，需要頻繁啟動(dòng)消防泵以維持系統(tǒng)的正常壓力，增加了泵的故障率，影響系統(tǒng)的安全保障性，給全船消防系統(tǒng)可靠性造成了隱患。系統(tǒng)在裝船后進(jìn)行過密性試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力為系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，即1.21MPa，管路無明顯外泄現(xiàn)象，在10分鐘內(nèi)，系統(tǒng)的壓降不大于5%，即0.06 MPa。然而在功能調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓力在10分鐘內(nèi)的壓降達(dá)到0.1 MPa。因此在系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的異常壓降明顯不正常。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的檢測(cè)，分析故障原因、定位故障點(diǎn)，確定了解決方案。

2" " "水消防系統(tǒng)配置

2.1" "水消防系統(tǒng)組成

水消防系統(tǒng)的主要組成包括6臺(tái)主消防泵、1套保壓裝置、電氣控制元器件、安全閥、截止閥、止回閥、消防栓、管路附件以及相關(guān)的管路。其中主消防泵包括容量為285 m3/h×0.86 MPa離心泵5臺(tái)，和容量為210 m3/h×0.86 MPa離心泵1臺(tái)；保壓裝置包括1個(gè)2 m3壓力柜、2臺(tái)容量為25 m3/h × 0.86 MPa離心泵，以及安全閥、相關(guān)管路和附件；整個(gè)系統(tǒng)的電氣控制元器件包括多個(gè)壓力傳感器和壓力開關(guān)，分別用于壓力顯示和控制消防泵啟停。系統(tǒng)原理見圖1。

2.2" "水消防系統(tǒng)工作原理

此水消防系統(tǒng)屬于濕式系統(tǒng)，系統(tǒng)日常處于待運(yùn)行狀態(tài)下，管路中始終充滿消防水，并通過保壓裝置維持系統(tǒng)工作壓力，只要打開消防栓就能立刻提供滿足SOLAS公約要求的壓力水柱進(jìn)行滅火。

為滿足在發(fā)生火災(zāi)時(shí)任何一處消防栓排水壓力要求，系統(tǒng)設(shè)置了三級(jí)低壓?jiǎn)⒈眯盘?hào)控制，其中壓力較高的兩級(jí)壓力信號(hào)開關(guān)位于機(jī)艙底層的保壓裝置壓力柜上，第三級(jí)壓力信號(hào)開關(guān)布置在干舷甲板的消防總管上。考慮到各壓力信號(hào)開關(guān)布置的位置間相互存在高度差的情況，三組壓力信號(hào)開關(guān)的設(shè)定值分別是0.7MPa、0.65 MPa和0.6 MPa。在系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)壓力低至0.7 MPa時(shí)，保壓裝置的其中一臺(tái)水泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)壓力繼續(xù)下降并低至0.65 MPa時(shí)，另一臺(tái)水泵也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，此時(shí)兩臺(tái)保壓水泵均投入運(yùn)行，以達(dá)到快速提升系統(tǒng)壓力的目的。在兩臺(tái)保壓泵都啟動(dòng)運(yùn)行后，如果系統(tǒng)壓力仍下降，如其降至0.6 MPa時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)位于機(jī)艙的主消防泵，以提升系統(tǒng)壓力來滿足工作要求；其他消防泵則可根據(jù)后續(xù)實(shí)際情況通過手動(dòng)方式來啟動(dòng)。

為確保系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)壓力0.97 MPa而導(dǎo)致系統(tǒng)部件損壞和泄漏的情況，系統(tǒng)設(shè)置了超壓保護(hù)功能。在保壓裝置上設(shè)置了高壓停泵的壓力信號(hào)開關(guān)和安全閥，設(shè)定值分別為0.87 MPa和0.91 MPa，當(dāng)保壓柜內(nèi)壓力升高至0.87 MPa時(shí)，保壓泵就自動(dòng)停止。如停泵的壓力信號(hào)開關(guān)出現(xiàn)故障則不能停泵，而造成壓力繼續(xù)升高至0.91 MPa，安全閥就會(huì)啟動(dòng)卸壓，使保壓柜內(nèi)的壓力下降至正常工作壓力。另外在系統(tǒng)總管上也設(shè)置了系統(tǒng)安全閥，如系統(tǒng)壓力升高至0.97MPa時(shí)，該安全閥就會(huì)啟動(dòng)卸壓。

該濕式水消防系統(tǒng)配置，保壓裝置能有效地維持了整個(gè)系統(tǒng)的工作壓力，任何時(shí)間船上的任何地點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)，消防栓都能夠立刻投入使用。兩臺(tái)保壓泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，可滿足1個(gè)消防栓及驅(qū)動(dòng)1臺(tái)排量為20m3/h的艙底噴射泵進(jìn)行疏排水所需水量，而無需啟動(dòng)主消防泵。該配置有利于縮短主消防泵的工作時(shí)間，有效降低大設(shè)備的故障率，從而提高了設(shè)備的可靠性。

2.3" "供艙底噴射泵動(dòng)力水

本船艙底水噴射泵的驅(qū)動(dòng)水由消防水提供。全船艙底疏排水系統(tǒng)設(shè)置了共計(jì)15臺(tái)噴射泵，具體參數(shù)見表1，其中機(jī)艙布置有4臺(tái)排量為100 m3/h噴射泵，其余11臺(tái)噴射泵分別布置在機(jī)艙以外的區(qū)域內(nèi)。本船噴射泵采用全船消防水作為動(dòng)力水。

3" " "故障排查及原因分析

3.1" "故障排查

本船濕式水消防系統(tǒng)失壓故障原因按以下方法進(jìn)行排查。

1）壓力傳感器故障排查

拆卸相關(guān)傳感器進(jìn)行單獨(dú)檢定，檢定結(jié)果均符合其標(biāo)定參數(shù)。考慮到本船壓力傳感器的工作是處于動(dòng)態(tài)的，通過采用調(diào)換布置位置的方法進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)失壓?jiǎn)栴}仍然存在。因此傳感器故障原因可以排除。

2）管路問題排查

根據(jù)以往管路系統(tǒng)試驗(yàn)失壓?jiǎn)栴}排查的經(jīng)驗(yàn)，失壓主要原因包括：（1）系統(tǒng)封閉前管路內(nèi)存有較多空氣；（2）管路連接處泄漏；（3）管路附件受損發(fā)生泄漏。由于全船水消防系統(tǒng)涉及區(qū)域多范圍廣，因此采用密性試驗(yàn)方式分別對(duì)各消防主豎區(qū)進(jìn)行逐一排查。

在對(duì)各消防主豎區(qū)進(jìn)行密性試驗(yàn)前，啟動(dòng)相應(yīng)主豎區(qū)內(nèi)的消防泵為系統(tǒng)管路泵壓5 min，并打開該主豎區(qū)內(nèi)管路末端的排出閥，排除掉管路內(nèi)的殘余空氣，盡量消除后續(xù)保壓過程中因管路內(nèi)空氣被壓縮而發(fā)生降壓的因素。

在對(duì)各消防主豎區(qū)進(jìn)行密性試驗(yàn)中，對(duì)相應(yīng)的管路連接部位進(jìn)行逐一巡查，包括法蘭、螺紋接頭、套管等。經(jīng)檢查，各主豎區(qū)內(nèi)的管路連接部位未發(fā)現(xiàn)重大泄漏情況，僅少數(shù)幾個(gè)法蘭處出現(xiàn)輕微滴漏現(xiàn)象，對(duì)法蘭螺栓重新擰緊后再無泄漏，此問題與壓力快速下降現(xiàn)象無關(guān)。因此可排除管路連接處泄漏原因。

在對(duì)各消防主豎區(qū)進(jìn)行密性試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)機(jī)艙以外的其中一個(gè)消防主豎區(qū)的系統(tǒng)管路存在較為快速失壓現(xiàn)象，且與在消防控制站觀察到的現(xiàn)象基本一致；隨后利用閥門開閉的方式對(duì)該主豎區(qū)內(nèi)各管段進(jìn)行壓力檢查，發(fā)現(xiàn)失壓故障點(diǎn)是位于該主豎區(qū)內(nèi)的安全閥。經(jīng)對(duì)這個(gè)安全閥進(jìn)行拆檢后，發(fā)現(xiàn)閥芯和閥盤的密封部位都存在不同程度的損蝕，使閥產(chǎn)生了泄漏。因此可以判斷該安全閥損壞是導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失壓的直接原因。

3.2" "內(nèi)在原因分析

基于故障排查，對(duì)發(fā)生故障的安全閥的相關(guān)受損零部件進(jìn)行了更換，系統(tǒng)降壓?jiǎn)栴}得到了基本解決，并在此后對(duì)系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行了持續(xù)觀察。在后續(xù)的觀察過程中，發(fā)現(xiàn)在主消防泵啟動(dòng)不久后，系統(tǒng)壓力顯示接近1.15 MPa，大大超過了系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力0.97 MPa，上述曾出現(xiàn)故障的安全閥就會(huì)啟動(dòng)泄壓。也就是說，之前的系統(tǒng)不能保壓很可能是由于主消防泵啟動(dòng)后系統(tǒng)壓力過高，系統(tǒng)安全閥啟動(dòng)卸壓，并且頻繁執(zhí)行啟閉動(dòng)作，使閥內(nèi)零部件密封部位發(fā)生損蝕而出現(xiàn)了持續(xù)漏水導(dǎo)致的。為此，須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)壓力過高的原因排查和分析。

1）消防泵問題

本船所配6臺(tái)主消防泵額定流量大，最大達(dá)到285m3/h，其性能曲線顯示零流量工況下的排出壓力可達(dá)到1.2 MPa左右，表明在主消防泵啟動(dòng)后，如果系統(tǒng)中沒有足量用戶接收其排水量，就會(huì)使消防泵的出口壓力隨之快速升高而達(dá)到系統(tǒng)的安全閥起跳壓力，從而出現(xiàn)安全閥泄壓起跳動(dòng)作。

本船艙底疏排水系統(tǒng)的噴射泵以消防水作為工作水。全船各區(qū)域在使用噴射泵對(duì)相關(guān)艙室污水井執(zhí)行抽排水作業(yè)時(shí)，都需要水消防系統(tǒng)運(yùn)行。從表1可知，噴射泵所需工作水量遠(yuǎn)比消防泵排量小，如啟動(dòng)主消防泵僅為噴射泵供水，往往會(huì)因供水量過大而造成系統(tǒng)壓力達(dá)到安全閥起跳壓力。

雖然保壓裝置上的2臺(tái)離心泵的工作壓力也是0.86 MPa，但其排量小，額定流量約25 m3/h，運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)沖擊小，無法對(duì)整個(gè)消防系統(tǒng)起到快速升壓作用，而且保壓裝置設(shè)定了自動(dòng)停泵功能和安全閥，其設(shè)定值均低于系統(tǒng)安全閥的設(shè)定值，因此保壓泵工作時(shí)通常不會(huì)導(dǎo)致消防總管上的安全閥起跳。

在對(duì)艙底疏排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)排查試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，消防系統(tǒng)安全閥啟動(dòng)泄壓動(dòng)作均發(fā)生在主消防泵啟動(dòng)工況，從而驗(yàn)證了上述推斷正確性。如其頻繁發(fā)生，將造成安全閥損壞。

經(jīng)核實(shí)確認(rèn)，本船主消防泵是定型產(chǎn)品，可在285m3/h × 0.86 MPa/210 m3/h × 0.86 MPa點(diǎn)工作，但其最大工作壓力超過系統(tǒng)安全閥的設(shè)定0.97 MPa，導(dǎo)致系統(tǒng)安全閥發(fā)生頻繁起跳動(dòng)作。

2）壓力信號(hào)開關(guān)設(shè)定值問題

本消防系統(tǒng)設(shè)置了三級(jí)低壓?jiǎn)⒈眯盘?hào)開關(guān)，設(shè)定值分別是0.7 MPa、0.65 MPa和0.6 MPa，其中設(shè)定值較高的兩級(jí)壓力信號(hào)開關(guān)位于機(jī)艙底層的保壓裝置壓力柜上，第三級(jí)壓力信號(hào)開關(guān)布置在干舷甲板的消防總管上。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯，系統(tǒng)壓力下降時(shí)，應(yīng)該先啟動(dòng)一臺(tái)保壓泵，當(dāng)系統(tǒng)壓力繼續(xù)下降則兩臺(tái)保壓泵都要投入工作。但在系統(tǒng)實(shí)際工作過程中，發(fā)現(xiàn)第二臺(tái)保壓泵還沒有啟動(dòng)，主消防泵就先啟動(dòng)了。

經(jīng)過對(duì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)布置情況進(jìn)行比對(duì)和分析，發(fā)現(xiàn)位于機(jī)艙底層的保壓裝置與布置在1甲板的消防總管的高差接近10 m，兩安全閥處的水柱壓力差達(dá)到近0.1MPa，超過了第二級(jí)與第三級(jí)兩者壓力信號(hào)開關(guān)設(shè)定值間的差值0.05 MPa，導(dǎo)致系統(tǒng)在降壓過程中先觸發(fā)了主消防泵啟動(dòng)的壓力信號(hào)開關(guān)，使主消防泵優(yōu)先給系統(tǒng)增壓而產(chǎn)生系統(tǒng)超壓?jiǎn)栴}。說明低壓?jiǎn)⒈眯盘?hào)開關(guān)的設(shè)定值須考慮到其實(shí)際布置高差位置的影響因素。

綜上所述，引起本次故障主要原因是由于主消防泵最大工作壓力超過了安全閥起跳壓力，而未考慮到壓力傳感器布置位置帶來壓力信號(hào)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致控制主消防泵啟動(dòng)的實(shí)際壓力低于保壓裝置泵啟動(dòng)壓力而引起主消防泵提前啟動(dòng)。

4" " 解決措施

在確定故障原因后，對(duì)系統(tǒng)中控制泵啟動(dòng)的壓力信號(hào)開關(guān)傳感器設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合艙底水疏排水系統(tǒng)噴射泵的使用要求，調(diào)整后分別是0.75 MPa、0.7MPa和0.6 MPa。

對(duì)系統(tǒng)按上述辦法處理后重新進(jìn)行試驗(yàn)，系統(tǒng)未出現(xiàn)超壓情況，主消防泵未出現(xiàn)先于保壓泵啟動(dòng)的情況，系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)下在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)也沒有發(fā)生非正常失壓情況。

5" " 結(jié)語

在本次故障的處理過程中，通過對(duì)系統(tǒng)工作原理梳理和現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)問題的成因逐一排查和原因分析，定位了故障點(diǎn)，確定了故障原因，有效解決了問題，消除安全隱患，可為類似系統(tǒng)故障原因排查提供參考。