張海燕，肖啟龍

(1.江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.揚州科進船業(yè)有限公司，江蘇 揚州 225000)

60 m車客渡船二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計

張海燕1，肖啟龍2

(1.江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.揚州科進船業(yè)有限公司，江蘇 揚州 225000)

摘要：針對60 m車客渡船機艙消防要求，通過科學(xué)選型設(shè)計，根據(jù)渡船機艙容積和滅火需求進行了詳細的數(shù)值計算，確定了二氧化碳設(shè)計劑量和噴嘴數(shù)量。另外，為了使用安全，根據(jù)二氧化碳滅火系統(tǒng)特性，對系統(tǒng)操作使用提出了相應(yīng)的注意事項。經(jīng)實船建造驗證，本船二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計完全符合規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：車客渡船；二氧化碳；滅火系統(tǒng)；選型；劑量

0引言

車客渡船是用于載運行人、貨物、車輛等橫渡江河、湖泊、海峽的重要水上交通工具。渡船在航渡過程中，往往載運大量人員和車輛等，因而渡船除確保航行安全之外，其消防安全也非常重要。專用于南通通沙汽渡碼頭的60 m車客渡船，其船體結(jié)構(gòu)簡單，為單體、單甲板、舯橋樓式，機艙采用自動化控制系統(tǒng)，船上外部設(shè)備簡單，因此，全船消防重點部位主要為機艙。根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(簡稱“內(nèi)規(guī)”)要求，考慮到60 m車客渡船機艙中有大量電氣設(shè)備、儀器儀表等，不一定適合采用具有導(dǎo)電性的壓力水霧滅火系統(tǒng)進行保護，而具有良好電絕緣性的氣體滅火劑就成為了電氣類火災(zāi)的最佳選擇，因此最終決定使用二氧化碳滅火系統(tǒng)作為本船機艙消防系統(tǒng)。

本文針對本船技術(shù)及安全要求，在分析二氧化碳滅火系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上進行合理的設(shè)計布置，再根據(jù)規(guī)范要求進行相關(guān)分析和計算，確定本船的二氧化碳劑量和噴嘴數(shù)量。

1二氧化碳滅火系統(tǒng)特點和原理

1.1系統(tǒng)特點

二氧化碳滅火已經(jīng)存在和發(fā)展了上百年歷史，技術(shù)日趨完善。二氧化碳在大自然中就存在，占到了大氣總量的0.03%，是一種無污染的自然氣體，尤其是其生產(chǎn)成本低、技術(shù)成熟、滅火性能穩(wěn)定、絕緣性好等優(yōu)點，在較長時間內(nèi)和特定場所仍將會被大量應(yīng)用。但是，二氧化碳滅火系統(tǒng)也存在滅火濃度高、存儲壓力高、使用危險大等缺點，在實際操作使用過程中要嚴(yán)格管理，規(guī)范操作。

1.2滅火原理

在常溫常壓條件下，二氧化碳為氣態(tài)，在一定臨界壓力以上就會變成液態(tài)。一般情況下，滅火系統(tǒng)貯存容器中的二氧化碳是液氣2種狀態(tài)共存的，內(nèi)部壓力隨著溫度的升高而增加。

滅火原理如下：滅火時，打開施放閥，二氧化碳通過噴嘴從貯存容器中噴射出來，壓力驟然下降，二氧化碳由液態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，在被保護區(qū)內(nèi)擴散，均勻充滿整個被保護區(qū)空間，迅速達到設(shè)定的二氧化碳濃度，使保護區(qū)內(nèi)氧氣濃度急速下降，從而產(chǎn)生窒息作用，熄滅明火；同時，二氧化碳由液態(tài)變成氣態(tài)也會吸收大量熱量，從而降低燃燒物的溫度，使燃燒無法再繼續(xù)下去。

基于二氧化碳滅火系統(tǒng)的特點和滅火原理，結(jié)合本船機艙設(shè)備性質(zhì)特點，選用其作為機艙滅火系統(tǒng)具有合理性和可行性。不過，為了充分發(fā)揮二氧化碳滅火系統(tǒng)的效能，考慮經(jīng)濟性，在設(shè)計布置之前對其設(shè)計劑量等要素進行科學(xué)計算很有必要。

2計算

2.1二氧化碳劑量的確定

根據(jù)船體設(shè)計，本渡船機艙及棚在內(nèi)的全部容積VM為500 m3。另外，該渡船機艙設(shè)置雜用、主機氣控空氣瓶各1只，其工作壓力為1 MPa，每個空氣瓶的容積為0.1 m3。根據(jù)規(guī)范要求，空氣瓶內(nèi)含有的自由空氣量容積VA為：

VA=0.1×2g

(1)

式中：g為重力加速度，g=9.8 m/s2。

經(jīng)計算，VA≈2 m3。

本渡船所選用的二氧化碳氣瓶容積為68 L。按規(guī)范要求，每3 L瓶容積充2.0 kg二氧化碳的比率來充裝液體二氧化碳，則現(xiàn)每瓶二氧化碳充裝量為45.0 kg。同時，根據(jù)規(guī)范要求，二氧化碳自由氣體的比積應(yīng)以0.56 m3/kg且取機艙容積的35%予以計算。所以，本渡船機艙所需的二氧化碳劑量Q1及二氧化碳瓶數(shù)N1分別為：

(2)

式中：Q1為二氧化碳所需劑量，kg；VM為機艙容積，m3；VA為空氣瓶中自由空氣容積，m3；N1為二氧化碳氣瓶數(shù)量，只。

經(jīng)計算，Q1=313.75 kg，N1≈7 只。

2.2機艙噴嘴的確定

根據(jù)“內(nèi)規(guī)”表3.7.3.5管道內(nèi)徑與流量通徑規(guī)定，查出二氧化碳施放總管內(nèi)徑為DN40 mm，因此，施放管總面積S為：

S=πR2

(3)

式中：S為施放管總面積，mm2；R為施放總管半徑，R=20 mm。

經(jīng)計算，S=1 256.6 mm2。

每只噴射孔半徑r=4 mm,則每只噴嘴噴射孔總截面積為：

S1=πr2n

式中：n為每只機艙噴嘴的噴射孔數(shù)量，n=4；r為噴射孔半徑，r=4 mm。

經(jīng)計算：S1≈201.06 mm2。

(4)

在機艙施放二氧化碳時，應(yīng)在2 min內(nèi)注入機艙滅火所需二氧化碳的85%，所以機艙噴嘴數(shù)量N為：

(5)

式中：N為噴嘴數(shù)量，只。

因此，根據(jù)式(5)計算所知，本渡船機艙擬取二氧化碳噴嘴為10 只(含花鋼板下2只)。

3二氧化碳室及管路布置

本渡船機艙容積為500 m3.機艙空間設(shè)計過程中，考慮到其他機器設(shè)備安裝操作的方便，同時兼顧到二氧化碳滅火系統(tǒng)的操作要求，在精心計算和合理設(shè)計下，確保二氧化碳室應(yīng)位于安全、隨時可達操作的地方.本船將二氧化碳室布置在主甲板上，內(nèi)設(shè)7個二氧化碳瓶以及機艙遙控施放站，同時，還設(shè)有滅火報警箱。二氧化碳室內(nèi)的二氧化碳瓶通過撓性支管連接至集合管，在每一條撓性管上設(shè)置止回閥；集合管連接至總管，總管上設(shè)置規(guī)范要求的安全閥、壓力表、吹洗測壓閥，總管直接通至被保護區(qū)，也就是本船機艙，然后通過分配管與各個噴嘴連接。當(dāng)有火情發(fā)生時，機艙首先進行預(yù)報警，待機艙所有人員撤離后，關(guān)閉所有通風(fēng)口及艙門；然后手動打開釋放閥控制氣瓶，此時管路釋放閥氣動打開，同時機艙釋放聲光報警信號；接著手動打開二氧化碳控制氣瓶，釋放器氣動打開，二氧化碳氣瓶打開，二氧化碳通過管路到達噴嘴噴射出來，快速充滿被保護區(qū)，實施滅火。其管路設(shè)計原理如圖1所示。

4注意事項

由于渡船涉及到大量人員和財產(chǎn)安全，渡船機艙電氣化程度隨著技術(shù)發(fā)展越來越高，已成為渡船消防的重點部位。在綜合考慮和科學(xué)計算的基礎(chǔ)上，選用了二氧化碳滅火系統(tǒng)作為本船機艙的消防系統(tǒng)。不過，由于二氧化碳滅火系統(tǒng)也有一些缺點，如果使用不當(dāng)會造成較大危險，因此，在操作使用時應(yīng)注意以下幾方面。

(1)二氧化碳滅火系統(tǒng)的保護區(qū)域應(yīng)設(shè)置疏散通道和安全出口，要求保護區(qū)內(nèi)所有人員能在30 s內(nèi)撤離此區(qū)域。

(2)當(dāng)空氣中二氧化碳的濃度大于20%時，對于人體來說是致命的，因此，聲光報警信號應(yīng)能在保護區(qū)任何位置及相鄰區(qū)域均能看見和聽到，以便提醒工作人員和旅客及時撤離現(xiàn)場并阻止人員進入氣體釋放區(qū)域。

(3)在機艙內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，二氧化碳滅火系統(tǒng)可在火災(zāi)初期得到有效控制及時滅火，從而保證渡船和人員的安全。由于本渡船機艙為有人值守機艙，因此，二氧化碳滅火系統(tǒng)必須采用手動控制方式，以確保人員安全。

(4)滅火完畢后，在確認(rèn)火災(zāi)已經(jīng)撲滅的情況下，首先打開通風(fēng)系統(tǒng)，將廢氣徹底排除干凈后，工作人員才能進入保護區(qū)。廢氣如果沒有排除干凈，因特殊原因，工作人員確需進入保護區(qū)，必須佩帶氧氣呼吸裝置。

(5)為了保證二氧化碳滅火濃度，每個儲氣瓶需每6個月稱重一次。當(dāng)二氧化碳凈重低于初裝的90%時，應(yīng)及時返廠重新充裝到設(shè)計要求。

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圖1　二氧化碳滅火管路系統(tǒng)圖

收稿日期：2015-10-19

作者簡介：張海燕(1978—)，女，工程師，從事船舶輪機設(shè)計工作；肖啟龍(1976—)，男，助理工程師，從事生產(chǎn)管理工作。

中圖分類號：U664.88

文獻標(biāo)志碼：A