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        內(nèi)河汽車滾裝船活動滾裝區(qū)域的水噴淋系統(tǒng)研究

        2021-03-01 06:45:14龔旭誠楊震峰
        船舶 2021年1期
        關(guān)鍵詞:升降式水霧甲板

        龔旭誠 楊震峰 俞 赟

        (中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011)

        引 言

        商品汽車滾裝船作為一種運輸車輛的船舶類型,具有運載量大、裝載時間迅速等特點,多用于將商品汽車自產(chǎn)地運輸至各地銷售。[1]目前我國大部分商品汽車滾裝船在長江流域營運,主要碼頭分布在重慶,武漢及上海一帶。2016年長江三峽新建升船機的試通航,能夠大量縮短船舶通過三峽的時間,進一步提升運輸效率。由于升船機對裝載的船舶尺度及重量均有一定限制,加之近年來船舶技術(shù)及環(huán)保意識的發(fā)展,我國商品汽車滾裝船面臨著一輪更新?lián)Q代。自2017年起,已有多家船務(wù)公司將升船機型滾裝船投入運營,有效解決車輛進出川渝的公路運輸難題,有力支援長江經(jīng)濟帶建設(shè)及中西部大開發(fā)[2]。

        升降式甲板作為一種滾裝船舶專用的特種設(shè)備,適用于需要在裝載小型車與大型車間切換的滾裝船舶。配置了升降式甲板的船舶,可根據(jù)裝載需求,靈活地切換裝車甲板狀態(tài),提高運輸效率。然而,在升降式甲板底部設(shè)置的傳統(tǒng)壓力水霧管路與消防總管的固定連接會對甲板升降造成阻礙,需要拆除部分管路并在甲板位置調(diào)整后重新連接。這無論從安全性和便利性來看都極為不利:既無法保證管路每次拆裝后的密性,且每次改變升降式甲板狀態(tài)都需要拆裝大量管路。因此需要一種全新的水霧噴嘴布置方案,使其能滿足所有情況下的滾裝區(qū)域消防要求。

        本文將從系統(tǒng)原理、噴嘴安裝形式、管網(wǎng)及噴嘴的布置等,研究并提出活動滾裝甲板側(cè)向噴淋的設(shè)計方案。

        1 基本原理

        消防用壓力水霧系統(tǒng)根據(jù)其工作壓力,可分為低壓(< 1.2 MPa)、中壓(1.2~3.5 MPa)和高壓(>3.5 MPa)[3],根據(jù)其工作介質(zhì)又可分為單相(水)及兩相(水,空氣)兩種;其中,兩相水霧的系統(tǒng)較為復(fù)雜,在對于霧化要求不高的區(qū)域內(nèi)通常使用單相水霧系統(tǒng)。在單相水霧系統(tǒng)[4]中,工作壓力越大,其水霧噴頭產(chǎn)生的霧化顆粒越?。?],然而其單個水霧噴頭的流量較小。在滾裝處所的壓力水霧滅火要求中,規(guī)范對于水霧的顆粒并無強制性要求,但對于水量有著硬性要求。若采用中高壓水霧系統(tǒng),勢必造成噴嘴的數(shù)量及水霧管網(wǎng)的密度增加,以及供水泵功率的增大,造成不必要的浪費,因此滾裝處所宜選用低壓水霧系統(tǒng)作為固定式消防滅火系統(tǒng)。

        設(shè)計水霧系統(tǒng)時,首先是對水霧噴嘴的特性進行選型及設(shè)計壓力的確定。水霧噴嘴的特性分為霧化角度α及流量系數(shù)k。其中流量系數(shù)k是考核水霧噴頭工作性能和水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計的重要參數(shù),其代表著噴嘴流量與供水壓力平方根的比值為常數(shù),用于計算水霧噴嘴在設(shè)計壓力下的流量。霧化角度則與覆蓋范圍相關(guān),一般根據(jù)水霧噴嘴的出廠試驗確定。對于同樣型號的噴嘴,通常其流量系數(shù)恒定,霧化角度隨壓力的增大而增加,但總體變化幅度不大,仍然與噴嘴出口處的設(shè)計有關(guān)[6]。當(dāng)確定了k及α后,通過調(diào)整外部參數(shù)為供水壓力P及距被保護區(qū)域的距離h,在流量-壓力特性曲線及高度-覆蓋半徑曲線上選取相應(yīng)的工作點,可以獲得不同的噴嘴流量及覆蓋范圍[7]。

        2 設(shè)計條件

        以升降式甲板的某一分區(qū)為例,分區(qū)的長度為24 m、寬度為16.6 m、面積約為400 m2,其中活動甲板為2甲板。

        如下頁圖1所示,該區(qū)的升降式甲板分為4部分,分別由獨立的驅(qū)動裝置控制升降。裝載小型車輛時,2甲板維持原位置,此時1甲板與2甲板層高為2.3 m;當(dāng)2甲板通過電機與鋼纜提升至3甲板底部,1甲板的層高增加至4.3 m,滿足大型車輛裝載條件。各升降式甲板模塊可單獨升降,但裝載車輛時必須處于同一高度。

        根據(jù)CCS內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則,對于滾裝處所的壓力水霧消防系統(tǒng),需要滿足以下規(guī)定:

        (1)甲板噴淋水流不小于3.5 L /(min·m2)(對于層高為2.5 m及以下區(qū)域),或5 L /(min·m2)(對于層高為2.5 m以上區(qū)域);

        (2)噴嘴的布置應(yīng)能均勻覆蓋整個滾裝區(qū)域;

        圖1 滾裝甲板示意圖

        (3)水泵的容量需滿足最大兩個分區(qū)及至上一層的坡道同時工作。

        對于升降式甲板而言,任意裝載工況下均應(yīng)滿足以上條件。

        3 設(shè)計方案

        3.1 系統(tǒng)原理簡介

        水霧系統(tǒng)的原理如圖2所示。

        圖2 壓力水霧系統(tǒng)流程

        當(dāng)某一區(qū)域失火時,打開信號閥并啟動水霧泵,江水自水泵加壓后被輸送至指定的分區(qū)進行滅火,同時打開的信號閥傳遞報警信號至該區(qū)的火災(zāi)報警設(shè)施及駕駛室。

        對于采用側(cè)向噴淋的升降式甲板水霧系統(tǒng),需要設(shè)置3組信號閥及水霧管網(wǎng):

        第1組為設(shè)置在3甲板底部的垂直安裝型式的常規(guī)壓力水霧管網(wǎng),作用是保護提升前的升降式甲板;

        第2組為設(shè)置在2甲板高度附近的側(cè)向水霧噴淋管網(wǎng),作用是保護升降式甲板提升前的1甲板;

        第3組為設(shè)置在3甲板底部的側(cè)向水霧噴淋管網(wǎng),作用是保護升降式甲板提升后的1甲板。

        3.2 水霧噴嘴選型及管網(wǎng)布置

        對于分區(qū)1,水霧噴嘴可直接布置在3甲板底部。選擇流量特性系數(shù)為16,霧化角度為120°的水霧噴嘴。根據(jù)噴嘴廠商提供的覆蓋范圍曲線,當(dāng)噴嘴處的水壓為0.35 MPa,噴嘴安裝在距甲板2 m高度時,保護半徑為2 m。管網(wǎng)的布置如圖3所示。

        圖3 分區(qū)1管網(wǎng)布置

        每只噴嘴的額定流量為30 L/min,則分區(qū)的平均水量約為 3.8 L /(min·m2)。

        對于分區(qū)2,需要在2甲板高度附近設(shè)置側(cè)向安裝的水霧噴嘴。安裝水霧噴嘴及水霧管的位置需要避開升降式甲板的移動范圍,且在任何情況下不能影響車輛的停放及裝載路徑。因此噴嘴僅能夠布置在兩舷與升降式甲板的間隙,以及船舯立柱與活動甲板的間隙中。噴嘴的安裝高度需要盡量高但不高于升降式甲板,以保證覆蓋范圍最大化及避免水霧曲線被甲板所阻擋。

        舷側(cè)選用流量特性系數(shù)為16,其額定壓力下的霧化角度為120°水霧噴嘴,并朝向船舯傾斜15°布置;根據(jù)廠商提供的120°水霧噴嘴覆蓋范圍,舷側(cè)部分留有較大未被覆蓋區(qū)域,因此在每2只120°水霧噴嘴增加1只90°噴嘴,并朝向船舯傾斜15°布置,以保證整個滾裝處所能夠被水霧覆蓋。

        立柱附近選用流量特性系數(shù)為22,霧化角度為90°的水霧噴嘴,朝向四周傾斜15°布置;

        根據(jù)廠家提供的覆蓋范圍,選用的側(cè)向水霧噴嘴及安裝形式可以覆蓋整個區(qū)域面積,其覆蓋效果見圖4。

        圖4 分區(qū)2管網(wǎng)布置

        特性系數(shù)為16的噴嘴額定流量為30 L /min,共36只;特性系數(shù)為22的噴嘴額定流量為41 L /min,共12只,則分區(qū)的平均水量約為3.9 L /(min·m2)。

        對于分區(qū)3,由于此時升降式甲板已處于上升狀態(tài),該處的層高超過了2.5 m,需要選用流量特性較大的水霧噴嘴,以滿足分均流量的要求。根據(jù)水霧噴嘴資料及噴嘴覆蓋范圍,選擇流量特性系數(shù)為22,霧化角度分別為90°與120°兩種型號的水霧噴嘴。布置形式及傾斜角度與分區(qū)2相同。

        同理,噴嘴的安裝位置與分區(qū)2相似,利用舷側(cè)及立柱與升降式甲板之間的間隙布置。值得注意的是,噴嘴的安裝高度需略低于升降式甲板上升后的底部,以保證覆蓋效果。最終布置及覆蓋范圍見圖5。

        每只噴嘴的額定流量為41 L /min,則分區(qū)的平均水量約為 5.1 L /(min·m2)。

        圖5 分區(qū)3管網(wǎng)布置

        4 操作流程

        根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計,某區(qū)域失火情況下的操作流程如圖6所示。

        圖6 壓力水霧滅火操作流程

        其中升降式甲板狀態(tài)機火災(zāi)發(fā)生的位置需要操作人員進行判斷,以免誤操作導(dǎo)致開啟錯誤的分區(qū)蝶閥,影響滅火效果。因此手動蝶閥的位置宜靠近活動滾裝區(qū)域所在甲板,方便確認火情。此外,在蝶閥操作區(qū)域應(yīng)用醒目的指示牌,指導(dǎo)操作流程。

        5 實驗驗證

        根據(jù)實船現(xiàn)場驗證,該側(cè)向水霧噴淋系統(tǒng)的3個分區(qū)均能夠達到覆蓋及水量的要求。因選取的水霧泵壓力及流量均留有一定余量,其中壓力是根據(jù)到達船舶最高最遠處水霧噴嘴的阻力選取,而升降式甲板分區(qū)的水霧噴嘴高度及阻力均遠小于最遠處的噴嘴。因此實際該區(qū)的水霧噴嘴工作壓力大于設(shè)計壓力,覆蓋范圍及水量較理論值均有所增加,滅火的實際效果優(yōu)于理論效果。本設(shè)計方案已申請相關(guān)實用新型專利并獲得授權(quán)。[8]

        圖7 升降式甲板降下時的下層甲板水霧滅火效果

        圖8 升降式甲板升起時的水霧滅火效果

        6 結(jié) 語

        經(jīng)過理論論證和實船檢驗,對于升降式甲板,側(cè)向噴淋的壓力水霧消防是一種有效可行的固定式消防系統(tǒng)。在應(yīng)用側(cè)向噴淋時,需要注意布置側(cè)向水霧噴嘴的方向、傾斜角度及間距等因素,保證每個分區(qū)均能被水霧均勻覆蓋,連接各噴嘴的水霧管網(wǎng)也需布置在不影響升降式甲板升降及車輛裝載的位置。

        在側(cè)向水霧噴嘴布置方案確定后,應(yīng)校核覆蓋區(qū)域及平均水量是否達到要求,以保證水霧消防效果達到設(shè)計預(yù)期。另外,該系統(tǒng)在防止誤操作上仍存在改進空間,如在水霧蝶閥操作位置增加升降式甲板狀態(tài)指示器與火災(zāi)感應(yīng)探頭,以增加邏輯判斷功能,更加方便地指示人員操作相應(yīng)的閥,減少人員判斷的時間及誤判的情況,提高系統(tǒng)的可操作性。

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