船舶水灭火系统规范条款的解读

2013-12-04李连茹

船舶设计通讯 2013年2期

关键词：消防泵消防栓水枪

李连茹张剑

（天津中交博迈科海洋船舶重工有限责任公司，天津300456）

0 前言

各船级社规范和国际海上人命安全公约（SOLAS公约）（以下简称规范）均对水灭火系统的装备和系统的安置提出了各种要求，为保障船舶安全起着极为重要的作用。绝大多数船舶都安装有水灭火系统，正因为其常用，对于规范认识的误区往往根深蒂固。

船舶水灭火系统由消防泵、应急消防泵及其独立的海水箱、消防管路、消防栓、消防水带、消防水枪及国际通岸接头等组成；把水通过管路输送到设于船舶各处的消防栓，用水带和水枪施救灭火。

规范规定了各种船舶的消防泵总排量，又规定了各种船消火栓处压力（即使小船规定的12 m射程也可看作是对压力的规定）；既规定了消防总管要传输2台泵的最大排量，又规定了机器处所和外部处所、其他起居处所和服务处所的水枪喷嘴口径，其实也就规定了各种船舶及其不同处所的灭火强度。只不过规范为了叙述方便，将条文放在不同之处，组合起来应该是一个完整的概念。

1 消防泵

1.1 消防泵配置要求

SOLAS公约要求船舶应该按下述要求配备独立驱动的消防泵：

A.对于客船：

4 000 GT及以上至少3台

4 000 GT以下至少2台

B.对于货船：

1 000 GT及以上至少2台

1 000 GT以下至少2台动力泵，其中之一应为独立驱动。

普通船舶消防泵数量按各船级社规范要求配置，见表1。

表1 不同船级社对普通船舶消防泵数配量要求

SOLAS公约要求2 000 GT及以上的货船，如任何一舱室失火会使所有的消防泵失去作用，则应有固定独立驱动的应急消防泵作为替代设施。该泵须能供给两股水柱，并使主管机关满意。应急消防泵应为独立的、由动力驱动和自给水的泵。根据CCS的最新要求，应急消防泵的布置，应在船舶营运中可能遇到的纵、横倾条件下使其总吸头不超过4.5 m，同时吸入管路的设计应使吸头损失减至最少。应急消防泵及其动力源应布置在消防泵及其动力源处所的外部，且安全、容易到达的地点不希望放置在与机炉舱相邻的舱室内；如不能避免，则共用舱壁和甲板的防火结构应制成A60级。

1.2 消防泵排量计算

消防泵总排量计算见表2。

表2 消防泵总排量计算

上述消防泵总排量不包括油船甲板泡沫灭火系统的供水。CCS要求，如水灭火系统用于液货船的甲板泡沫灭火系统时，则消防泵的排量还应满足在甲板泡沫灭火系统工作时，能同时从消防总管按所需压力喷射2股12 m射程水柱的要求。

每台消防泵最小排量核算（在各消防泵排量不同时才需核算）见表3。

表3 每台消防泵最小排量核算

消防泵的总排量是按舱底泵的总排量的三分之二算出来的，并不是越大越好，这样灭火时才能来得及及时将水抽除，不至于把船搞沉。CCS规定，如果设置消防泵的台数多于规定数量，则这些所增加泵的排量应取得CCS同意。

选用排量不同的消防泵时，规范规定了最小水泵的排量，也就确保了在大泵检修时，只开小泵也不至于把灭火强度降得太低。

应急消防泵排量见式（1）：

式中：Q应——应急消防泵排量，m3/h；

Q总——消防泵总排量，m3/h

Q应任何情况下不得少于25 m3/h。如应急消防泵向机舱固定式泡沫系统供水，则它的容量还应满足此用途需要量。规范同样规定了应急消防泵的最小排量，也就能确保应急消防泵在使用时的灭火强度。

2 消防总管直径计算

消防总管直径d不小于式（2）计算值：

式中：d——消防总管直径，mm；

LPP——垂线间长，m

SOLAS公约和各船级社规范中规定，消防总管和消防水管的直径应足以有效地分配从2台同时工作的消防泵输送所需的最大水量，但对货船，其直径仅需满足排送140 m3/h的水量。此时消防总管直径d为：

式中：d——消防总管直径，mm；

Q——2台同时工作的消防泵输送所需最大出水量，m3/h；

v——钢管内海水流速，m/s，一般镀锌钢管内取3 m/s，因此上式演变为：

对于货船 d不超过 125 mm，客船 d不超过180 mm，但任何情况下，d不得小于50 mm。

3 消防水枪

规范要求船用标准水枪应为认可的设有关闭装置的两用型式（水雾/水柱）。标准水枪口径应为12 mm、16 mm和19 mm（或尽可能与之相近）。在起居处所和服务处所，不必使用尺寸大于12 mm的水枪。在机器处所和外部处所，水枪的尺寸应能从最小的泵，在规定压力下的两股水柱中，获得最大限度的出水量，但不必使用大于19 mm的水枪。

规范中规定了各种船在消防栓处的最低压力，但一般只把它用于管路计算，并没有把它当作对灭火强度的规定，也没把它当成验收的标准。其实，在规定了消防栓处的最低压力，再配以一定口径喷嘴的水枪，对各处所的最低灭火水量和射程都作了规定。为了说清这个问题，我们引用了公安部七局（消防局）所编的《消防技术装备》中的“直流水枪喷射密集水流的技术性能表”（见表4）。

与规范不同的是，该表的水压是水枪前的压力，规范（或法规）规定的是消防栓处的最低压力，两者之间还有水龙带约2 m水头损失。为了便于选取水枪的喷嘴口径和任何相邻的水枪数目，请看表5“计算可将消防泵排量吐出的任何相邻水枪数目”。须注意的是，法规对国内小船要求的是12 m射程，而规范规定的国际航行船舶，对1 000 GT以下货船要求更高：“在2台泵同时工作，并通过规定的水枪从任何相邻的消防栓输送所规定的水量时，在一切消防栓处应维持0.25 N/mm2的最低压力”。这就是说，比打出12 m射程要求的水量更多，射程也更远，即灭火强度更大。这是小于1 000 GT国际和国内航行船舶的不同之处。

表4 直流水枪喷射密集水流的技术性能表

从表5我们可以看到：1）在相同的射程下，不同喷嘴口径的水枪所需的水压不同，排出的水量也不同；2）相同喷嘴口径的水枪，在不同的水压下，射程和排出的水量各不相同。水压越大，射程越远，喷射出的水量也越大；3）喷嘴口径越大的水枪打相同的射程，所需的水压越低，排出的水量也越多。在表格中，我们不难看出，消防栓处的最低压力再配合一定喷嘴口径的水枪，就对应了一定的喷射灭火水量和射程。因为水枪是在消防系统中节流最厉害、压头损失最大的器具，选得不慎不妥，形成瓶颈制约，消防泵的能力就发挥不出去，规范和法规所规定的灭火强度就无法达到，因此选好水枪的重要性不言而喻。但是，消防压力计算只算到消防栓，“在机器处所和各外部处所，水枪的尺寸应能从最小的泵（应急消防泵除外），在各条有关消防栓维持最低压力的规定下，从2股水柱中获得最大限度的出水量，但不必使用喷嘴直径大于19 mm的水枪。”这句话看似没有量化指标，其实有深刻内涵和明确的指标。规范对不同船舶、不同处所的要求，可根据消防泵排量大小来查出所要求的机器处所和外部处所水枪喷嘴口径，并可查出所对应水量、射程等，绝不是不分大小船只选喷嘴直径12 mm的水枪、喷12 m射程即可。

其实水枪有效射程有严格规定：水枪射出的水量要90%能喷入直径φ380 mm（即15英寸）的孔板内的距离，才算有效射程。所谓“有效”，也就是说明两点：1）能打击到火源上的水柱是有一定强度的，洒落点不能太分散；2）因为水流集中，可以做到指哪打那的有效施救，水柱是可控的。

从表5可看出，不同喷嘴口径的水枪，在相同的水压下，出水流量相差很远（12 mm与19 mm喷嘴口径水枪的流量，甚至可相差一倍），任何失火处所可保证有2个水枪来施救，如果对水枪选定不作规范，有可能将灭火强度降低50%。

“任何相邻水枪数”要正确理解，它根据规范要求所计算出来的消防泵大小，按系统工程与之匹配相应的施放设备，这已经科学合理地考虑了不同吨位、不同船种（客船或货船）、不同处所（机器处所和外部处所、起居处所和服务处所）的火场规模以及与之对应的灭火供水速率及供水总量。任何相邻水枪数的意思是，你和我相邻、我和它相邻，需要相邻多少个就打开多少个，将泵的排量吐出去；而且这几个相邻的消防栓是可以任意指定组合的。

表5可供设计和试验时参考。用于设计时，按泵的排量，选DN65还是选DN50的消火栓，配多大的水枪口径，都有一定的内在关系，不是随意任选。起居和服务处所，不必使用大于12 mm的水枪。但全船的消火栓口径应统一，全船的水带口径也应统一，全船的水枪喷嘴口径不必统一。船舶系泊试验时，计算“任何相邻水枪”的数目，亦即：计算需要多少个水枪，才能把消防泵的排量吐出去。可用此表。只不过使用时，这几个相邻水枪在船上可任选位置。千万注意：“任何相邻水枪”，绝不是“任何相邻两个水枪”。此点，上海规范所已在1977年做过澄清，务必注意。

表5 计算消防泵排量的任何相邻水枪数目

4 消防水带

4.1 一般规格

SOLAS公约中规定，消防水带应由经主管机关认可的不腐蚀材料制成，并具备足够的长度将水柱喷射到可能需要使用水带的任何处所。每条消防水带应配有一支水枪和必要的接头。消防水带与其必要的配件和工具一起，应存放在供水消防栓或接头附近的明显位置，以备随时取用。此外，在载客超过36人的客船各内部处所，消防水带应一直保持与消防栓相连接。消防水带的长度应至少为10 m，但不超过下述长度：

机器处所15 m；

其他处所和开敞甲板20 m；

最大型宽超过30 m船舶的开敞甲板25 m。

除非船上每一消防栓配备有1条消防水带和1支水枪，否则各消防水带接头与各水枪能完全互换使用。

4.2 消防水带的数量

SOLAS公约中规定：

在客船上，每个消防栓应至少配有1条消防水带，并且这些水带应只用于灭火或在消防演习和检验时试验灭火设备。

在货船上：

1）对于1 000 GT及以上的货船，应配备的消防水带数量为每30 m船长配备1条并有1条备用，但无论如何总数不得少于5条。这一数字不包括机舱或锅炉舱所要求的水带。

2）对于1 000 GT以下的货船，应配备的消防水带的数量应根据第1）条的规定进行计算。但在任何情况下，水带的数量不得少于3根。

5 国际通岸接头

国际航行的客船和500 t以上的船舶需设置国际通岸接头，尺寸应符合表6“国际通岸接头标准尺寸”要求。

表6 国际通岸接头标准尺寸

国际通岸接头应用钢材或其他等效材料制成并设计成能承受1.0 N/mm2的工作压力。法兰的一侧应为平面，另一侧应为永久附连于船上消防栓或消防水带的对接口。国际通岸接头应与适合承受1.0 N/mm2工作压力的任何材料的垫片，连同直径16 mm、长度50 mm的4个螺母和8个垫圈一起保存在船上。

6 消防泵压力

所有消防泵的排出压力Pp（MPa）可根据式（5）计算：

式中：Ps——在2台消防泵同时工作，经消防总管通过规定的水枪，从任何相邻的消防栓输送确定的水量时，在所有消防栓上应维持的压力（见表 5）MPa；

Pj——静压力（MPa），以消防泵出口至距其最远或最高的消防栓的垂直距离计算；

P——管内压力损失（MPa），计至消防泵出口最远或最高的消防栓。

其中，P=各直管段摩擦阻力之和（P1）+所有附件的局部阻力之和（P2），而管内压力损失可参照相关手册管路阻力进行计算。

为确保消防栓的压力能达到要求，在实际生产设计过程中可对最高和离机舱最远的消防栓的压力进行样核，校核消防栓压力是否达到要求。

计算应根据输水量的表格（表5），将每个消防栓作为一个受水单元，按照任何相邻水枪的可能，分配各管段的水量。生产设计过程中校核消防栓的压力是根据消防泵压头、静压、泵进口处管路压头损失及管段总阻力（管段总阻力需根据管路实际走向、管径等相关参数计算），反推需校核的消防栓处的压力。计算过程中的管内流速是根据水量和管径推导出来的。