60 m车客渡船二氧化碳灭火系统设计

2016-06-24张海燕肖启龙

江苏船舶 2016年2期

关键词：选型二氧化碳剂量

张海燕，肖启龙

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏镇江 212003；2.扬州科进船业有限公司，江苏扬州 225000)

60 m车客渡船二氧化碳灭火系统设计

张海燕1，肖启龙2

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏镇江 212003；2.扬州科进船业有限公司，江苏扬州 225000)

摘要：针对60 m车客渡船机舱消防要求，通过科学选型设计，根据渡船机舱容积和灭火需求进行了详细的数值计算，确定了二氧化碳设计剂量和喷嘴数量。另外，为了使用安全，根据二氧化碳灭火系统特性，对系统操作使用提出了相应的注意事项。经实船建造验证，本船二氧化碳灭火系统设计完全符合规范要求。

关键词：车客渡船；二氧化碳；灭火系统；选型；剂量

0引言

车客渡船是用于载运行人、货物、车辆等横渡江河、湖泊、海峡的重要水上交通工具。渡船在航渡过程中，往往载运大量人员和车辆等，因而渡船除确保航行安全之外，其消防安全也非常重要。专用于南通通沙汽渡码头的60 m车客渡船，其船体结构简单，为单体、单甲板、舯桥楼式，机舱采用自动化控制系统，船上外部设备简单，因此，全船消防重点部位主要为机舱。根据《内河船舶法定检验技术规则》(简称“内规”)要求，考虑到60 m车客渡船机舱中有大量电气设备、仪器仪表等，不一定适合采用具有导电性的压力水雾灭火系统进行保护，而具有良好电绝缘性的气体灭火剂就成为了电气类火灾的最佳选择，因此最终决定使用二氧化碳灭火系统作为本船机舱消防系统。

本文针对本船技术及安全要求，在分析二氧化碳灭火系统特点的基础上进行合理的设计布置，再根据规范要求进行相关分析和计算，确定本船的二氧化碳剂量和喷嘴数量。

1二氧化碳灭火系统特点和原理

1.1系统特点

二氧化碳灭火已经存在和发展了上百年历史，技术日趋完善。二氧化碳在大自然中就存在，占到了大气总量的0.03%，是一种无污染的自然气体，尤其是其生产成本低、技术成熟、灭火性能稳定、绝缘性好等优点，在较长时间内和特定场所仍将会被大量应用。但是，二氧化碳灭火系统也存在灭火浓度高、存储压力高、使用危险大等缺点，在实际操作使用过程中要严格管理，规范操作。

1.2灭火原理

在常温常压条件下，二氧化碳为气态，在一定临界压力以上就会变成液态。一般情况下，灭火系统贮存容器中的二氧化碳是液气2种状态共存的，内部压力随着温度的升高而增加。

灭火原理如下：灭火时，打开施放阀，二氧化碳通过喷嘴从贮存容器中喷射出来，压力骤然下降，二氧化碳由液态迅速转变为气态，在被保护区内扩散，均匀充满整个被保护区空间，迅速达到设定的二氧化碳浓度，使保护区内氧气浓度急速下降，从而产生窒息作用，熄灭明火；同时，二氧化碳由液态变成气态也会吸收大量热量，从而降低燃烧物的温度，使燃烧无法再继续下去。

基于二氧化碳灭火系统的特点和灭火原理，结合本船机舱设备性质特点，选用其作为机舱灭火系统具有合理性和可行性。不过，为了充分发挥二氧化碳灭火系统的效能，考虑经济性，在设计布置之前对其设计剂量等要素进行科学计算很有必要。

2计算

2.1二氧化碳剂量的确定

根据船体设计，本渡船机舱及棚在内的全部容积VM为500 m3。另外，该渡船机舱设置杂用、主机气控空气瓶各1只，其工作压力为1 MPa，每个空气瓶的容积为0.1 m3。根据规范要求，空气瓶内含有的自由空气量容积VA为：

VA=0.1×2g

(1)

式中：g为重力加速度，g=9.8 m/s2。

经计算，VA≈2 m3。

本渡船所选用的二氧化碳气瓶容积为68 L。按规范要求，每3 L瓶容积充2.0 kg二氧化碳的比率来充装液体二氧化碳，则现每瓶二氧化碳充装量为45.0 kg。同时，根据规范要求，二氧化碳自由气体的比积应以0.56 m3/kg且取机舱容积的35%予以计算。所以，本渡船机舱所需的二氧化碳剂量Q1及二氧化碳瓶数N1分别为：

(2)

式中：Q1为二氧化碳所需剂量，kg；VM为机舱容积，m3；VA为空气瓶中自由空气容积，m3；N1为二氧化碳气瓶数量，只。

经计算，Q1=313.75 kg，N1≈7 只。

2.2机舱喷嘴的确定

根据“内规”表3.7.3.5管道内径与流量通径规定，查出二氧化碳施放总管内径为DN40 mm，因此，施放管总面积S为：

S=πR2

(3)

式中：S为施放管总面积，mm2；R为施放总管半径，R=20 mm。

经计算，S=1 256.6 mm2。

每只喷射孔半径r=4 mm,则每只喷嘴喷射孔总截面积为：

S1=πr2n

式中：n为每只机舱喷嘴的喷射孔数量，n=4；r为喷射孔半径，r=4 mm。

经计算：S1≈201.06 mm2。

(4)

在机舱施放二氧化碳时，应在2 min内注入机舱灭火所需二氧化碳的85%，所以机舱喷嘴数量N为：

(5)

式中：N为喷嘴数量，只。

因此，根据式(5)计算所知，本渡船机舱拟取二氧化碳喷嘴为10 只(含花钢板下2只)。

3二氧化碳室及管路布置

本渡船机舱容积为500 m3.机舱空间设计过程中，考虑到其他机器设备安装操作的方便，同时兼顾到二氧化碳灭火系统的操作要求，在精心计算和合理设计下，确保二氧化碳室应位于安全、随时可达操作的地方.本船将二氧化碳室布置在主甲板上，内设7个二氧化碳瓶以及机舱遥控施放站，同时，还设有灭火报警箱。二氧化碳室内的二氧化碳瓶通过挠性支管连接至集合管，在每一条挠性管上设置止回阀；集合管连接至总管，总管上设置规范要求的安全阀、压力表、吹洗测压阀，总管直接通至被保护区，也就是本船机舱，然后通过分配管与各个喷嘴连接。当有火情发生时，机舱首先进行预报警，待机舱所有人员撤离后，关闭所有通风口及舱门；然后手动打开释放阀控制气瓶，此时管路释放阀气动打开，同时机舱释放声光报警信号；接着手动打开二氧化碳控制气瓶，释放器气动打开，二氧化碳气瓶打开，二氧化碳通过管路到达喷嘴喷射出来，快速充满被保护区，实施灭火。其管路设计原理如图1所示。

4注意事项

由于渡船涉及到大量人员和财产安全，渡船机舱电气化程度随着技术发展越来越高，已成为渡船消防的重点部位。在综合考虑和科学计算的基础上，选用了二氧化碳灭火系统作为本船机舱的消防系统。不过，由于二氧化碳灭火系统也有一些缺点，如果使用不当会造成较大危险，因此，在操作使用时应注意以下几方面。

(1)二氧化碳灭火系统的保护区域应设置疏散通道和安全出口，要求保护区内所有人员能在30 s内撤离此区域。

(2)当空气中二氧化碳的浓度大于20%时，对于人体来说是致命的，因此，声光报警信号应能在保护区任何位置及相邻区域均能看见和听到，以便提醒工作人员和旅客及时撤离现场并阻止人员进入气体释放区域。

(3)在机舱内发生火灾时，二氧化碳灭火系统可在火灾初期得到有效控制及时灭火，从而保证渡船和人员的安全。由于本渡船机舱为有人值守机舱，因此，二氧化碳灭火系统必须采用手动控制方式，以确保人员安全。

(4)灭火完毕后，在确认火灾已经扑灭的情况下，首先打开通风系统，将废气彻底排除干净后，工作人员才能进入保护区。废气如果没有排除干净，因特殊原因，工作人员确需进入保护区，必须佩带氧气呼吸装置。

(5)为了保证二氧化碳灭火浓度，每个储气瓶需每6个月称重一次。当二氧化碳净重低于初装的90%时，应及时返厂重新充装到设计要求。

参考文献：

[1]李贵仁，元雪松，黄勇.浅析二氧化碳灭火系统的特点及应用[J].消防科学与技术，2002(3)：44-45.

[2]李祥锋.锦州21-1油田WHPA海上平台二氧化碳灭火系统设计[J].石油工程建设，2007(5)：31-33.

[3]潘大新，陈静. 海洋平台固定式二氧化碳灭火系统的计算与设计[J]. 消防技术与产品信息，2007(4)：30-32.

[4]中国船级社.内河船舶法定检验技术规则[M] .北京：人民交通出版社，2011.