39000DWT散货船货舱CO2分级释放控制系统的设计

黄荣杰

摘 要：本文浅析货舱CO2分级释放控制系统的设计方法，以增强系统实用性。同时，注重控制系统安全性能，确保船上固定式CO2灭火系统起到应有的保护作用。

关键词：FSS规则；CO2；分级释放；安全

中图分类号：U664.8 文献标识码：A

Abstract： This paper expounds the analysis on the rules of FSS and analyzes the design of CO2 hierarchical release control system for cargo hold of solid cargo carrier to enhance the practical performance of the system and to verify the safety performance of the control so that the fixed CO2 fire extinguishing system on board could play the role of protection.

Key words： FSS Rules； CO2； Hierarchical Release； Safety

1 前言

固定式CO2灭火系统作为船舶的主要灭火方法之一，其设置占据优先的地位，特别是对于大型的固体散货船的货舱尤为重要。因为CO2气体进入着火区域的空间时，能引起空间压力的升高，使CO2能在燃烧空间内大致均匀地分布开来，将氧气含量降低到占总体积的14%～15%，使空气中氧气含量被稀释，达到灭火的目的。

2012年11月30日国际海事组织海上安全委员会第91次会议上，通过了第339号关于FSS规则第3、5、7、8、9、12、14章修正案的决议，修正案决议针对第5章固定式气体灭火系统，要求对于固体散货处所，固定管系应可使至少三分之二的气体在20分钟内被注入该处所。该系统控制装置应布置成根据货舱的装载状况允许释放气体总量的三分之一、三分之二或全部。针对该规则，以往的单级货舱CO2释放系统已不能满足要求，因此需设计货舱CO2分级释放系统，以满足船舶营运时的安全。

2 货舱分级释放控制系统的设计

2.1 CO2容量及气瓶数量计算

以39 000 DWT散货船为例（以下称本船），共设置五个货舱，装载的货物依据《国际海运固体散货（IMSBC）规则》所列的所有A和C组货物，以及4.1，4.2，4.3，5.1，6.1，7，9，MHB所列的部分B组货物，这些货物一旦失火，均可采用CO2灭火剂进行灭火，故采用高压CO2灭火系统作为货舱灭火方法。

通过《钢质海船入级与建造规范》及《FSS规则》第5章节中灭火剂数量计算要求，CO2自由气体的容积以0.56 m3/kg计算。通过货物处所所需的CO2用量，除特殊规定外，应按足以释放出体积至少等于该船受保护的最大货物处所总容积30%的自由气体进行计算。考虑到CO2室的空间限制，在不违背船级社规范的要求下，单个CO2气瓶的充装容积量选取为53.6 kg。依据本船各货舱舱容容积，计算得出各货舱CO2灭火剂用量，再根据所选气瓶充装容积量，得出各货舱CO2气瓶数量。

本船要求固定式气体灭火系统能保护一个以上处所，根据FSS规则要求，可供使用的灭火剂量不必大于被保护的任一处所中所需的最大数量，全船配置的CO2灭火剂量以气瓶数统计最大需求量为101瓶。

2.2 CO2分级释放量

根据各货舱所需的具体气瓶数量，可以确定各个货舱分级释放控制系统中以各货舱装载状况允许释放气体总量的三分之一、三分之二或全部的首启气瓶。

对各货舱的首启气瓶对应有开瓶管路序号，例如NO.1货舱中：当释放CO2气体总量的三分之一时，首启气瓶为第29瓶，对应的开瓶管路序号为C2；当释放CO2气体总量的三分之二时，首启气瓶为第58瓶，对应的开瓶管路序号为C3；当释放CO2气体总量为全部时，首启气瓶为第86瓶，对应的开瓶管路序号为C4。其它货舱类似标示，方便系统原理设计。

2.3 系统原理图

根据各货舱所需CO2灭火剂用量，确定各货舱总CO2气瓶数及各货舱装载状况允许释放气体总量的三分之一、三分之二或全部CO2气瓶数，通过这些数据以及相关规范要求，确定CO2系统原理如图1所示。

2.4 分级释放控制箱及管路

本船设置五个货舱，相应配置五个货舱分级释放控制箱，每个控制箱设置五路管路。其中，一路管与控制气源箱管路连接，一路管与气控释放阀组连接，另外三路管则分别连接允许释放气体总量的三分之一、三分之二或全部的首启瓶数的开启端。为方便区分，在每个货舱分级释放控制箱上的分级管路中分别用数字标识，“1”代表释放气体总量的三分之一，“2”代表释放气体总量的三分之二，“3”代表释放气体总量的全部，方便船员理解及实际操作。

另外，每个货舱分级释放控制箱内对应设置“a”，“b”，“c”，“d”，“e”字母标识，分别对应连接五个货舱气控释放阀组。五路管路中，由于有四路是用于控制阀门或开启气瓶，为了确保船员操作得当，分级释放控制箱内部设置顺序开启装置，当操作任何一个分级释控制箱释放CO2灭火剂时，必须先将连接货舱气控释放阀组的阀门打开，方可进行释放气体总量的三分之一、三分之二或全部的首启气瓶，通过首启气瓶内的CO2灭火剂逐个开启后续CO2气瓶的程序。 若无此顺序设置，一旦实际操作过程中船员首先开启CO2气瓶，再开启释放控制阀组的操作顺序，则可能造成高压的CO2气体在释放控制阀组开启前便到达阀组的进气端，导致释放阀组无法开启的情况。

2.5 报警信号装置

根据规范要求，本船设置泄漏报警信号、预释放报警信号、释放报警信号。当CO2气瓶发生非人为操作的自动释放灭火剂时，CO2压力开关将发出泄漏报警信号；预释放报警接触器安装在每个货舱分级释放控制箱内，当开启任何一个货舱分级释放控制箱时，触发预报警接触器，预释放信号传递到继电器箱及机舱集控室内发出预报警信号；释放信号接触器安装在每个货舱气控释放控制阀组端，当货舱气控释放阀组被开启时，释放信号相应的传递到继电器箱，在CO2室内及机舱集控室内发出释放报警信号。

2.6 其它

（1）本船的N0.2，3，4货舱装载容积相同，该三个货舱所需CO2灭火剂量是一致的。考虑系统布置及操作性能，该三个货舱的开瓶气源控制管路设计成并联型式。为了防止开瓶气源的相互干扰，分别在三个货舱分级释放控制箱下端的控制管路上设置单向止回阀。

（2）各货舱分级释放控制箱开瓶管路与CO2首启气瓶的管路连接设计上，必须要保证操作释放各货舱释放气体总量的三分之一、三分之二或全部的首启瓶数灭火剂时互不干扰，以确保释放出的CO2灭火剂能达到预定的剂量。

分级连接示意图，如图2所示。

（3）当设备调试或实际操作CO2灭火系统后，此时气瓶的瓶头阀及货舱气控释放阀组处于开启状态，控制气源聚集在开瓶管路内部，气瓶瓶头阀及货舱气控释放阀组将无法复位到关闭状态，为了解决该问题，需要在开瓶管路中设置泄放阀。

（4） 本船货舱设置持续机械通风，每一个货舱设置两台可逆转防爆轴流风机，并且在桅房内设置通风风道。按规范要求，需要在每个货舱风机出风口处设置抽烟探测聚集口，为了防止释放的CO2灭火剂排至货舱风机上端的风道中，在抽烟探测管路上设置自闭式单向止回阀，这样能保证在操作分级释放控制的释放气体总量的三分之一、三分之二或全部时，CO2灭火剂首先定量释放在货舱内，确保灭火剂不通过风机上端的风道外溢至室外。

4 结语

船舶CO2灭火系统设计涉及众多的要求，并且CO2灭火系统不局限于货舱使用。本文仅浅析了货舱分级释放控制系统设计思路，以满足MSC.339（91）决议针对FSS规则中第5章固定式气体灭火系统的修正要求，其余的设计需按照规范及设计手册等进行。如释放管路的通径要求，需要按照规范要求的释放时间进行计算或按规范推荐的通径进行设计布置；货舱烟雾检测系统，需要按规范要求在300秒内检测到货舱着火区域内的烟雾；按规范要求设置吹通接头等。

参考文献

[1]国际海事组织海上安全委员会MSC.339（91）决议及FSS规则，2012.

[2]钢质海船入级与建造规范，第5分册[S].2012.

[3]GB 50193-93，二氧化碳灭火系统设计规范 [S].2010.

[4].船舶设计实用手册（轮机分册）{M}. 国防工业出版社，1999.

[5]船舶工程技术手册[M].上海交通大学出版社，2009.