高压水雾系统在高端客滚船上的应用

吴 林，徐 谦，夏耀君

(招商局邮轮研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港一直以来都是客船关键课题之一。由于安全返港只是一个目标型标准，并无详细描述性指导准则可用于具体设计中，所以如何满足安全返港要求成为客船新造项目的难题之一[1]。固定式灭火系统作为最基础和重要的安全返港系统之一，需要重点分析研究。

安全返港一般可以采取分隔、双套、冗余、保护或上述组合来满足法规设计衡准[2]，这对水雾系统设计形成了一定的挑战。目前，国内相关的项目经验较少，如何设计一套合理优化的高压水雾系统是研究的重点内容。为此，本文结合灭火系统的设计特点、规范要求和安全返港的特点，研究系统选型、布置、控制逻辑及特殊应用等各方面的设计方法。

1 高压水雾系统特点

高压水雾是通过高速水滴相互碰撞后形成的雾状颗粒吸收燃烧产生的热量，蒸发膨胀为水蒸气并将空气与燃烧物隔离，从而有效地控制火势并高于最终灭火的。按照美国消防协会的定义，系统压力高于3.45 MPa形成的不水雾才可称为高压水雾，但是先进的高压水雾系统释放压力基本都在5 MPa以上。这种水雾系统耗水极少且雾化率高，系统压力越高则系统需求的水量越少。采用高压水雾系统可以使用更小尺寸的管材，节省了大量材料。

2 满足安全返港的布置与设计

根据《国际海上人命安全公约》(SOLAS)的要求：乘客大于36人的客船需要根据《国际消防安全系统规则》配置自动释放的水喷淋系统，给上建处所、服务处所、控制站等各类场所提供保护。同时如何保护这些处所都有相应的规范指导，见图1。从图中看出，高压水雾系统可以完全覆盖客滚船对固定式灭火系统的需要。

图1 客船固定式灭火系统规范应用[3]

2.1 高压水雾系统的布置

客滚船水雾系统需要考虑布置2×100%或者3×50%容量的泵组单元，且不能布置在同一个主竖区以保证设备本身的冗余。高压水雾系统布置时需要考虑主管路穿越多个货舱(水平区)服务整个上建处所而不受火灾事故影响，所以其主管路需要通过由A60型绝缘保护的管隧并将所有区域阀布置在内，同时其各个分区的支管在经过非服务处所时应该考虑保护分区外发生火灾事故后能够不受影响继续提供正常的服务。

管路设计应考虑其压降损失和喷嘴最低的释放压力，尽量优化并减少弯头的使用，在连接件的选择上应充分考虑其可靠性。高压水雾系统在某客滚船上的典型的设计见图2。系统主管路采用A60管隧及环形总管的设计方法，该设计能够最大程度地节省管路材料。

图2 高压水雾系统在客滚船上的典型布置

2.2 高压水雾系统的容量

高压水雾泵组的容量通常取决于最大保护区的需求水量。客滚船的高压水雾泵组容量取值需要考虑两方面因素：一方面根据上建处所、机舱及车辆舱这三者中的最大值来决定整个系统的容量；另一方面考虑加上一定的裕度以防止在实际布置过程中需要临时增加喷嘴的情况。根据船舶尺度的大小，建议裕度取值为3%～5%，一些结构较为复杂的项目可以酌情增加。高压水雾系统保护范围受机舱尺寸限制时，可以考虑将机舱与烟囱棚分隔成2个独立的A级空间，匹配系统实验认证的保护舱室容积。

2.3 高压水雾系统的设计

高压水雾泵组、警报和探测系统需要按照《国际消防安全系统规则》提供至少2路不同来源的动力源，当使用电力电源时其中1路应为应急电源。同时要求配置包含淡水和压缩气体组成的蓄能器，以供整个系统在失电的情况下水雾能够持续释放1 min。除淡水外，系统还应按照规范要求接入海水作为备用水源。

以2套100%排量的泵组设计为例，2个高压泵组启动器分别布置在艏部和艉部机械区域，它们分别属于2个不同的主竖区。每个高压泵组上都配置了主电源和应急电源，保证在应急工况下，水雾系统也可以工作。并且为满足安全返港要求，2个泵组的主电源也分别来自2个机舱内的2段不同的主配电板，艏部机械区域的1号泵组供电来自前机舱内的主配电板。艉部机械区域的2号泵组供电来自2号机舱内的主配电板。任何单点故障(局部失电)都不会影响泵组的正常工作。

整个泵组的控制系统组成为环网形式(见图3)，有2个控制站分别在1号主竖区的电气设备间和4号主竖区的集控室，每个控制站里布置了1个控制箱。在每个主竖区内的适当位置各布置有1个输入输出接口分站(I/O分站)，4个主竖区共计4个I/O分站。一号主竖区的控制箱和泵组启动器接在该主竖区的1号分站上，4号主竖区的控制箱和泵组启动器接在该主竖区的4号分站上。它们之间通过网线或现场总线连接，任何一个分站故障，都不影响环网中其他分站的正常运行。

每一个分站由主电源和UPS电源两路供电。主电源分别来自各自所在主竖区内的电力分电箱，最终来自于不同主竖区的2个主配电板。UPS电源来至应发室并与应急配电板相连，可以保证控制回路供电的连续性。各保护区域的释放阀、截流阀、流量监视器、声光报警器等接在就地的接线箱后再接到该主竖区的分站上。按规范要求，局部水雾系统在就地提供了单独的声光报警器，机舱全淹没系统则会通过机舱报警灯柱发出声光报警。

除泵组启动器上有接口将泵单元运行和故障信号发给监测报警系统外，其他的信号基本通过控制箱与相关系统通讯。如：送给监测报警系统和航行数据记录仪的水雾释放和报警状态信号，以及火警系统提供给水雾系统的水雾释放触发信号、卷帘门火警信号等。

根据MSC/Circ.1369安全返港有关水雾系统的要求，需要特别注意以下内容：

(1)关于分区：水雾系统分区除梯道外不能跨越不同的甲板，否则当所在A级分隔失火后同一区域阀服务的处所都视为不可继续使用，所以同一主竖区的同一层内一般共用一个区域阀。

(2)关于区域阀的位置：事故发生后区域阀所在A级分隔不应继续使用，除非是防火阀或是有独立A级分隔的空间保护，或者有独立喷嘴保护。

(3)关于阀门工作指示：当发生单点故障后，阀门工作状态指示不需要在事故发生的所在主竖区继续工作，即整个主竖区的指示都可以丢失。

(4)关于局部水雾：局部水雾不参与安全返港，但如果其作为全淹没的一部分，则需满足要求。为节省喷嘴和管路数量，局部水雾一般都会包含在全淹没分区内。

2.4 滚装处所高压水雾系统的设计

高压水雾系统可以按照MSC/ Circ.1430的要求，给滚装处所提供部分或者全部的保护。按照MSC/ Circ.1369第6条解释，滚装处所水平区的事故不计入安全返港的范围，但是其空间内安全返港系统在事故后不应影响其他区域内安全返港系统的正常工作。该说明很容易理解为是单向的约束，但是实际上在SOLAS II-2 Reg.9里面有关水平区和主竖区都是等同的概念，大部分船级社更愿意理解为无差别的要求，即滚装处所应按照上建处所或者机械处所一样的原则进行风险分析和评估，并针对性地考虑冗余的设计。

按照这种理解，水雾系统在滚装处所的阀门开关信号也应满足MSC/ Circ.1369第33条的要求，即不能将信号收集柜布置在其他主竖区内，或者应将阀门信号传输给至少2个主竖区的信号收集站。

3 高压水雾系统的特殊应用

高压水雾喷嘴取得特定的证书后完全满足整船的固定式灭火系统需求并可以根据设计的需要，综合考虑水雾系统在很多特殊场景上的应用以达到设计的优化。

3.1 降低特定设备防火等级

救生艇释放平台与上建相邻的玻璃应该为A60级防火玻璃，通过专用的水雾喷嘴可将其防火等级降至为A0级；如果室内空间有IMO Resolution A800 认证的喷嘴，则无需配置专门的喷嘴。特定处所的卷帘门也可以遵循上述同样原则，将卷帘门防火等级由A60级降至A0级，见图4。此设计可以应用在商店、滚装处所等。

图4 典型的卷帘门水雾保护布置

3.2 保护特殊对象

冷库或者其他有可能低于冰点温度以下的场所，可以使用防冻液、止回阀等装置将分支管路的消防介质与总管中的淡水隔离开(见图5)，这种设计可以保证系统功能在低温环境下正常使用。

图5 典型的冷库水雾保护布置

厨房烟道也可以使用高压水雾系统保护，从而取代CO2或者湿粉等独立的灭火系统(见图6)。使用时，仅需从总管中取一路支管并配备相应的喷嘴和手动释放阀门即可。深煎锅保护与厨房烟道类似，同样可以通过使用得到认证的喷嘴进行保护。

图6 典型的厨房烟道水雾保护布置

4 结论

(1)本文结合客滚船特有的安全返港要求进行系统应用分析，找出了高压水雾系统应用的诸多特点和特殊应用。高压水雾系统的优点在于雾化程度高且对电气设备友好，几乎能满足全船所有处所的固定式灭火保护需求。同时，结合总体布置从优化系统设计的角度出发，可以优化冗余设计，避免过度设计及材料的浪费。

(2)该设计已经实际应用在多艘已经交付的高端客滚船上，在重量控制、系统优化等方面取得了良好的效果。