某型LNG-柴油双燃料动力原油船水喷淋系统设计

庞博

摘    要：隨着国际海事组织的限硫规则颁布及实施，双燃料动力技术在船舶上得到不断应用推广。本文以某型LNG-柴油双燃料动力原油船为对象，详细介绍了为燃气供应系统配套的水喷淋灭火保护区域的确定、供水流量的计算及系统设计布置等，可为其他采用LNG-柴油双燃料动力原油船的燃气供应系统水喷淋灭火设计提供参考。

关键词：双燃料动力；水喷淋；保护区域；流量计算；设计布置

中图分类号：U662.2                                 文献标识码：A

Design of Water Spray System on a LNG-Diesel Dual Fuel

Power Crude Oil Tanker

PANG Bo

（ Guangzhou KEEN Offshore Engineering Service Co.， Ltd.，  Guangzhou 510725 ）

Abstract： With the trend of global emission reduction and low carbon， as well as the promulgation and implementation of the sulfur limit rules of the International Maritime Organization， so that dual-fuel power technology can be continuously promoted and applied in ships. This article mainly takes a certain type of dual fuel powered crude oil tanker as the research object， deeply studies the determination of the protection area of water spray fire extinguishing covering for the support service of gas supply system， and the calculation method of the water flow and the system design and arrangement. It can provide reference for water sprinkler fire extinguishing design of gas supply system of other domestic dual-fuel power oil tanker.

Key words： dual-fuel power; water spray; protected area; capacity calculation; design and layout

1     概述

IMO MEPC 70会议决定从2020年1月1日起，船舶应使用硫含量不超过0.5%的燃油 [1]。限硫令生效后，在限硫令规定的区域内，所有船舶必须选择价格贵的含硫量低于0.5%的低硫油，或者在船上安装价格昂贵的船舶废气脱硫装置，或者选择液化天然气（LNG）作为主机和辅机等的替换燃料。与前两种减排方式相比，使用LNG燃料可以取得更好的减排效果和更低的营运成本。采用LNG动力的船舶污染物排放比传统油料动力的船舶低得多，可以大大减少碳排放，同时具有不错的经济效益。近年来，LNG动力船舶已经进入快速发展阶段，中国、欧洲、美国、日本、韩国都在LNG动力船舶的设计和使用上取得长足进步，各国新建船舶几乎都倾向采用传统燃料+LNG的双燃料动力船舶。

某型原油船总长274 m、型宽48 m、型深23.7 m、服务航速14.2 kn，是全球首艘采用LNG+柴油的双燃料动力的苏伊士油轮，其主机、辅机及锅炉均采用双燃料，入级ABS，挂旗国为利比里亚，其中主机MAN ME-GI机型为高压供气系统，辅机及锅炉为低压供气系统。

为了确保LNG+柴油的双燃料设备燃气系统的安全运行，与船舶天然气燃料储存、调节、输送及利用有关的所有系统部件，均应提供防火、探火及灭火保护等消防系统，主要包括水喷淋系统、CO2灭火系统和干粉灭火系统等。目前国内针对LNG+柴油双燃料动力苏伊士型油轮供气系统消防灭火的研究较为缺乏，尤其是对水喷淋系统的流量计算方法及布置，尚没有形成较为成熟统一的算法和方案，规范也没有非常明确的具体要求。

本文针对此LNG+柴油双燃料苏伊士型油轮，对其水喷淋系统设计与布置进行深入分析，提出水喷淋系统流量计算方法，为相关消防系统设计提供参考。

2    水喷淋系统需满足的规范规则

水喷淋系统是以特殊的喷嘴，将水转换成具有一定速度和密度的水雾并喷出。水喷淋系统主要有以下作用[2]：（1）水雾喷出后会吸收周围热量，使得燃烧温度降低，且水蒸气覆盖在燃烧液体表面可以隔绝空气，起到灭火的作用；（2）水雾可以控制燃烧，限制火势蔓延；（3）水雾可以保护暴露在火焰前的物体或人员。

水喷淋系统在设计时，应遵循相关的规范规则，其中由IMO颁发的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》（简称IGF code）为强制性规定，所有双燃料动力船舶都必须满足。

根据IGF code规则的相关规定，水喷淋系统的设计与布置必须满足以下要求[3]：

（1）水噴淋系统应能覆盖位于露天甲板上燃料储存罐的裸露部分；

（2）当燃料储存罐位于开敞上甲板时，水喷淋系统还应覆盖面向储存罐的上层建筑、燃气处理设备间、加注站及其他甲板室的限界面（当这些限界面与燃料舱的距离大于或等于10 m时可不必覆盖）；

（3）水喷淋系统供水泵的流量及喷嘴的布置，应满足水平表面保护时其喷水率为10 l/min/m2，垂直表面保护时为4 l/min/m2；

（4）水喷淋系统供水泵的遥控启动装置和系统中任何常关闭的遥控操作装置，应位于易到达的位置，并且在被保护区域发生火灾时不会被切断；

（5）水喷淋系统的喷嘴应为经认可的全径式喷嘴，其布置应保证其所喷射的水在被保护区域内均匀有效分布。

3     燃气系统设备及舱室布置

根据上述IGF code规则的要求，可知水喷淋系统的设计（如：流量计算、供水泵选型、喷嘴布置等）与燃气供应系统的燃料储存罐、燃气处理设备间、加注站及其他甲板室的界限面等布置有关。下面介绍本船燃气供应系统主要设备的布置。

本船上建居住区及烟囱围岛布置在船艉，货舱区露天甲板从上建贯穿至首部。本船燃气供应系统配备了2个燃料储存罐，分别布置在货油舱区域露天上甲板的左右舷，且位于上建前壁与货油集管区之间，距上建前壁约19 m，两个储存罐之间的距离约18m；燃气处理设备间采用架空形式，布置在两个储存罐之间，且与左右舷储存罐之间的距离均小于10 m；加注站布置在燃料储存罐靠首端小于10 m处，左右舷个1个；其他甲板舱室与燃料储存罐的限界面均大于10 m，如图1所示。

4    水喷淋系统设计

4.1   供水流量计算

根据IGF code规则要求，结合上述燃气供应系统相关设备的布置，本船专门为燃气供应系统设置的水喷淋系统应考虑覆盖的保护区域包括：左右舷燃料储存罐、燃气处理设备间以及左右舷加注站。

4.1.1  燃料储存罐喷淋水量计算

本船燃料储存罐为IMO C型独立罐，单圆筒形，带球形封头，直径10 m、长度36 m，外表面包覆的绝缘厚度0.3 m，其外形如图2所示。

从图2中可以看出，燃料储存罐并不是规则的方形体，不能明确界定其水平表面和垂直表面，经与船级社多次沟通研究，最终确定水喷淋系统应覆盖的保护区域可分为罐体上半部分和下半部分来计算：

（1）罐体上半部分

按水平投影面积计算喷淋水量：

Qa=S1xqh=LxDxqh                                                       （1）

式中：S1—罐体上半部分水平投影面积， m2；

L—罐体总长，m；

D—罐体外径，m；

qh—水平保护表面喷水率，按规范取10 l/min/m2。

计算得出：

Qa=3 879.6 l/min

（2）罐体下半部分

按左右两侧垂直投影面积之和计算喷淋水量：

Qb=2xS2xqv=2xLxD/2xqv                                            （2）

式中：S2—罐体下半部分单侧垂直投影面积， m2；

L—罐体总长，m；

D—罐体外径，m；

qv—垂直保护表面喷水率，按规范取4 l/min/m2。

计算得出：

Qb=1 551.84 l/min

本船左右舷共两个燃料储存罐，因此覆盖其保护面积所需的喷淋水量为：

Q1= 2 x（Qa+Qb）=10 862.88 l/min

4.1.2  燃气处理设备间喷淋水量计算

燃气处理设备间位于两个储存罐之间，且房间顶部低于储存罐，其前后壁和左右壁，以及房间顶部均面向燃料储存罐，且其限界面与储存罐的距离都小于10 m，因此燃气处理设备间的前后壁和左右壁，以及房间顶部均应按规范要求设置水喷淋保护。

本船燃气处理设备间长17.8 m、宽11.2 m、高4.5 m，其被保护面积和喷淋水量的计算见表1。

从表1可知，覆盖燃气处理设备间的保护面积所需的喷淋水量为：

Q2= 3 037.6 l/min

4.1.3  加注站喷淋水量计算

本船加注站撬块长3.6 m、宽 4.8 m、高3.7 m，因其布置在燃料储存罐首端小于10 m处，因此应设置水喷淋保护。由于加注站布置在货油舱区露天甲板上且整个撬块为开敞式（如图3所示），因此其保护面积按撬块的水平投影计算即可，即

本船2个加注站撬块所需的喷淋水量为：

Q3=2xSxqh=LxDxqh                                                    （3）

式中：S—撬块水平投影面积，m2；

L—撬块长度，m；

D—撬块宽度，m；

qh—水平保护表面喷水率，按规范取10 l/min/m2。

计算得出：

Q3=345.6 l/min

因此，本船燃气供应系统配备的水喷淋系统所需的供水量为：

Q=Q1+Q2+Q3= 854.76 m3/h

根据制造厂家的标准及推荐，确定选用2台额定流量为520 m3/h、压力为7.5 bar的供水泵。

4.2   水喷淋系统设计及布置

本船两台供水泵布置在机舱，可在消防控制室远程控制泵的启停；水泵从机舱海底门抽吸海水通过一路外径为12”的总管输送至货舱区露天上甲板，然后分成3路支管到各保护区域，其中一路外径为6”的支管通往燃气处理设备间，另外2路外径为8”的支管分别通往左右舷的燃料储存罐和加注站撬块；水喷淋总管上设一个可遥控和手动操作的截止阀，各路支管上设一个手动截止阀，其系统原理图见图4所示。

另外，水喷淋喷嘴的布置应根据喷嘴的性能曲线及制造厂家推荐，确定各保护区域的限界面所需的喷嘴数量及布置间距等。喷嘴的数量和设置，应能将水流均匀分配到所被保护的区域如燃料储存罐、燃气设备处理间、加注站撬块等表面，使其表面温度不会升高到不可接受的温度。

5    结束语

本文以某LNG+柴油双燃料苏伊士原油船为对象，深入研究其燃气供应系统特点及IGF code规范要求，明确了水喷淋系统应覆盖的保护区域，提出了供水流量的计算方法及水喷淋系统设计布置方案，可为其他采用LNG+柴油双燃料动力原油船的燃气供应系统水喷淋灭火系统设计提供参考。

参考文献

[1]中国船级社. IMO海上环境保护委员会第70届会议[MEPC70]要点快报[N].船舶标准化工程师，2017，50（5）.

[2]娄春景，李志鹏等.LNG双燃料远洋大型集装箱船消防灭火系统设计[J].应用科技，2018，45（3）.

[3]国际海事组织.使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规则[S].MSC.391（95），2015.