（船舶与海洋工程专业论文）船舶水基（水雾）灭火系统的研究与应用.pdf

摘要 随着全球海上运输业的不断发展 船舶安全营运变得愈来愈重要 根据国际 海难救助协会的一项调查表明 自2 0 世纪8 0 年代以来 因船舶火灾爆炸造成海 难事故的比重逐年上升 年均增幅1 个百分点 现己达到3 0 造成船舶吨位年 损失较6 0 年代翻了一番 超过6 0 万吨 特别是船舶机舱 易燃易爆物质比较集 中 最容易发生火灾 事实也是如此 为了保障船舶的安全营运 保障船员的安 全 消灭火灾隐患 火灾自动监测及自动喷洒灭火系统日益成为现代化船舶必不 可少的组成部分 目前 国内外船舶建造及管理部门正在投入人力和物力展开对 船舶重点部位 主机 发电机 锅炉 燃油分油机 焚烧炉 火灾的固定式局部 水基灭火系统的研究和应用 现在国外已有几个厂家生产出相应的产品 国内虽 然有类似的产品出现 但在管系水力计算方面还没有深入的研究 所以本课题 船 舶局部水基 水雾 灭火系统的研究与应用 的研究可以说是填补了国内船舶水 基 j g 雾 灭火系统的水力计算方面的空白 具有很高的理论价值和实际应用意 义 本系统进行了泵组单元 喷头 感温和感光传感器等设备的选用 对系统的 管系进行了设计和布置 通过水力计算 沿程压力损失和局部压力损失 验证管 系的设计是否满足喷头的性能要求 实现对船舶机舱重点部位的火灾自动检测 显示报警和对发生火灾的区域进行水雾灭火 该系统由两种方案组成即自动方案 和手动方案 在自动方案运行情况下 当系统检测到有火灾情况发生时 在发出 声 光报警后的一定时间 如果无人干预 则系统自动执行开阀 开泵 对火灾 区域进行水雾灭火 而在执行手动方案情况下 操作人员可以通过操作主控制屏 上的按钮或手动按钮 就地 来对指定的区域进行喷雾灭火 本文针对船舶机舱重点部位设计的火灾监控和水基喷雾灭火系统 如经过改 进同样也可适用于陆地 如港口 码头 工厂 宾馆等 本系统经过了多次实 船试验 效果良好 满足i m om s c c i r c 9 1 3 附件的相关要求 关键词 船舶机舱 喷头 水基灭火 水雾 水力计算 a b s t r a c l l tb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tf o rt h es a f et r a n s o o r f a t i o no fs h i p w i t ht h ed e v e l o p i n go ft h eg l o b a lm a r i t i m et r a n s p o r t a t i o n 1 ti si n d i c a t e do nt h e b a s eo ft h ei n v e s t i g a t i o no fs o l a st h a tt h ep r o p o r t i o no fs h i p w r e c ka c c i d e n t s r o o t i n gi nt h es h i p sf i r ee x p l o d i n gi sr i s i n gy e a ra f t e ry e a rf r o m19 8 0 s a n dn o w i ti su 口t o3 0p e r c e n tb yl p e r c e n te v e r yy e a r a n dt h ea n n u a i f o s so ft h es h i p t o n n a g ei so v e r6 0 0 0 0 0t o n st h a ti st w ot i m e st h a nt h a fi n19 6 0 s e s p e c i a l l yi n t h ee n g i n er o o mt h e r ea r em a n yi n c e n t i v et h i n g s a n di ti se a s yt of i r ea n dt h e f a c ti ss o i tb e c o m e sf h en e c e s s a r yp a r to fl h em o d e r ns h i pf o ra u t o d e t e c t i n g a n da u t o s p r a y i n g f i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m n o w f o r e i g na n dn a t i o n a l d e p a r t m e n t so fs h i pb u i l d i n ga n dm a n a g e m e n ta r es t u d y i n gt h ef i x e dl o c a l w a t e r b a s e d w a t e r m i s t f i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m sa b o u tt h es h i p s m a i n p a r t s m a i ne n g i n e g e n e r a le n g i n e b o i l e r f u e lo i lp u r i f i e r i n c i n e r a t o r a n d t h e r ea r es o m ef o r e i g nm a n u f a c f o r i e st h a th a v e p r o d u c e dt h e r e l e v a n t p r o d u c t i o n s i no u rc o u n t r yt h e r ea r eaf i t t l es i m i l a rp r o d u c t i o n s b u tt h e r ei sn o t d e e p l ys t u d y i n go nt h ep i p i n gs y s t e mw a t e rh y d r a u l i cc a l c u l a t i o n s ot h ef t e m t h es t u d y i n ga n da p p l i c a t i o no fs h i p sf i x e dl o c a lw a t e r b a s e d w a t e r m i s t f i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m sw i l ls u p p l yag a pa b o u tn a t i o n a ls h i pf i r e f i g h t i n g a r e a a n df th a sh i g ht h e o r e t i cv a l u ea n da c t u a ia p p l i c a t i o ns i g n i f i c a n c e t h i ss y s t e mi ss e l e c t e ds o m ep r o d u c t i o n s f o re x a m p l e p u m pu n i t n o z z l e o p t i c a is m o k e h e a td e t e c t o r f l a m ed e t e c t o ra n dd e s i g n e dt h ep i p i n g s y s t e m v a l i d a t e dl h a ij ft h ed e s i g no fp i p i n gs y s t e ms a t i s f yc a p a b i l i t yo ft h e w a t e r m i s tn o z z l eb yt h ew a yo fw a t e rh y d r a u l i cc a l c u l a t i o n a l o n gp i p i n g p r e s s u r ei o s i n g a n d p a r tp r e s s u r e o s i n g a n dt h i ss y s t e mc a nd e f e c f a u t o m a t i c a l l yf i r e s h o wt h ep l a c eo ff i r ea n ds p r a ya u t o m a t i c a l l yw a t e r m i s t t h i s s y s t e mh a st w om o d e s a u t o m a t i c m a n u a l u n d e rt h ea u t o m a t i c c o n d i t i o n w h e nt h es y s t e md e t e c lt h a tt h e r ei sf i r eh a p p e n i n g t h es y s t e mw i l l s w i t c ho ne l e c t r o m a g n e t i cv a l v ea n dt h ep u m p a n de t i n g u i s hl h ef i r e fn o p e o p l ed e a lw i t ht h ef i r ei nt h es e tt i m ea f t e rt h ea u d i b l ea n dl i g h ta l a r m u n d e r t h em a n u a ic o n d i t i o n t h eo p e r a t o rc a ne x t i n g u i s hf i r e i nt h ea p p o i n t e da r e ab y f h eb u t t o nj nt h em a i nc o n t r o l l i n gp a n e io rt h em a n u a ib u e o nb o xf l o c a l t h i ss y s t e r ni sa l s oa p p l i e df ot h ej a n d f o re x a m p l e p o r t d o c k f a c t o r y h o t e la n ds o0 n i fi tf sm p r o v e d t h i ss y s t e mi st e s t e do i lt h es h i pm a n yt i m e s t h ee f f e c li ss a t i s f a c t o r y c o n t e n t e dt h er e l a t i o n a fr e q u i r eo fl m om s c c i r c 9 13 a n n e x k e y w o r d s e n g i n er o o mo fs h i p n o z z l e w a t e r b a s e df i r e e x t i n g u i s h i n g w a t e r m i s t w a t e rh y d r a u l i cc a l c u l a t i o n 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了谢意 作者签名 互纷日期 塑 芷兰 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保 留送交论文复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以上网公布论文的全部或 部分内容 可以采用影印 缩印或者其它复制手段保存论文 保密的论文在解 密后遵守此规定 作者签名 上数导师签名准 日期 立q 丛 1 1 火灾特点及灭火原理概述 第一章绪论 11 1 引言 火灾是人类遇到的重大灾难之一 俗话说 水火无情 一遇火灾轻则烧毁房屋损 坏器材引发较大财产损失 重则酿成整个工厂 商场 街区 娱乐场所等全部焚毁造成 国家和人民生命财产的重大损失 我国每年因火灾而造成的财产损失在数十亿元以上 火灾的预防与灭火不光是少数专业消防工作者的责任 也是全民的任务 火灾的发生多 数是人们工作失误或生活过失造成的 小小的一个烟头 一根未熄灭的火柴 老化线路 的短路 电器设备的过热 电气开关不合规范 动力电线乱拉 乱布置或超负荷运转 可燃物的乱堆乱放等等都易于引发火灾 只有极少数火灾是非人为因素造成的 为了不 发生火灾和及时扑灭火灾 人类必须利用先进技术和先进设备 但是先进技术也必须由 人去掌握 去维护 常备不懈 才能起到它应起的作用 人们必须有居安思危的意识 注意防火 及时发现扑灭初起的火灾 因此除了加强消防及灭火知识的宣传 提高和强 化人们的消防知识和意识 另外在生产 经营 生活 娱乐等人类活动的各个方面制订和 建立多种科学的强制性制度来规范人们的活动也是防止和减少火灾的重要措施 另一方 面也是最重要的一方面是加强消防科学的研究 研制新型高效的灭火器材 灭火技术 灭火剂 以减少火灾的发生 阻止火灾的蔓延 使之万一发生火灾即能迅速扑灭 以减 少大型火灾的发生 减少财产损失和人员伤亡 火灾按国家标准分为a b c d e 五类 1 g b 4 3 5l 一8 4 关于手提式灭火器通用 技术条件 s a 类 指固体有机物质燃烧的火 这类物质在燃烧后通常会形成炽热的余 烬 b 类 指液体或可融化固体燃烧的火 c 类 指气体燃烧的火 d 类 指轻金属燃烧的 火 e 类 带电类火灾 对于不同类别的火灾应采用不同类别的灭火剂 才能达到良好的 灭火效果 目前灭火剂 器 可分为以下五种类型 l 水型灭火器 包括酸碱灭火器 2 泡沫型灭火器 3 干粉灭火器 4 卤代烷型灭火器 原指1 2 1 1 c f 2c 1b r 和1 3 0 1 c f 3b r 通称哈龙灭火剂 5 二氧化碳灭火器 水作为灭火剂有四种使用形态 水流的使用形态不同 灭火效果也不同 1 密集水流 又叫直流水 是水通过水泵加压并由直流水枪喷出后形成的 具有 较大的冲击力 射程较远 2 开花水流 是水通过水泵加压并由开花水枪喷出而形成的 水流直径大于1 0 0 微米的滴状水流 以上两种水流可扑救一般固体可燃物质的火灾和闪点在1 2 0 c 以上 常温下是半凝固 状态的重油火灾 3 喷雾水流 水滴直径小于1 0 0 微米的雾状水 可以有效的扑救粉尘 纤维状物 质及谷物堆等固体可燃物火灾 以及闪点在6 0 以上的可燃液体火灾 由于喷 出的微小水滴互不接触 所以可以用于扑救带电设备的火灾 4 水蒸气 稀释燃烧区内可燃蒸汽浓度和降低燃烧区的含氧量 主要适用于容积 5 0 0 m z 以下的密闭空间 以及空气不流通的地方 或燃烧面积不大的火灾 对 高温设备和管道火灾比较合适 灭火剂的种类很多 除了水型灭火剂阻外 还有泡沫 千粉 卤代烷和c o 等 适用 于不同的火灾类型 但灭火根本目的是尽量保全财产减少损失 而且尽量做到被保护财 产在火灾扑灭后 有的还要求尽可能保持其原先的使用价值 如重要的图书档案 文物 书画 大型计算机房 家电商场等 对于扑灭这类物品火灾所使用的灭火剂一般都要求使 用 干净 灭火剂 火灾扑灭后 被保护物品上基本不留下污迹 不影响原先物品的功 能 这类灭火剂一般能迅速挥发故称为气体灭火剂 气体灭火荆有1 2 1 l 1 3 0 1 国外还有 2 4 0 2 c 2f 4 b r 2 和c 0 2 1 2 1 i 1 3 0 1 24 02 统称哈龙灭火剂 这些物质的分子中 含有元素氯和溴 和氟里昂一1 l 氟里昂一1 2 c c l 2f 2 一样很难分解 它们散逸到大气 层后 在低层大气可保持数十至上百年 到平流层 臭氧层 后受太阳紫外辐射 部分离 解产生c 1 一 b r 它与臭氧反应 生成o c i 等 使臭氧浓度降低 从而破坏臭氧层 造 成南极地区上空大面积无臭氧保护的空洞 氯氟烃对臭氧层的破坏以o d p 值 消耗臭氧潜 能值 表示 一般以f 一1 l 氟里昂一 1 f 1 2 氟里昂 1 2 每吨破坏臭氧能力定为l o d p i 则1 2 1 1 的o d p 为3 每吨1 2 1 1 相当3 吨f 1 2 对臭氧的破坏能力 其余类推 1 3 0 1 的o d p 为1 0 因此哈龙灭火剂对臭氧层的破坏能力很大 臭氧层是保护地面生物免遭太阳 紫外辐射的重要保护屏障 臭氧层的破坏会对人类环境的生态平衡构成严重威胁 严重 时将导致患皮肤癌 损害眼睛 影响遗传和免疫系统并使农业减产 为此联合国于1 9 8 5 年3 月在 维也纳条约 规定了保护臭氧层的总政策 1 9 8 7 年9 月 蒙特利尔协议书 规 定了保护臭氧层的细则 1 9 9 0 年又在伦敦签订了补充议定书 规定发达国家n 2 0 0 0 年 发展中国家至r j 2 0 i 0 年停止氯氟烃包括哈龙 主要是氟里昂 f 1 1 1 2 1 1 3 1 1 4 i 1 5 哈 龙1 2 1 1 1 3 0 1 2 4 0 2 的生产和使用 在此之前减少产量和消费 在1 9 9 2 年的哥本哈根会 议上 发达国家将禁止日期进一步提前至u 1 9 9 6 年 哈龙1 9 9 4 年 我国是联合国环境规划 署关于保护大气臭氧层的 蒙特利尔协议书 缔约国之一 根据缔约国第二次会议有关 内容的要求 我国政府制定了 中国逐步淘汰消耗臭氧层物质的国家方案 根据这一 方案 我国要在2 0 1 0 年全面停止消耗臭氧层物质的生产和使用 在此之前 将实行从使 用高o d p 物质经t 氐o d p 物质至f j o d p 为零物质的分阶段实施的政策 为此消耗臭氧层物质替代 品的研究 减少和最后停止这些物质的生产和使用 是各国所面临的共同任务 替代哈 龙的新型干净灭火剂要求有优良的灭火性能 o d p 为0 对环境无温室效应 无毒 无腐 蚀 装运方便 价格便宜 但一下子找到或研制出这种一次到位的替代灭火剂 不是一 件容易的事 至少需要一段时间和过程 由于我国对环境保护力度的加大 1 9 9 4 年 9 4 号 国家公安部 国家环境保护局发布了 关于在非必要场合停止再配置哈龙灭火器的通 知 实际上在大多数场合 我国也提前停止了哈龙灭火剂的使用 2 0 0 1 年我国进一步 宣布 2 0 0 2 年全面停止消耗臭氧层物质的生产和使用 即比规定允许使用年限 2 0 1 0 年 提前了8 年 哈龙灭火剂的提前停止使用 使原使用哈龙的场合留下了空白 为了寻找高效 洁 净 对喷射现场不污染 o d p 为零 对臭氧层无破坏作用 的灭火剂 世界各国都在作重大 努力 一方面努力改善水型 干粉型 泡沫型 低压c o 型灭火系统 使之有更大适用范 围 如原用手提哈龙灭火器地方只能用手提干粉或c o 灭火器 同时积极进行新型高效灭 火剂的研究 其思路大多是在o d p 较小或为零的含氢氯氟烃 含氢氟烃 全氟烃或它们的 混合物中寻找 9 0 年代中期国外一种专利性的o d p 较小中间替代物f m 一2 0 0 型灭火剂问世 它的性能与1 3 0 1 相似但售价比1 3 0 1 贵4 0 近年环保对新型灭火剂的要求进一步提高 除了要求对臭氧层无破坏作用以外 还 要求不产生温室效应 氟代烃类除t o d p 可以符合要求以外 许多性质不符合要求 如灭 火性能比不上哈龙 象原先看好的f 2 3 c h f 3 它的灭火浓度1 2 7 0 v v 哈龙1 2 1 1 1 3 0 1 只有3 6 即空气中含有3 6 体积浓度就能将火熄灭 因为它们有强烈的破坏燃烧链的 作用 f 2 2 c h c i f 2 灭火浓度1 5 3 v v c 0 2 灭火浓度2 1 8 v v 其它没有一个 氟烃 包括含氢或不含氢的灭火浓度有低于5 o 或1 0 v v 的 而且价格昂贵 另 外这类氟代烃基本上都有比c 0 还大的温室效应 所以至今没有找到一种令人满意和符合 要求的哈龙替代灭火剂 不少地方现在正在逐步推广采用一种 绿色灭火剂 实际它 是一种a r n 2 一c o 三元混合气 另外在某些场合 液氮也可以作为优良的灭火剂 但是从 性能价格比上讲 都不是那么的令人满意 火灾发生时产生的大量浓烟及有毒气体形成 一次性环境污染 而卤代烷系列灭 火剂在防治火灾时 产生的自由基则严重破坏大气臭氧层 形成 二次性环境污染 危及地球生态平衡 联合国环境保护公约一加拿大蒙特利尔公约已明确提出限制和减少 卤代烷的用量 并最终全面取代卤代烷 因此 喷水灭火系统 c o 惰性气体及泡沫等 洁净高新灭火技术的研究备受重视 随着时间的推移 首先c o 灭火系统和卤代烷灭火剂 因对大气臭氧层具有严重的破坏性而被禁用 己暴露出了相应的环保问题 威胁到了人 类的生存环境 并引起了世界各国的普遍关注 其次 c o 所造成的温室效应和高浓度 高造价 低毒性也引起了人们的注意 第三 卤代烷替代物的价格昂贵 应用技术难度 较大 其灭火效果还有待于进一步检验 第四 卤代烷等灭火剂具有一定的时效性 需 定期更换灭火剂 既不经济也不方便 第五 气体灭火系统对环境条件要求较高 灭火 成功率低 传统的用水灭火的方法 经过现代技术的改造 成为水喷淋 水喷淋灭火是 本世纪三 四十年代就基本成熟的技术 它是在收保护的空间上方 设置一定数量的喷 头 当温度传感器感受到高温时 阀门打开 倾盆大雨似的水立即倾泻下来 达到灭火 目的 现在的一些高级宾馆 写字楼 酒吧 剧场 仓库和油 气灌区 用于罐之间的热 阻隔 都配备了自动喷水灭火系统 但在本质上 水喷淋和传统用水灭火的方法并没有什 么两样 正因如此 使用低廉的 灭火效果好的水喷雾灭火系统替代以上灭火系统成为 可能 1 1 2 船舶火灾的特点 各种可燃物质在一定温度下快速氧化的化学过程称为燃烧 燃烧的必要条件是可燃 物质 氧气 空气 和热源 这三者俗称为燃烧的三要素 可燃物质 氧气和热源三要素 同时存在并达到一定的条件 燃烧才能发生 反之 如果缺少其中任一条件 燃烧就不 能发生 现代世界 一切消防的理论及一切防火 灭火设施都是从这一基点出发的 灭 火主要是中断燃烧时所需要的氧气或降温冷却 船舶火灾都是燃烧 船舶是水上运输的重要工具 是水面上的漂浮建筑和经济实体 具有吨位高 载客 货 量大 续航时间长等优点 但是由于船载货物中可燃 易燃货物较多 其一 船舶机舱 中的电力 动力设备集中 储油柜及输油管内存有大量燃油 其二 船舶起居处所的内 装修和船员的日常生活用具 大量采用木材 化纤 塑料等可燃 易燃材料 由此可见 船上潜伏着较大的火灾危险性 船舶在航行 停泊 检修 装卸货物等作业中 稍有不 甚 极易发生火灾 火灾烧毁一艘万吨级的船舶 就相当于烧毁一个中型企业 如果船舶在营运中发生火灾 由于船体内部结构复杂 分舱多 通道狭窄 货物 密集 回旋余地小 使火灾的施救工作活动范围受到影响和限制 因此扑救条件比陆上 差 比较恶劣 因此可能遭受的损失也比较大 如果火灾发生时正遇上船舶在大风浪中 航行 附近又无别的船舶求助 或虽然有邻船但是也无法靠拢 这就更增加了扑救困难 所以船舶火灾必须靠自救来解决 这就是船舶在海上发生火灾的重要特点 另外 火灾对船舶的安全威胁很大 易造成重大损失 甚至严重影响海洋环境 船 舶火灾通常发生在不敞开的区域 并且由于能采取切断通风等控制火灾的措施 因此 其分解产物通常含有大量的烟及c 0 这对人员造成的危害极大 因此 必须高度重视船 舶防火工作 采取有效措施 预防船舶火灾的发生 保证水上交通安全 无论民用或军用船舶 若不慎而发生火灾 都会造成重大损失 甚至引发船毁人亡 的事故 尽管船上一般都配置有海水消防泵系统及各种灭火器具 但由于船舶在海上航 行时很少结队而行 一旦发生火灾 不易得到实现 火势失控的危险性比陆上建筑大得 多 因此 及时发现火警 扑灭火灾于起火初期 就显得十分重要 随着科学技术的发 展 世界主要造船国家都投入力量研究开发火警自动报警系统 1 2 国内外水基 雾 灭火系统的发展概况 细水雾灭火技术在消防方面的应用始于2 0 世纪4 0 年代 当时主要用于特殊的场 所 如运输工具等 由于当时水喷淋灭火技术作为主要发展和研究方向 细水雾灭火技 术没有得到深入研究 故一直发展比较缓慢 随着科学技术的进步 人们防灭火观念的 转变 特别是发现卤代烷灭火剂对大气臭氧层有破坏作用以及1 9 8 7 年 关于消耗臭氧层 物质的蒙特利尔议定书 签署之后 细水雾灭火技术作为哈龙主要替代技术之一得到各 界的关注和青睐 细水雾灭火技术在2 0 世纪9 0 年代才得到飞跃性地发展 1 9 9 6 年 在美国的马萨诸塞州波士顿市美国消防协会每年5 月的年会上 细水雾灭 火系统技术委员会提交了细水雾灭火系统标准 并获得美国消防联合会的批准 并于同 年7 月1 8 日颁布 8 月9 日开始实施 7 月2 6 日 9 6 版nf p a7 5 0 被批准为美国国家规范 这是世界上第一本细水雾灭火系统的设计安装规范 而且是一本性能化的规范 它的出现 进一步推动了细水雾灭火技术的深入研究 也预示着细水雾应用将进入 个新阶段 美国从2 0 世纪7 0 年代就对该项技术进行了研究并已开始推广应用 芬兰m a r i o f f 公司 自1 9 9 1 年开始研制高压单相水雾灭火系统 以取代载人船舶上安装的灭火设备 已在海 军和民用部门大力推广应用 澳大利亚p h i r e x 公司研制出f o g e x 系列高压水雾灭火系统 2 0 0 1 年前已有8 0 0 多套f o g e x 系统在世界各国的船舶 舰艇 高压变电站 电信设备等领 域应用 挪威的s p r i n k l e r h u s e t 公司开发了名为m i s t e x 的水雾灭火系统 并在国际上著 名的几家石油公司进行使用 德国的f o g t e c 公司也生产高压水雾灭火系统 已经被英国 靛j e u r o t u n n e l 公司采用 还有英国等国家也在该项技术上做了大量的研究工作 随着全球海上运输业的不断发展 船舶安全营运变得愈来愈重要 根据国际海难救 助协会的一项调查表明 自2 0 世纪8 0 年代以来 因船舶火灾爆炸造成海难事故的比重逐 年上升 年均增幅1 个百分点 现己达到3 0 造成船舶吨位年损失较6 0 年代翻了一番 超过6 0 万吨 特别是船舶机舱 易燃易爆物质比较集中 最容易发生火灾 事实也是如 此 为了保障船舶的安全营运 保障船员的安全 消灭火灾隐患 火灾自动监测及自动 喷洒灭火系统日益成为现代化船舶必不可少的组成部分 2 0 0 2 年7 月1 日生效的 s o l a s 公约2 0 0 0 修正案 中规定 5 0 0 总吨及以上的客船年d 2 0 0 0 总吨及以上的货船 如机舱的容 积超过5 0 0 m 3 应装设固定水基的局部灭火系统 用来保护主机和发电机的内燃机 锅炉 前部 焚烧炉 加热燃油净化器 而不需关闭发电机 撤离人员或对该处所进行封舱 机舱局部水基灭火系统就是细水雾系统在船舶重要部位灭火系统的应用 目前 国外船 舶配套厂已展开对机舱局部水基灭火系统的自动检测及自动喷洒 水雾 的研究 现在国 外己有几个厂家相继生产出相应的产品 女h s e m c o k a s h i w a y a o k 等品牌 已取得i a c s 成员的各家船级社的认可 我国2 0 世纪9 0 年代末开始进行细水雾灭火系统的研究开发和试验工作 并列为国 家 九五 科技攻关项目 其主要是参照美国nf p a7 5 0 标准并结合我国实际应用情况 开展各项研发工作 至此已经相继开发出相应的细水雾灭火系统 主要应用于陆地 自2 0 0 2 年7 月1 日 s o l a s 2 0 0 0 修正案 生效以来 国内的一些船舶配套厂与大学联 合研制开发基于细水雾灭火系统的机舱局部水基灭火系统 符合m s c 第6 6 8 和7 2 8 号通函 懈c c i r c 6 6 8 币n m s c c i r c 7 2 8 水雾喷头型式试验和水雾系统评价规程 和第9 1 3 号通 函 m s c c i r c 9 1 3 适用于a 类机器处所的固定式局部水基灭火系统认可导则 如大连海 天船用附件厂与大连海事大学共同开发出的船用高压水基喷雾灭火系统等 综合各船舶配套厂的产品 各有其特点 特别是在喷头的设计及试验方面已有所进 展 但在系统的设计开发 特别是在管系的水力学计算方面 还刚刚起步 由船舶火灾的特点以及燃烧的原理 我们发现用水雾灭火不但比较理想 而且也比 较经济 因为船舶火灾从根本上讲主要应依靠难船本身的力量加以施救 船舶上灭火系 统的设计正是基于这样一个单一的火灾理论 而且 由于现在船舶上特别是国内船舶上 还没有一套完整的用水雾灭火的智能火灾系统 国外的船舶即使有这样一个系统 价格 也是非常的昂贵 另外 火灾开始时总是在机舱 货舱或上层建筑的一个区域发生 只 要不失时机的扑救得当 一般情况下是依靠自身的灭火设施是完全可以把火扑灭的 而 水基喷雾自动灭火系统就是针对于机舱内的重点区域所发生的火灾所设计的 由此可以 看出研究这个课题的重要意义和必要性 1 3 水雾灭火特点及灭火机理 近年来 国际上掀起了研究水雾灭火技术的热潮 所谓水雾灭火 就是利用一定的 技术手段 产生一定颗粒直径 约几十到几百微米 一定空间分布的水雾 利用极细水 粒的热容量 蒸发潜热和减少空气中含氧量的能力 达到减弱火势或熄灭火的目的 细 水雾灭火技术以其不破坏大气臭氧层 灭火迅速 耗水量低 破坏性小以及适用于特殊 火灾 如计算机房 航空器火灾 的特点 在喷水灭火系统中占有极其重要的地位 甚至 可以部分取代卤代烷灭火系统 近年来 在国际上得到广泛的研究并受到专家 学者的 极大关注 水喷雾是什么 用一个比较简单的例子来说明一下水喷雾这个问题 人们可能都有这样的体验 在浓雾天长时间在室外行走 身上并没有淋湿的感觉 而衣服表面上仅附着一层细水的雾珠 这说明当雾的粒径很小时 雾珠只是附在物体表 面 对内部影响较小 具有较好的防浸渍效果 长时间暴露在雾中的物体 表面上会附 着一层水珠 并有滴淌的痕迹 但物体内部并无此现象存在 这说明当计算机等贵重设 备置于雾径很小的水喷雾环境中 其内部受水浸损坏的可能性很小 这个例子虽然简单 但是可以用来形象的理解水喷雾的灭火机理 美国消防协会 n f f a 把水喷雾定义为 在水雾喷嘴的最低工作压力下 水滴流量加 权累积容积分布的d v 小于1 0 0 0 微米的水射流 也就是说 水喷雾系统的耗水量比 传统的喷水灭火系统的耗水量要少得多 它是利用可进人火焰区域的小水滴来灭火的 现在 水喷雾 特别是细喷雾 灭火系统 尤其是作为哈龙 日c 0 2 系统的替代物 己在全球产 生了很大的影响 而且发展很快 己应用于许多特定的领域 水雾作为一种灭火手段 早在6 0 年代初 就由d j r a s b a s h 等提出来的 但一直未受 到重视 直到八十年代 世界性的环保意识增强 水雾灭火技术才被重新 炒热 目 前国外在这方面技术上领先的国家有英国 美国 加拿大 芬兰 挪威等 他们对细水 雾与多种类型火灾的相互作用进行了模拟的或全尺寸的实验研究及数值模拟 取得了一 定的进展 国内的一些科研机构 如公安部天津消防科学研究所等 对发展该项技术也做 了大量的工作 水喷雾用以下3 种方式灭火 冷却 细水液滴提供了较大面积的冷却 并能冷却炽热的烟气 有压力的水 雾还能助长水滴穿透火焰 遮断辐射热的传递 水喷雾的高密度及很快蒸发 产生高强度的吸热屏障 以遮断辐射热的传递 降低氧气浓度 水滴蒸发时约膨胀1 7 0 0 倍 从而降低了空气中的氧含量 抑 制了氧化反应的速度 总的来看 水喷雾灭火系统具有下列一些优点 资源丰富 水是 取之不尽 用之不竭 的天然灭火剂 易于获取和储存 优异的冷却能力 即来源于该系统产生的水蒸气所提供的较大麦面积的冷却 能力以及众多微小液滴封锁辐射热的能力 水利用自身吸收显热和潜势的自 动冷却燃烧 每公斤水自常温加热至沸点并完全汽化 将吸收大量的热量 其灭火时的冷却作用是其它灭火剂所无法比拟的 这种优势使消防人员能及 早进入火区灭火 窒息 水被汽化后形成水蒸汽为惰性气体 且体积膨胀1 7 2 5 倍 因此水在 灭火中被汽化为水蒸汽时将占据燃烧区的空间 排斥空气并窒息燃烧 水呈 喷淋或喷雾状态时 形成的水滴的比表面积大大增加 增强了水与火之间的 热交换作用 因此强化了灭火时的冷却和窒息作用 水呈喷雾状时 雾滴之间呈不连续的喷射状态 雾滴间混夹空气 因此能表 现出良好的电绝缘性能 可安全扑救油浸式电气设备火灾 水雾喷向液体时 由于具有较强的冲击作用 能搅拌液体的表面 使水溶性 易燃液体的表层稀释 燃烧迅速减缓 降低灭火的难度后在水喷雾的冷却窒 息作用下灭火 水喷雾的冲击作用可使非水溶性可燃液体的表层乳化 并在其燃烧性能明 显下降时在水喷雾的冷却和窒息作用下终止燃烧 水的有效利用率高 由于水喷雾系统用水很少 水喷损失少 水到处浇淌 尤 其是在含有毒性或易燃化学品的区城内流淌 的问题会大大减少 安全性 水雾不仅安全 其自身和在灭火过程中对生态环境没有危害作用 而且还可依靠冷却和洗涤空气改善火灾区域的居住适宜性 所以 它可以替 代哈龙和c 0 2 意外的c 0 2 泄放则会造成人员伤害 甚至死亡 烟雾洗涤的质量 某些烟雾和有毒气体会被雾化射流所吸收 并最终与 水一起沉淀 可以看出 水雾具有诸多的优越性 而且 细水雾灭火技术已成功地用来抑制油池 火灾 气相扩散火焰以及受限空间内火灾 对扑灭特殊火灾 如电器火灾 抑制预混火 焰的传播及防止爆炸也颇有效果 所以 水雾灭火是一种具有前途的实用灭火技术 国 外正大力研究和应用 但目前在我国应用还不够广泛 特别是船舶 应用更少 没有规 范的船舶水雾灭火设计方法 为此 我们适时地研制开发了船舶水基 水雾 灭火系统 该系统经过机械设备 电气控制设备 喷头的选型 管系的系统设计和布置 建立计算模型 用h a z e n i 1 1 i a m s 公式对管系系统进行计算 并在实船安装调试试验 表明其设计合理 功能齐全 工作 稳定可靠 符合i m om s c c i r c 9 1 3 适用于a 类机器处所的圃定式局部水基灭火系统 认可导则 及附录 固定式局部水基灭火系统试验方法 m s c c i r c 6 6 8 用于机器处 所和货泵舱的h a l o n 灭火系统的替代装置 m s c c i r c 6 6 8 的 关于1 9 7 4 年s o l a s 公约规 定的机器处所和货泵舱的等效水基灭火系统的认可指南 及附录a 附录b 1 9 7 4s o l a s 公约2 0 0 0 修正案 等的相关要求 产品设计指导思想产品设计开发的基本指导原则如下 1 满足相关公约 规范对船舶水基 水雾 灭火系统的各项性能要求 满 足船舶海上长期使用的环境条件 2 对被保护船舶a 类机器处所的主机和发电机的内燃机 锅炉前部 焚烧炉 加热燃油净化器发生的局部火灾实施抑制 而无需关闭发电机 撤离人 员 切断风机或对该处所进行封舱 3 合理选用现有的船舶水基 水雾 灭火系统的机械设备 电气控制设备 传感器和喷头 以实现标准化 降低成本 而且方便设备的维修 4 合理布置系统的管系系统 建立计算模型 用h a z e n w i l lj a m s 公式对管 系系统进行水力学计算验证 5 通过实船试验 验证所设计系统的可靠性和有效性 第二章船舶固定式局部水基 雾 灭火系统的基本功能 2 1 固定式局部水基 雾 灭火系统的要求 固定式局部水基 雾 灭火系统对被保护船舶a 类机器处所的主机和发电机的内燃机 锅炉前部 焚烧炉 加热燃油净化器发生的局部火灾实施抑制 而无需关闭发电机 撤 离人员 切断风机或对该处所进行封舱 2 1 1 系统的基本要求 2 1 系统应能手动释放 2 灭火系统的启动不应导致失电或使船舶的机动性降低 3 系统应能在风机运转著向保护处所输入空气的情况下 实施对火的抑制或通过系 统施放时自动切断风机的空气供给 以保证灭火介质不被吹散 4 系统应能即刻可用 并具有能连续供应水基介质至少2 0 m i n 的能力 以抑制或扑 灭起火 同时在这期间为主固定式灭火系统的施放做好准备 5 系统及其附件应设计成能承受船上通常能遇到的环境温度变化 振动 湿度 碰 撞 冲击 阻塞和腐蚀的影响 布置在保护处所内的部件应设计成能承受失火期 间可能出现的温度升高的影响 6 局部水基灭火系统的供水可由水基主压力水雾灭火系统提供 只要其能同时为两 个系统提供足够的水量和压力 局部水基灭火系统也可作为水基压力水雾灭火系 统的一个分区 只要其满足s o l a s 公约第1 i 2 1 0 条以及经m s c c i r c 7 2 8 修订的 m s c c i r c 6 6 8 的规定 且系统能与主系统相隔 7 系统的设计能力应根据相应于保护面积所要求的最大水量来确定 2 1 2 系统的布置 安装要求 3 2 1 2 1 受保护的高着火危险目标的保护范围的确定 1 对于作为主推进机械的内燃机 发电机所用柴油机 以典型的柴油机为例 当喷嘴垂直向下布置时 其保护范围应包括长 宽二个方向 保护区的长度为主机两端气缸顶部间的距离 如在其中一端设有废气透平增压器 则应 将其包括在保护长度范围内 保护区的宽度为自高压油泵外表面至废气透平增压器排气 出口外缘间的距离 当喷嘴以与垂向有一倾角状态布置时 其保护范围还应包括高度方 向 保护区的高度为 自高压油泵出口至柴油机气缸顶部之间的距离 2 对于锅炉 焚烧炉 保护范围为水雾能覆盖住所装设的燃烧装置 3 对于加热的燃油分油机 保护范围为水雾能覆盖住整个分油机 但不必包括加热器 212 2 喷嘴的有效覆盖范围的确定 喷嘴的有效覆盖范围应在最小和最大喷嘴与保护对象间隔距离下 以及最低和最高 工作压力下 通过按m s c c i r c 9 1 3 第3 3 1 条和3 3 2 条的试验并按下述方法确定 1 扑灭m s c c i r c 9 1 3 图3 3 2 所示a b c 项试验火情的喷水系统 按3 3 网格布 置喷嘴 有效覆盖范围为 灭火试验确定的保护区范围加上距该保护区四周长度为1 4 最大喷 嘴间距处所围成的框形面积 图2 1 中涂有阴影部分面积 1 4 最大喷嘴间距 图2 1 2 扑灭m s c c i r c 9 1 3 图3 3 2 所示c d e 项试验火情的喷水系统 按3 3 n 格 见 图2 2 布置喷嘴或2 2 网格 见图2 3 布置喷嘴 图2 2 3 3 n 格 图2 3 2 2 网格 3 对于使用单个喷嘴或一排喷嘴即可提供保护的系统 其有效的喷嘴覆盖范围 宽 度和长度 定为l 2 最大喷嘴间距 见图2 4 中阴影面积 喷 射 范 围 喷嘴 有效覆盖范围 1 2 最 大 喷 嘴 间 距 图2 4 21 2 3 喷嘴的型式 实船布置和工作参数 喷嘴的型式 实船布置和工作参数应保持与灭火试验所确定的值相一致 喷嘴 的布置应避免将水雾直接喷射到废气透平增压器 柴油机的进气口 发电机等不宜进 水部位 为避免遮挡物的阻挡而可能造成的对灭火效果的影响 或为避免将水雾直接 喷射到不宜进水部位 或为避开其它安装好的设备 经本社同意可以适当调整这类喷 嘴的位置 或通过增设附加喷嘴解决 2 1 2 4 喷嘴的安装角度 限于机舱布置 保护主机的局部水雾灭火系统的喷嘴 可以采用与垂直方向有 一定倾角的安装方式 但其保护范围应经规定的灭火试验验证确定 2 1 2 5 发电机组柴油机的保护 一般 每台发电机的柴油机应有自己的独立的局部水雾系统予以保护 这样 一 旦某台柴油机失火 在对其进行灭火保护时 可切断其燃油供给使其停机 与此同时 启动备用发电机 从而仍保持发电机组正常供电和无需要撤离人员 考虑到机舱布置 实际情况 发电机组的配置情况 经本社同意可以用一公共局部系统对发电机组的柴 油机组进行保护 但此时发电机组局部水雾灭火系统用保护水量应小于主机保护所需 水量 2 1 2 6 局部水雾系统可能对主机机动性降低的影响 目前 不强制要求柴油机接受局部水雾系统的喷水试验 但制造厂应确保主机能 满足m s c c i r c 9 1 3 附件的要求 鼓励柴油机制造厂对其典型产品用水雾枪进行台架模 拟试验 2 1 2 7 局部水雾系统可能对电气设备造成失电的影响 考虑i e c 和规范中对于机舱内电气设备防水性能要求 兼顾局部压力水雾系统喷水特 性 目前不强制要求对电气设备接受局部水雾系统的喷水试验 但制造厂应确保发电机 能满足m s c c i r c 9 1 3 附件的要求 在机舱中 位于固定式局部水基灭火系统所保护的区 域及其喷雾直接到达的邻近区域 见图2 5 的电气和电子设备至少应具有i p 4 4 防护等 级 位于上述规定区域之外水可能扩延到的邻近区域 见图2 5 的电气和电子设备 如 提供适合在这些区域中使用的证据 考虑到其设计和配置 例如进风口的位置 滤器和 挡板等能防止或限制水雾 喷雾进入设备 则可以使用较低的防护等级 g 一发电机d e n g 一柴油机 图2 5 固定式局部水基灭火系统保护区域示意图 2 1 2 8 系统的通风 m s c c i r c 9 1 3 附录规定 灭火试验期间应提供足够量的自然通风或强制通风 以保证在灭火试验期间起火位置处的氧浓度保持在2 0 体积浓度 以上 但附录对 灭火保护区应保持的风量 风压未作具体规定 考虑到附件的规定 系统应能在风 机运转并向保护处所输入空气情况下 实施对火的抑制或通过系统施放自动切断风机 的空气供给 以保证灭火介质不被吹散 因此局部水雾灭火系统制造供应商 应提 供所设计系统抵御风力干扰 避免通风对灭火能力产生影响的条件及相关资料和数据 局部水雾灭火系统制造供应商应与船舶机舱布置设计者及时沟通 以便合理地进行机 舱通风系统的布置 或确定在局部灭火系统施放时是否需要采用自动切断风机方案 2 1 2 9 系统的操作控制位置 系统的操作控制位置可以布置在保护处所之内能方便到达并不易被保护区内失火 隔断的位置处 操作控制位置也可布置在机舱集控室内 但是 当操作控制位置布置 在保护处所之内时 应在保护处所外易于方便到达之处布置能对局部系统进行紧急切 断的装置 机舱主灭火系统也采用压力水雾灭火系统时例外 2 1 2 1 0 动力源设备的布置位置 动力源设备可布置在保护处所内远离保护区的位置处 但对于采用高压气体驱动 的压