火车运输船滚装区消防系统设计及应用

姚堂毅 陈朋 左小明 徐进初 蒋勇刚

摘    要：本文根据该船型特点和要求，介绍了该船消防系统的结构和组成，分析了系统的工作原理，阐述了滚装区消防系统的设计要点和消防监测系统的工作流程。

关键词：滚装船;火车运输;消防系统;设计要点;水喷淋

中图分类号：U664.88                              文献标识码：A

Design and Application of Fire-fighting System in

Ro-Ro Area of Train Carrier

YAO Tangyi， CHEN Peng， ZUO Xiaoming， XU Jinchu， JIANG Yonggang

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： According to the characteristics and requirements of the train ro-ro ship， this paper introduces the structure and composition of the ship's fire-fighting system， analyzes the working principle of the system， expounds the design points of the fire-fighting system in the ro-ro area and the work flow of the fire monitoring system.

Key words： Ro-ro ship; Train transportation; Fire-fighting system; Design points; Water spray

1     前言

根据运输货物的不同，运输船大致可分为：散货船、集装箱船、滚装船、油船、化学品船及客轮等六种。随着海上贸易的增多，引发船舶火灾的机率也不断增加，火灾事故的发生不仅造成大量的人员伤亡和财产损失，而且对海洋环境造成严重的污染。所以对船舶进行防火、防爆，特别是货船的防火问题已成为海上贸易的关键因素。

2     滚装船消防系统特点

火车运输船属于滚装船类别，其消防系统有：水灭火系统;CO2系统灭火系统;压力水雾灭火系统和高倍泡沫灭火系统等形式。一般滚装船多采用水灭火系统和高压水雾灭火系统相结合的方式。

船舶水灭火系统的要求根据船舶类型不同而各有差异。系统由消防泵、管系、阀件、消防水带、消防水枪、消火栓及国际通岸接头等组成，其具有相应速度快、瞬时、高效、自动化程度高、在一定时间内不受火灾影响等特点，广泛用于扑灭起居处所、货舱等处的火灾。

水灭火系统除了用于扑灭火灾外，还用于对甲板、舱室和通道地板的情况，以及起锚时冲洗锚链和锚链桶上的淤泥，在夏季还能喷淋甲板，防止因阳光直射甲板而引起油舱温度的升高。

各国的规范和SOLAS公约等都对水灭火系统的装备和系统的配置提出了各种要求，水灭火系统是保障船舶安全的一个极为重要的系统。

3     滚装区消防系统设计

滚装区消防设计需要考虑多方面的因素，需结合滚装的模式及船型的结构特点，针对性地进行消防系统设计及核算。包括：采用的消防方式;消防设备的布置;系统水量及喷淋数量的核算;系统控制方法;应急系统;货物摆放状态;以及结构稳性、受力区域等。

3.1   船型特点

本船为轨道车辆运输船，用于在美国和墨西哥之间航行的轨道车辆运输，船体结构示意图如图1所示。全船采用双层滚装模式并铺设铁轨，尾部设置双低速柴油机，采用双螺旋桨驱动，首部使用侧推辅助定位。

本船整体船长180 m、型宽38.6 m、總高约50 m，采用船尾滚装模式;机舱布置在尾部主甲板下，舯部底层为压载舱，上部为装载区;本船具有135节火车箱装载能力。

3.2   消防方式选择

根据本船结构特点和相关规范对货船固定式灭火系统的配备标准，本船消防系统选用水喷淋灭火系统与高压细水雾灭火系统相组合的形式。其中，水喷淋灭火系统用于滚装区域的消防控制;高压水雾系统用于机舱区域的消防灭火控制，其他位置布置消防栓进行防火覆盖。

3.3   消防设计要点

根据船型特点及消防方式选择，本船滚装区消防系统的主要形式分为：滚装区的自动水喷淋灭火系统;全船手动消防栓系统和消防炮灭火系统等。各系统的设计及布置按照分区控制、整体联动的原则进行规划。

3.3.1消防分区设置

本船滚装区长166.4 m、宽约38.6 m、整体面积约6423.04 m2。由于滚装区域面积比较大，根据相关的船舶消防规范要求，滚装区采用分区模式进行防火控制，共划分为八个防火分区，如图2和图3所示。其中：上甲板首部为No.1分区;主甲板上从船尾到船首的分区顺序依次为No.2～No.8分区。每个分区设置独立的总控蝶阀进行水量控制。

滚装区的消防探测系统，也按照分区控制的模式进行设计，每个分区的着火探测系统与对应的喷淋系统进行联动信号控制，分区之间互不影响。当一个区域产生火灾时，本区域喷淋系统动作进行喷淋灭火，其他区域喷淋系统不会发生误动作。

3.3.2  水喷淋灭火系统设计

（1）喷淋水泵及总管设置

本船自动喷淋系统设置3台供水泵，其中2台为独立水泵（每台按满负荷的50%进行供水），另1台由消防炮水泵兼作为备用，从而保证整个消防系统具有较大的裕量，以应对可能的突发情况。每台独立水泵流量为550 m3/h、压力为0.8 MPa;消防炮水泵流量为3 600 m3/h、压力为1.2 MPa。

根据规范对于防止机舱失火影响消防系统运作的要求，所有泵设备安装在首部设备间，防止由于机舱失火影响消防系统的运行。

人行通道布置在船体两侧，通道分上下两层。根据分区设置原则和层高的要求，喷淋总管设置在左舷通道上层，通径300 mm，通过蝶阀进行分区供水和控制。喷淋总管布置图，如图4所示。

（2）喷淋管路设计

喷淋管路布置图，如图4所示。火车装载区设置在船体中间位置，整个喷淋管路按照分区原则进行布置，每个分区通过主管与左舷的总管连接，总管通过首部设备间的喷淋水泵进行供水。

本船主甲板层高为6 000 mm、上甲板6 500 mm、火车车厢高度约为5 300 mm，为了保证喷淋效果，喷淋管不得设置过低，其距离顶部甲板不得超过600 mm，同时要满足喷水效用地面区域全覆盖的要求。

喷淋系统采用海水进行喷淋作业，管路设计的主要控制点如下：

① 通道布置消防总管需满足净层高≥1900的要求;

② 本喷淋系统属于干式系统，总管需设置末端泄放装置，以保证作业后排干管内残液;

③ 喷淋管路与电气管路设计采用分层布置方法，达到整齐美观;

④ 管路布置开孔需避开结构强力柱1200 mm范围;

⑤ 管子尽量平直，减少弯曲，避免压力损失过大;

⑥ 管子尽量避免穿结构开孔，无法避免时在穿孔位置设置拱形结构加强;

⑦ 该船运行路线存在较低温情况，末端喷淋管路设计时注意考虑管子的泄水性能，避免积水结冰破坏管路;

⑧ 管路设计时应考虑膨胀性能，在每超过20 m处需设置膨胀弯，防止管路热胀冷缩导致系统密封性能下降。

（3）喷淋头布置

滚装区分为上下两层：上层喷淋头较少，布置在上建底部区域;下层喷淋头较多，覆盖整个滚装区域。喷淋头的布置图，如图4所示。

喷淋头材质应能耐海上大气腐蚀。本船上甲板上建底部区域喷头，型号为TYCO-CJ63，材质SS316L，喷头末端高度距离顶部甲板600 mm;主甲板层喷头，型号为TYCO-CJ42、材质SS316L，喷头末端距离顶部甲板面370 mm。

喷头设置应注意避开复杂的结构和大梁，避免结构阻挡喷淋水。同时，喷头的三维建模设计要采用反向设计法：首先，根据船体结构背景，进行喷头的三维设计建模，把所有的喷头位置布置到位;然后，提取相关的设计参数提供给喷淋系统厂家进行核算及系统优化，最后确定喷头的数量及系统管路布置。通过反向设计可以提高设计效率，减少厂家的修改量和协调误差。

3.3.3通道消防栓系统设计

（1）水泵计算及布置

滚装区两侧的手动水消防栓，设置1台独立供水泵布置在首部设备间，满足规范关于喷水泵应位于远离任何 A 类机器处所的位置，且不应位于需要由该喷水器系统保护的任何处所内的要求。水泵设计流量为140 m3/h、压力为0.8 MPa。通过消防管路直接给各处的消防栓供水进行消防覆盖。

（2）管路设计及消防栓

本船右舷上层通道为主要应急逃生通道，因此通道的层高必须满足≥2 000 mm的要求。因此大部分消防主管和喷淋总管布置在左舷上层通道的侧壁及顶部，少部分消防管布置在右舷上层通道顶部，如图5所示。根据规范要求，消防总管直径应该足够有效分配从消防泵输送所需的最大出水量，对于货船则仅需满足140  m3/h的水量。一般消防总管直径D应不小于以下计算值：

（1）

式中：L—船舶首尾垂线之间的距离，m。

根据计算及各种因素综合考虑，确定本船消防总管直径为168 mm。本船通道的消防栓采用上中下三层设置模式，分别为上甲板、上层通道以及下层通道。三层通道均两舷对称布置，如图5所示。其中，下层通道布置共设置14个消防栓，采用内嵌式消防控制箱左右舷对称安装，消防栓出水口距离甲板面1400 mm;上层通道共设置8个消防栓，左右舷通道各4个，消防栓高度1 200 mm;上甲板共设计14个消防栓，两舷对称靠舷墙布置，消防栓距甲板高度1 200 mm、间距20 m。该设计可保证滚装区的所有位置能达到标准规定的消防覆盖要求。

3.3.4消防炮及管路设计

由于本船上甲板滚装区域尾部是开敞区域，只在首部上层建筑底部区域设有喷淋头进行喷淋覆盖。为保证除首部外其他滚装区域的消防安全，在本船上甲板另外设置有6门消防炮，分别安装在首部、中间位置风机结构顶部和尾部烟囱等主要位置，如图6所示。该消防炮流量为180 m3/h、射程为50 m、喷水角度可360°旋转，保证覆盖所有的滚装区域，消防炮由独立的管路系统和水泵进行控制，保证系统在紧急状态下正常及平稳的运作。

4    滚装区消防控制系统

本船滚装区消防系统涉及的阀门不多，对于联合自动控制的要求不高，因此消防阀门采用小部分电液联合控制、大部分手动控制相结合的方式，能夠实现对滚装区消防的灵活操作和控制，同时也能优化系统的管路布局。

整个控制系统由远程阀控柜、就地阀控箱、蝶阀、传感器和通讯电缆等部件组成：远程阀控柜作为信号监测装置，布置在上建控制室;就地阀控箱，安装在靠近阀门的位置，以提高系统的稳定性;计算机布置在集控室内，方便对各阀门的开启状态实现整体的实时监控。

4.1  系统控制原理

滚装区消防控制系统，如图7所示：当测控柜接收到火灾监测器监测到的着火信号时，将信号传递到集控室计算机界面进行显示;船员通过对比分析信号来源确定着火区域，通过远程控制信号驱动消防泵启动。每个分区的消防控制阀门具有定位功能，通过位置信号反馈阀门的开闭状态;所有管路的阀门启闭状态和舱室的消防情况，通过传感器信号反馈在控制显示器上。信号经测控柜和计算机对比分析，准确显示着火位置，保证消防系统及时启动，达到需要的灭火要求;消防系统的阀门具有自锁功能，阀门自锁时保持当前位置状态，所有阀门均可手动进行启闭操作。

4.2  系统设计及布置

本船阀门测控柜、消防泵等测控装置均设置在首部设备间内，各分区喷淋蝶阀的控制为就地手动开启模式，通过电气测控信号进行阀门开度监控。由阀门开度传感器和滚装区各个分区的监测信号相配合，利用火灾探测传感器的信号进行反馈控制，每个分区都设有若干探测头和感烟装置，保证所有位置都能被监测到位。所有的监测数据均通过集控室的计算机进行汇总计算，实时监控和显示报警位置。

5     结束语

本船消防系统设计，经船厂、船级社和设计院等多方研究并确定设计方案。该系统设计既能进行相互协调操作又相对独立，在单个防火分区内相对独立，在整个消防控制中又能进行联动协调控制;其整体操作性能需在后续的实船使用过程中进行检验，获得的设计经验能够为后续船舶的系统优化提供有益参考。

参考文献

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册 轮机分册[M].北京：国防工业出版社， 1999： 586.

[2] 梁益强，陈稣.浅析船舶消防的特点及设计要求[J].科学与财富， 2015 （07）： 184-184.

[3] 汪遠，梁俊，蔡振仲.细水雾. 开创船舶消防的新时代[J].水上消防， 2007 （6）： 42.

[4] 徐向文.智能船舶消防系统设计[J].中国水运，2008 （03）： 55+57.

[5] 殷平化，陈睿，安江波.提升船舶消防能力的研究[J].科技创新与应用， 2019， 270 （14）： 62-64.

[6] 杨小江.船舶消防水系统中消火栓间距的优化设计[J].中国科技纵横， 2013 （04）： 44-45.