低压细水雾灭火系统在船舶机舱中的应用研究_周榕

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第 1 级: 体积百分容积分布曲线全部位于连 接 DV0. 10= 100 m 与 DV0. 90= 200 m 连线 左边的部分, 这是代表最精细的水雾。
收稿日期: 2011- 05- 05 修回日期: 2011- 05- 24 作者简介: 周 榕( 1965- ) , 男, 学士, 高级工程师。 研究方向: 船舶消防 E- mail: st ev cn5858@ sohu. com
其主要特点如下。 1) 水作为灭火剂其价格低廉、来源广泛; 灭 火所用水量小, 在相同的灭火时间内, 水流量仅为 水喷雾的 10% ~ 20% ; 2) 喷雾灭火后, 几乎无水渍残留, 对环境、保 护对象及人员均无损伤和污染, 是典型的环保型 灭火系统; 3) 细水雾喷射时, 可有效降低火灾中的烟气 含量、固体悬浮颗粒浓度及毒性, 能有效减少烟粒 对人体的损伤和提高人员逃生或救护时的能见度; 4) 细水雾具有优良的冷却作用, 可以有效避 免高温造成结构变形; 5) 细水 雾喷射 时, 具有 良好的 电气绝 缘性 能, 用于带负荷的电气设备安全性好; 6) 系统组合灵活, 应用范围广, 无论保护区 是开式的还是闭式的、是区域式的还是全淹没式 的, 均可采用。 机舱作为船舶的心脏部位, 其消防安全越来 越受到高度重视。针对上述细水雾灭火系统的特 点可以发现, 细水雾灭火系统很适合扑灭机舱内 所发生的油类初期火灾, 在人员不撤离的情况下, 就能快速启动系统, 从而达到早期扑灭或控火的 目的。2002 年 生效 的 国际 人命 安 全公 约 ( SOL AS) 规定: 500 t 位以上的客船和 2 000 t 级以上 的货船, 容积超过 500 m3 的 A 类机器处所均应 12 6
第 40 卷 第 5 期 2011 年 10 月
船 海工程 SH IP & OCEA N ENG IN EERI NG
DOI: 10. 3963/ j. issn. 1671- 7953. 2011. 05. 037
V ol. 40 N o. 5 O ct. 2011
低压细水雾灭火系统在船舶机舱中的应用研究
2) 泵组式。当系统接收到并确认火灾报警 信号后, 控制器同时发出打开有关阀门和启动泵 组的指令, 泵组从消防水罐中吸取淡水输送至管 路上的每个喷头, 再从每个喷头的喷嘴喷出细水 雾实施灭火。
在这两种型式中, 根据喷头所需的工作压力 可将系统分为三类。
低压系统( 工作压力 1. 21 MP a) ; 中压系 统 ( 1. 21 M Pa 工 作 压 力 3. 45 MP a) ; 高压系统( 工作压力 3. 45 MP a) 。 这些型式和系统还可设计成单相流系统或双 相流系统; 局部应用系统和全空间应用系统或分 区应用系统; 湿式系统或干式系统; 组合分配系统 或单元独立系统等。采用哪种系统主要视防护处 所的要求而定。 4. 2 低压细水雾灭火系统研究 从近几年细水雾灭火系统在船舶机舱中的应 用情况来看, 一般采用的都是泵组式的高压或中 压系统。主要是因为中、高压细水雾喷头比较容 易研制, 即喷头在高压或中压的情况下, 喷出的水 滴比较容易成雾, 即水滴直径 DV0. 90 小于 400 m。但高压或中 压细水雾 灭火系统, 需 要增设 高、中压泵组或瓶组从而达到提供压力水源的目 的, 需要过多地占用总体资源, 给船舶总体设计带 来一定的困难。 对于总体资源比较紧张的船舶来讲, 采用低 压细水雾灭火系统较适宜, 尤其是对于船舶机舱 内需要设计细水雾全空间应用系统时, 如果能利 用船上水灭火系统提供水源, 则能很好地实现集
舶机舱灭火系统。
4. 2. 2 阻塞试验 按照 MSC/ Circ. 1165 通函要求, 进行阻塞试
验, 在 0. 50 MPa 工作压力下试验情况见表 4、5。
如果要利用水灭火系统提供压力水源, 则最 不利点喷头的工作压力不可低于 0. 50 MP a, 基于 总体及系统 设计需求, 按照 IMO 的 MSC/ Circ. 913 认可导 则和 MSC/ Circ. 1165 通函中 的相关 要求, 开展了相关灭火试验等研究工作, 成功研制 出水滴直径 DV0. 90 小于 200 m , 最低工作压力 为 0. 50 MP a 的低压 细水雾喷 头。具体 情况如 下。 4. 2. 1 灭火试验
安装水基即细水雾灭火系统。
4 船舶机舱细水雾灭火系统设计
4. 1 细水雾灭火系统的型式及种类 细水雾灭 火系统根据动 力源划分为 两种型
式。 1) 瓶组式。当系统接收到并确认火灾报警
信号后, 控制器发出打开启动氮气瓶指令, 氮气迅 速开启高压储气瓶上的气动阀门( 该阀亦可手动 开启) , 使高压储气瓶中的高压气体经减压后充入 消防水容器, 压挤消防水容器中的淡水到管路上 的各个喷头, 再从喷头的喷嘴喷出细水雾实施灭 火。
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吸收大量热量并汽化, 在汽化的同时火场中的温 度迅速降温, 当燃烧物表面温度降至燃烧临界值 以下时, 热分解中断, 燃烧即告终止。
2) 窒息灭火。细水雾遇火迅速蒸发后形成 蒸汽, 其体积急剧膨胀 1 700 倍以上, 在燃烧物周 围有效地形成一道屏障, 导致氧浓度迅速降低, 最 后使燃烧产生窒息而熄灭。
表 2 舱底喷头 的灭火试验项目
火灾场景
试验燃料
模拟发动机底部中心处的 0. 5 m2 油盘火 船用润滑油
模拟发动机底部 4 m2 油盘火
轻柴油
表 3 柴油喷射火的基本参
火源 全锥形 油压/ 油流量/ 类型 油雾喷嘴 M Pa ( kg s- 1 )
油温 /C
名 义热 释 放率 / MW
低压
宽喷雾角 120 ~ 125
3 细水雾灭火的适应性分析
作为新兴的水消防技术, 细水雾灭火系统具 有气体灭火和水灭火的双重特性。该系统具有对 火灾报警反应速度快、耗水量低、火灾二次灾害损 失小、电绝缘性能 好( 可直接扑灭带 电设备的火 灾) 、抑制火灾蔓延等一系列优点。
从环境保护、灭火效果、安全性能、二次灾害 损失等方面比较, 细水雾灭火系统均远远优于传 统的气体灭火系统和水喷雾、水喷淋等灭火系统, 是卤代烷灭火剂理想的替代物之一。
1 细水雾的定义
在美国 NFPA750 标准中, 对细水雾做出了明确 的定义: 在最小设计工作压力下、距喷嘴 1 m 处的平 面上, 测得水雾最粗部分的水微粒直径 DV0. 99 不大 于 1 000 m。该标准既包含了水喷雾系统又包含了 普通喷淋系统产生的水雾。按照水雾喷射微粒的大 小及分布, 细水雾可分为 3 个等级, 见图 1。
周榕
( 中国舰船研究设计中心, 武汉 430064)
摘 要: 介绍低压细水雾灭火系统的灭火机 理, 阐述在船舶 机舱内设 置低压细水 雾灭火系 统的可行性 和 必要性, 并给出了低压系统的工作原理和较为可 行的系统设计方法, 认为 低压细水 雾灭火系统 在船舶行 业具 有广阔的应用前景。
关键词: 船舶机舱; 细水雾; 灭火系统
在模拟发动机顶部的低压水平喷射火
试验燃料 轻柴油
在模拟发动机顶 部中线 上斜向 上 45 低压 喷射火, 喷射到 1 m 远处一 根直径 为 15 mm 轻柴油 的直立管子上
在模拟发动机顶部的高压水平喷雾火
轻柴油
组合火情: 低压隐蔽水平喷射 火, 位于模拟
发动机侧面且喷 油口 距发 动机 端部 0. 1 m; 0. 1 m2 油 盘, 位 于 舱底 板 上并 靠 近 其内 边
第 3 级: DV0. 90 大于 400 m, 也就是第 2 级 细水雾分界线右侧至 DV0. 99= 1 000 m 之间的 部分。这主要由中压、小孔喷淋头、各种冲击式喷 嘴等产生的, 并且他们可以得到较大流量。这类 细水雾适于 A 类易燃物, 在某 些特定环境下, 也 可用来控制或扑灭 B 类火灾。
通常所讲 的细水 雾主要 是指第 1 级和第 2 级, 即 DV0. 90 小于 400 m 的水雾。目前国内外 大多数生产厂商生产的均是此类细水雾喷头。
2 细水雾灭火的机理
细水雾灭火系统的灭火机理主要有两种。 1) 冷却灭火。利用专用喷头, 从喷嘴中喷出 雾滴平均直径小于 400 m 的细水雾, 因为这种 细水雾比表面积和密度较高, 遇高湿火焰后迅速
1) 试验条件。 按照 IM O 的规定在 10 m 10 m 5 m 试验 间内进行实验, 试验间开有一个 2 m 2 m 的外 开门, 喷头按照 3 3 网格分布, 机器模型见图 2, 共进行了 11 种火情工况的灭火试 验, 具体见表 1~ 3。
图 2 发动机模型及火源布置
表 1 基本灭火试验项目 火灾 场景
轻柴油
一块( 30 cm 60 cm 5 cm) 与喷头轴线成
20 夹角的倾斜钢 板, 被上方 的低压油雾喷头 加热至 350 , 油雾喷头位于距钢板前缘 0. 5 轻柴油 m 处。当钢板温度达 到 350 时, 启动系 统。 在灭火结束关闭系统后, 油雾不应出现复燃
0. 5 m2 的油盘火, 油盘中心在发动机模型中 心线东侧 2. 75 m 处, 油盘上方设一 4 m2 的水 轻柴油 平挡板, 挡板距地面高度为 1. 0 m
低压细水雾灭火系统 在船舶机舱中的应用研究 周 榕
成优化系统、简化系统设计、减少总体支援的目 标。
目前国际上的低压细水雾灭火系统一般喷头 的工作压力为 1. 21 M Pa, 英国所研制的喷头最低 工作压力为 0. 70 M Pa。笔者所接触的科研项目 中水灭火系统的工作压力为不低于 0. 80 M Pa。
轻柴油
缘, 距模拟发动机端部 1. 4 m
隐蔽的 0. 7 m 3. 0 m 油 盘火, 位 于 排气 管中心线下方的舱底板上
轻柴油
从模拟发动机顶部油 盘溢出 0. 25 kg/ s 的 流淌火
轻柴油
隐蔽的中压( 4. 2 MPa) 水平喷射火, 位于模拟 发动机侧面且喷油口距发动机端部 0. 1 m
0. 8
0. 16
0. 01
20 5 5. 8 0. 6
中压 标准喷雾角 < 0. 6 M Pa
4. 2
0. 03
0. 002
20
5
1. 0
0. 2
高压
标准喷雾角 < 0. 6 M Pa
1 5.
0
0.
05
0. 002
20
5
1. 8
0. 2
试验中, 轻柴油采用 0# 柴油, 船用润滑油采 用 L T SA 68# 汽轮机油, 喷头的工作压力为 0. 5 M Pa。
图 1 细 水雾分级
第 2 级: 位于第 1 级喷雾界限以外, 但全部在 连接为 DV0. 10= 200 m 与 DV0. 90= 400 m 连线左边的部分。这 类细水雾可以 通过高压喷 嘴、双流喷嘴或许多冲撞式喷嘴产生, 因水雾中有 较大雾滴存在, 相对于第 1 级而言, 第 2 级要明显 增加耗水量。
2) 灭火试验结论。 上述试验项目中, 所用去的最长灭火时间是 8 m in 20 s, 满足 MSC/ Circ. 1165 通函关于所有 火情均应在灭火系统启动后 15 min 内将火扑灭,
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且不应出现复燃或火势蔓延的要求. 说明所研制
的细水雾喷头在工作压力不低于 0. 50 M Pa 时, 能够达到 IM O 规定项目的灭火要求, 可以用于船
中图分类号: U 664. 88
文献标志码: A
文章编号: 1671- 7953( 2011) 05- 0125- 05
1987 年国际环保组织签订的全球《关于消耗臭 氧层物质的蒙特利尔议定书》中, 明确规定禁止使用 卤代烷。为了寻求替代卤代烷的理想灭火剂, 一些 发达的欧美国家对细水雾灭火技术又重新进行了新 的研究与开发。经历了多年的理论探索以及应用性 试验研究后, 相继开发出多种类型的细水雾灭火系 统。1996 年美国制定了《细水雾灭火系统标准》。我 国在 90 年代末, 为了实现 2005 年停止生产 1211 灭 火剂, 2010 年停止生产 1301 灭火剂的国家目标, 也 开始了细水雾灭火技术的研发和试验工作。在国家 九五 科技攻关期间, 已顺利完成了细水雾灭火机 理的理论研究和原理样机的开发研究。 十五 期间 已开发出多种类型的细水雾灭火系统, 并在一些重 要的工程中得到了应用。
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