船舶固定式高压和低压CO2灭火系统技术要求差异化分析

第４７卷
２０１８年７月
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船海工程
ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
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Ｖｏｌ.４７
Ｊｕｌ.２０１８
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ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１８.Ｓ１.００７
船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统
技术要求差异化分析
侯金山
(中国船级社南通办事处ꎬ江苏南通２２６００６)
摘㊀要:介绍了船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统ꎬ分析其必须满足的技术要求ꎬ明确了高㊁低压ＣＯ２
灭火系统的技术要求的差异化ꎬ以使相关技术要求能在设计㊁施工和检验中能得以落实ꎬ从而保证系统的可靠性和稳定性ꎮ
关键词:ＣＯ２灭火系统ꎻ高压ꎻ低压ꎻ差异
中图分类号:Ｕ６９２.７㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１８)Ｓ１￣００３３￣０４
收稿日期:２０１８－０３－０７修回日期:２０１８－０４－０７
第一作者:侯金山(１９８１ )ꎬ男ꎬ学士ꎬ工程师研究方向:船舶轮机工程
㊀㊀船舶固定式高压ＣＯ２灭火系统作为满足«国际海上人命安全公约»要求配备的固定式气体灭火系统ꎬ广泛应用于各类船舶ꎬ以保护Ａ类机器处所㊁货物处所㊁车辆处所和滚装处所ꎮ国际海事组织和各船级社通过«国际海上人命安全公约»(以下简称«ＳＯＬＡＳ公约»)㊁«消防安全系统规则»(以下简称«ＦＳＳ规则»)和入级规范等对船舶固定式高压ＣＯ２灭火系统提出了详细而繁多的规定ꎬ以确保系统的可靠性和稳定性ꎮ近些年来随着船型的大型化和多样化ꎬ船舶固定式低压ＣＯ２灭火系统因较轻㊁占地面积较小和再充装时间较少等优势ꎬ在大型汽车运输船㊁大型滚装船㊁
大型集装箱船上也逐渐得以应用ꎮ然而ꎬ无论是设计人员㊁施工人员㊁检验人员很容易对固定式高压ＣＯ２系统和低压ＣＯ２系统的相关技术要求存在一定的混淆ꎬ文中通过对高压和低压ＣＯ２灭火系统的介绍和技术要求分析ꎬ以明确二者技术要求的差异化ꎮ
１㊀船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火
系统
１.１㊀灭火原理
船舶固定式高压ＣＯ２和低压ＣＯ２灭火系统
的灭火原理都是通过释放到被保护处所的ＣＯ２
迅速气化ꎬ排除舱内空气ꎬ吸收部分热量ꎮ同时由于ＣＯ２气体密度比重大于空气ꎬ下沉且覆盖燃烧表面ꎬ隔断燃烧三要素的氧气以达到灭火目的ꎮ
１.２㊀典型船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统基本构成
㊀㊀船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统主要由储存装置㊁分配系统㊁释放系统㊁报警装置等组成ꎮ
船舶高压ＣＯ２灭火系统是指ＣＯ２在常温下储存的灭火系统ꎬ高压ＣＯ２灭火系统的储存装置主要由ＣＯ２钢瓶组㊁瓶头阀等组成ꎮ船用ＣＯ２钢瓶规格一般为４０Ｌ㊁６８Ｌ等ꎬ充装密度为
０.６７ｋｇ/Ｌꎬ充装量分别为２６.５㊁４５ｋｇꎬ钢瓶设计压力不小于１５ＭＰａ[１￣２]ꎮ对于大型船舶ꎬ特别是当货舱需要采取ＣＯ２灭火时ꎬ系统所需ＣＯ２剂量较大ꎬ而由于每个钢瓶内ＣＯ２充装量有限ꎬ所需钢瓶数量较多ꎬ就需要较大面积的舱室来储存大量的ＣＯ２钢瓶ꎬ此时对于货船的布置就存在一定困难ꎬ经济成本也比较高ꎮ
低压ＣＯ２灭火系统是指ＣＯ２灭火剂在－１８~－２０ħ的温度下贮存的灭火系统ꎮ由于储罐
可以储存较大量的低温ＣＯ２ꎬ对于ＣＯ２量需求较大的大型船舶而言ꎬ低压ＣＯ２的配备ꎬ可以有效减少ＣＯ２储存空间ꎬ降低经济成本ꎮ[４]为了保证低压ＣＯ２的低温储存温度ꎬ低压ＣＯ２系统需要配备制冷机组ꎬ同时低压ＣＯ２储存罐需要进行一定的保温处理ꎮ
１.３㊀船舶固定式高低压ＣＯ２灭火系统释放过程
船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统释放
３
３
过程相似ꎬ无论是高压ＣＯ２还是低压ＣＯ２灭火系统都是首先打开ＣＯ２通往被保护处所的区域控制阀ꎮ高压ＣＯ２系统在打开区域控制阀后ꎬ通过驱动控制气瓶打开相应瓶数的瓶头阀ꎬ钢瓶内的ＣＯ２通过汇集总管㊁区域控制阀ꎬ通向被保护处所予以灭火ꎮ低压ＣＯ２灭火系统则是打开储罐上的主阀ꎬ通过时间㊁液位㊁流量等方式来控制ＣＯ２释放的剂量ꎬ储罐内的ＣＯ２通过主阀㊁区域控制
阀通向被保护处所予以灭火ꎮ[５]
２㊀船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火
系统的技术要求分析
㊀㊀船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统的技术要求在各大船级社规范㊁海事局法规中均有相应章节描述ꎬ但这些要求大多引用且以满足«ＳＯ￣
ＬＡＳ公约»«ＦＳＳ规则»为前提ꎬ因此ꎬ本文主要分析«ＳＯＬＡＳ公约»«ＦＳＳ规则»中的相关技术要求ꎮ２.１㊀配备要求
固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统的配备要求源自«ＳＯＬＡＳ公约»第ＩＩ章第１０条ꎬ 设有内燃机的Ａ类机器处所 ꎮ 总吨位１０００及以上的客船的货物处所ꎬ总吨位２０００及以上货船上的货物处所 需配备固定式灭火系统的要求ꎬ固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统作为一种选择被广泛应用ꎮ同时«ＳＯＬＡＳ公约»第１１章第１０条要求固定式ＣＯ２灭火系统应符合«ＦＳＳ规则»的要求
[６]
ꎮ
２.２㊀ＣＯ２灭火剂数量的技术要求分析
以某大型车辆运输船为例ꎬ该轮配备满足
«ＦＦＳ规则»要求的固定式ＣＯ２灭火系统ꎬ用于机舱和车辆处所的灭火ꎮ根据灭火区域的划分ꎬ该船共分为５个灭火区域ꎬ其中机舱为一个单独灭火区域ꎻ车辆处所共计１０层甲板ꎬ５甲板为水密甲板ꎬ７㊁９甲板为气密甲板ꎬ所以处所分为４个灭火区域ꎬ分别为１~４㊁５~６㊁７~８㊁９~１０ꎬ见图
１ꎮ
图１㊀某大型汽车运输船ＣＯ２火区域划分
由于每个区域的面积较大ꎬ需要的ＣＯ２量也
比较大ꎮ根据«ＦＳＳ规则»第五章第２.２节要求该轮ＣＯ２灭火剂数量需满足以下要求对车辆处所和机器处所对ＣＯ２灭火系统的要求ꎬ经计算各灭火区域所需的ＣＯ２量及释放阀的直径见表１ꎮ
表１㊀某大型汽车运输船ＣＯ２灭火剂数量计算表
灭火处所舱容/ｍ３
ＣＯ２/％ＣＯ２/ｋｇ释放阀直径/ｍｍ
机舱
含机舱棚７４４５３５４６５３ＤＮ１００不含机舱棚
６２３０
４０４４５０
ＤＮ１００货舱
区域１
(１~４甲板)
２６７９４
４５２１５３１ＤＮ８０区域２
(５~６甲板)２５３７０
４５２０３８７ＤＮ８０区域３
(７~８甲板)
１８８８２
４５１５１７３ＤＮ８０区域４
(９~１０甲板)
２０４３０
４５
１６４１７
ＤＮ８０
㊀㊀由表１可知ꎬ该船选择的ＣＯ２灭火系统所需的最小重量为２１５３１ｋｇꎬ如选择常用的高压ＣＯ２钢瓶组式的ＣＯ２灭火系统ꎬ则约需４７９瓶ＣＯ２(按每瓶装４５ｋｇＣＯ２计算)ꎬ需要一个非常大的ＣＯ２室来储存这些钢瓶ꎬ对于看重经济性的货船而言不合适ꎬ低压ＣＯ２灭火系统的性价比在此时就予以突显ꎮ
２.３㊀控制装置技术要求分析
«ＦＳＳ规则»中有关保护滚装处所㊁装有整体
式冷藏集装箱的集装箱货舱㊁由门或舱口进出的处所和通常有人员工作或进出的其他处所的ＣＯ２系统有关高压ＣＯ２和低压ＣＯ２控制装置的技术
要求一致ꎮ
１)设置两套独立的控制装置ꎬ以将ＣＯ２释放
至被保护处所ꎬ并确保报警装置的启动ꎮ一套控制装置应用于开启安装在将气体输送至被保护处所的管路上的阀门ꎬ另一套控制装置应用于将气体从所储存的容器中排出ꎮ应采取积极的措施以确保其按照此顺序操作ꎮ
２)两套控制装置应布置在一个释放箱内ꎬ在
该箱的特定部位应设醒目标记ꎮ如果装有控制装置的释放箱上加锁ꎬ用于开启箱子的钥匙应置于设有玻璃面板的盒子里ꎬ该盒子应置放在释放箱附近的明显位置处ꎮ
目前固定式高压㊁低压ＣＯ２灭火系统均配有
布置在一个控制箱内的控制装置ꎬ通过机械联锁
４
３
或电子联锁的方式ꎬ确保先打开通往被保护处所的区域控制阀ꎬ然后再打开瓶头阀(高压系统)或储罐上的主阀(低压系统)ꎮ
２.４㊀释放报警装置技术要求分析
无论是高压ＣＯ２灭火系统还是低压ＣＯ２灭火系统关于报警装置的技术要求ꎬ«ＦＳＳ规则»中的要求是一致的ꎮ对任何滚装处所㊁装有整体式冷藏集装箱的集装箱货舱㊁由门或舱口进出的处所和通常有人员工作或进出的其他处所ꎬ应设有释放灭火剂的听觉和视觉自动报警装置ꎮ报警所需的时间长短应为撤离该处所所需的时间ꎬ但是无论如何在灭火剂被释放前应不少于２０ｓꎮ目前配备固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统的船舶均在相应处所配备了报警灯柱ꎬ与此同时ꎬ报警时间不少于２０ｓ的要求ꎬ则是通过瓶头阀或储罐上主阀控制管路上的延时器来实现ꎮ
２.５㊀船舶固定式低压ＣＯ２灭火系统的附加技术
要求分析
㊀㊀船舶固定式低压ＣＯ２灭火系统由于其低温储存特性ꎬ相对于高压ＣＯ２灭火系统ꎬ需要增设制冷装置ꎬ同时由于低温储罐内ＣＯ２温度及压力又存在波动的可能ꎮ基于此ꎬ«ＦＳＳ规则»从低压ＣＯ２的制冷装置和低温储罐及附件２个方面提出了一系列的技术要求ꎬ以确保低压ＣＯ２灭火系统的可靠性和稳定性ꎮ
２.５.１㊀制冷装置的技术要求
为了确保低压ＣＯ２低温环境能得以保障ꎬ«ＦＦＳ规则»明确规定了低温储罐应设有２台专用的完全独立的自动制冷装置ꎬ每台制冷装置包括１台压缩机及其相关的原动机ꎬ蒸发器和冷凝器ꎮ同时当海水温度达３２ħ和环境温度达４５ħ时ꎬ每１台装置的制冷能量和自动控制应能在２４ｈ连续运转的情况下ꎬ保持所规定的温度ꎮ制冷装置的冷却水应由至少２台冷却水泵提供ꎬ其中１台为备用泵ꎮ冷却装置的配备ꎬ包含了２台压缩机㊁２台冷却水泵㊁２台蒸发器㊁２台冷凝器并需要根据环境温度变化频繁运行ꎮ这些配置要求无疑使低压ＣＯ２系统的经济成本增加ꎬ也同时是低压ＣＯ２系统最突出的劣势ꎮ
２.５.２㊀低温储罐及其附件技术要求
考虑到储存在储罐内ＣＯ２的温度的波动(－１８~－２０ħ)ꎬ而存在压力波动和蒸汽ꎬ«ＦＳＳ规则»对低压ＣＯ２储存罐从蒸汽空间以及压力安全阀方面提出了技术要求ꎬ以确保低压ＣＯ２储罐内的工作压力能够稳定在１.８~２.２ＭＰａꎮ目前船用低压ＣＯ２冲装率基本控制为９５％ꎬ装有可视液位计和压力表㊁温度表及传感器等ꎮ罐体上设有２只安全阀ꎬ当罐体内压力超过２.４５ＭＰａ时自动开启排除气体至大气ꎮ
３㊀结论
船舶固定式高压ＣＯ２灭火系统以常温㊁高压的特点ꎬ以及初期投资小ꎬ运行成本低的经济性广泛应用于灭火剂量需求不大的普通船舶ꎻ而低压ＣＯ２灭火系统则以储存量大㊁占地面积少㊁安装及充装灵活㊁安全性能高的特点被越来越多的对ＣＯ２灭火剂量需求大的汽车运输船㊁滚装船㊁大型船舶应用ꎮ无论是设计人员㊁施工人员㊁检验人员都有必要掌握船舶固定式高压和低压ＣＯ２灭火系统存在的具体差异ꎬ以确保相关技术要求能得以满足ꎬ保证系统的可靠性和稳定性ꎬ从而使船舶安全得以保障ꎮ
参考文献
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[２]ＩＭＯ.Ａｄｏｐｔｉｏｎｏｆａｍｅｎｄｍｅｎｔｓｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｄｅｆｏｒｆｉｒｅｓａｆｅｔｙｓｙｓｔｅｍｓ[Ｓ].Ｌｏｎｄｏｎ:ＩＭＯＰｒｅｓｓ.２００８. [３]卢永勇.低压ＣＯ２灭火系统的应用[Ｊ].江苏船舶ꎬ２０１４ꎬ２３(４):１９￣２１.
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[５]中国船级社.钢质海船入级规范[Ｓ].北京:人民交通出版社ꎬ２０１５.
[６]国际海事组织.国际海上人命安全公约２０１４综合文本[Ｓ].北京:人民交通出版社ꎬ２０１４.
(下转第４０页)
５３
２０１８年
７月卢炜:ＦＭＥＡ在ＤＰ船舶辅助系统现场检验中的应用船海工程
第４７卷
出的ＤＰ船舶指导意见和事故报告ꎬ更新«规范»第８篇第１１章的要求ꎮ
３)建议ＦＭＥＡ分析介入时间一定要早ꎬ检验单位在收到检验申请时如发现该船申请ＤＰ附加标志ꎬ应及时提醒设计院等相关方尽早进行ＦＭＥＡ的分析并送审ꎮ
参考文献
[１]中国船级社.钢质海船入级规范[Ｍ].北京ꎬ人民交通出版社ꎬ２０１５.
[２]ＩＭＯ.ＭＳＣ.１/Ｃｉｒｃ.６４５ꎬＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒＶｅｓｓｅｌｓｗｉｔｈ
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[８]沈锦康.动力定位船舶的ＦＭＥＡ介绍[Ｊ].江苏船舶ꎬ２０１０ꎬ２７(３):２６￣２９.
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＭＥＡｉｎｔｈｅＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆＡｕｘｉｌｉａｒｙＳｙｓｔｅｍｏｎＤＰＶｅｓｓｅｌ
ＬＵＷｅｉ
(ＮａｎｔｏｎｇＯｆｆｉｃｅｏｆＣｈｉｎａＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙꎬＮａｎｔｏｎｇＪｉａｎｇｓｕ２２６００６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂａｓｅｄｏｎｓｉｔｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｆｔｐｕｍｐｒｏｏｍｏｆａ５００００ｔｓｅｍｉ￣ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅｈｅａｖｙｌｉｆｔｖｅｓｓｅｌꎬｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｓａｎａｌｙｓｉｓ(ＦＭＥＡ)ｉｎｄｙｎａｍｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ(ＤＰ)ｖｅｓｓｅｌｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｆｕｒ￣ｔｈｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆ１１.２.５.１ꎬＣｈａｐｔｅｒ１１ꎬＰａｒｔ８ｏｆＣＣＳｒｕｌｅｓｗａｓｇｉｖｅｎꎬｓｏａｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｎｔｈｅｉｎｓｐｅｃ￣ｔｉｏｎｏｆＤＰｖｅｓｓｅｌ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｓａｎａｌｙｓｉｓ(ＦＭＥＡ)ꎻＤＰꎻａｕｘｉｌｉａｒｙｓｙｓｔｅｍｓ
(上接第３５页)
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＣＯ２ｆｉｒｅｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅꎻｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅꎻｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
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