浅谈船用中压细水雾系统

■ 褚丽丽

通过南京消防器材股份有限公司设计的船用中压细水雾灭火系统在4 410 kW深水供应船的实际应用的案例，介绍了船用中压细水雾系统的性能特点、灭火机理以及设计原则，并对该系统的工作原理、系统组成、动作流程及控制方式分别进行了阐述。

0 引 言

很长一段时间以来，我国很多船舶都采用国外的消防系统，但是代价昂贵。由于各船级社对于船舶消防的规定愈发严格，许多船厂便将视线转向了国内的厂家。经过多年的努力，目前，国内的产品已经可以和国外产品相媲美。随着陆用中高压细水雾系统的逐渐普及，船用的中高压细水雾系统也蓬勃发展起来。以下介绍的是由南京消防器材股份有限公司设计的船用中压细水雾灭火系统。

1 细水雾技术对于船舶的意义

船舶火灾是船舶海难中较常见且危险性较大的一种事故，随着船舶吨位的增大以及自动化程度的提高，船舶无论在营运还是在修理中都会发生火灾，其又因扑救条件比陆上差，给国家和人民生命财产造成的损失也难以估量，被公认为最难扑救的火灾之一。水是最常用的灭火剂，但是一般的水喷淋灭火方式效率低下，用水量高，有二次水危害，尤其在船舶这个不能大量载水的特殊环境下危害更大。而细水雾灭火系统具有效率高，用水量少和应用范围广等优点，因此细水雾灭火系统对于船舶消防来说具有十分重要的意义。

2 船用中压细水雾灭火系统

2.1 灭火机理

细水雾灭火系统可对保护对象实施灭火，抑制火，控温和降压等多种保护方式，其灭火机理归纳为以下几点：

1）高效吸热。由于细水雾的雾滴直径很小，相对表面积较一般水滴大1 700倍，在火场中能完全蒸发。按照100 ℃水的蒸发潜热为2 257 kJ/kg计，每只喷嘴喷出的水雾吸热功率约为300 kW，可见其吸热率之高，冷却效果之强。

2）窒息。细水雾喷入火场后迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，排除空气，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡空气的吸入，当周围的空气浓度降到一定水平，火焰将被窒息，熄灭。

3）阻隔热辐射。细水雾喷入火场后，蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟雾笼罩，对火焰的辐射热具有极佳的阻隔能力，能够有效抑制辐射热引燃周围其他物品，达到防治火焰蔓延的效果。

4）浸润作用。颗粒大冲量大的雾滴会冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，到达灭火和防止火灾蔓延的目的。

5）乳化作用。当扑救油类火灾时，水雾冲击油品的表面，形成乳化层，一方面降低了油品的蒸发速度，另一方面由于水雾滴的单击搅拌作用能使可燃液体表层产生不燃烧的乳化层，起到了阻燃的作用。

在灭火的过程中，往往会有几种作用同时发生，从而有效灭火。

2.2 性能特点

1）用水量大大降低。通常而言常，规水喷雾用水量是水喷淋的70%～ 90% ，而细水雾灭火系统的用水量则通常为常规水喷雾的20% 以下，因此整个系统大大的减少了管材，降低能耗。

2）降低了火灾损失和水渍损失。对于水喷淋系统，很多情况下由于使用大量水进行火灾扑救造成的水渍损失还要高于火灾损失，而细水雾的用水量仅为常规水喷淋系统用水量的1/10，所以水渍的损失极小，对环境、保护对象、保护区人员均无损坏和污染，是环保型灭火系统。

3）减少了火灾区域热量的传播。由于细水雾的阻隔热辐射作用，有效控制火灾蔓延。

4）由于水雾滴的直径很小，喷雾时水呈不连续性，因此其具有良好的电气绝缘性能，根据公安部天津消防研究所委托天津市电力科学研究院进行细水雾喷头喷射雾束的交流电耐压性能试验，结果表明：雾束在220 kV、110 kV、35 kV 3种电压等级下不发生工频交流闪络（实验结果见表1）。所以细水雾灭火系统可以有效扑救带电设备火灾。

5）细水雾具有很好的冷却作用，可以有效避免高温造成的结构变形，且灭火后不会复燃；火场周围的环境温度低，便于救灾人员接近。

6）细水雾系统的水价格低廉，来源广泛，容易获取，灭火的可持续能力强；

7）细水雾蒸发后，体积膨胀而充满整个火场空间，细小的水蒸气颗粒极易与燃烧形成的游离碳结合，从而对火场环境起到降尘、净化效果，可以有效消除烟雾中的腐蚀性及有毒物质，提高能见度，减少烟尘对人体的损害，有利于人员的安全撤离。注：1.泵组。灭火时供水。2.试验阀。常闭，对泵进行检查试验时打开。3.选择阀。常闭，灭火时打开，使压力水流向失火区域。4.压力开关。水通过时动作，反馈信号到火灾报警灭火控制器。5.喷头。喷放细水雾，实施灭火。6.火灾探测器。探测火灾信号并传递信号给火灾报警灭火控制器。7.手动报警按钮。实现系统电气手动操作。8.声光报警器。提醒有关人员发生火情。9.分区显示盘。重复显示火灾报警信息。10.火灾报警灭火控制器。接收火灾信号并发出报警信号与灭火指令。11.水泵控制柜。实现水泵的启动。12.旁通阀。实现泵无负荷启动。13.溢流电磁阀（含溢流接头）。必要时配置，溢流多余的水流量。

表1 细水雾喷头喷射雾束的交流电耐压试验结果

图1 灭火系统示意图

2.3 适用场所

根据CCS通函有关局部水基灭火系统的保护对象、保护处所和保护区域含义的解释（SOLAS公约第II-2 章、MSC/Circ.913 附件）

1）保护对象（MSC/Circ.1120）。保护对象系指布置在 500 总吨及以上客船和2 000 总吨及以上货船上，总容积超过500 m3（含机舱顶棚在内）的A类机器处所内的用作主推进装置的内燃机；用作各类驱动动力源（如发电机、空压机、液压泵等）的内燃机；锅炉（包括蒸汽和热油锅炉）、焚烧炉、燃油型惰气发生器和燃油装置（如热油加热器、加热的燃油分油机）。

2）保护处所（MSC/Circ.1082）。保护处所系指安装有局部水基灭火系统的机器处所（MSC/Circ.1082）。用局部水基灭火系统保护的机器处所，是总容积超过500 m3（含处所顶棚在内）的A类机器处所。

3）保护区域（MSC/Circ.1120）。保护区域系指必须由局部水基灭火系统对保护对象提供覆盖保护的区域，保护区域可以是整个保护对象，也可以是其部分。分别为以下几个部分：a．对于作为主推进机械或发电机原动力的内燃机；b．对于锅炉、焚烧炉和燃油型惰性气体发生器；c．对于燃油装置（如热油加热器、加热的燃油分油机）。

2.4 船用细水雾灭火系统的结构组成

2.4.1 系统示意图（见图1）

该系统是由一套灭火装置对多个保护区实施消防保护的组合分配灭火系统。其系统设计用量必须满足最大保护区的消防保护需要。

2.4.2 系统控制方式及动作流程

1）系统控制方式。该系统具有自动启动控制、电气手动启动控制、应急启动控制3种控制方式。

a．自动启动控制。将火灾报警灭火控制器、水泵控制柜的控制方式均设为“自动”方式：系统即处于自动灭火控制状态，当保护区出现火情时，火灾探测器将火灾信号送往火灾报警灭火控制器，火灾报警灭火控制器发出声、光报警信号，同时发出灭火指令打开相应保护区的选择阀和泵组，向相应保护区喷射细水雾实施灭火。确认火灾扑灭后，按下火灾报警灭火控制器上的复位按钮，即可关闭选择阀和泵组，手动按下压力开关复位按钮，使系统恢复到伺服状态。

b．电气手动启动控制。当保护区人为发现火情时，可按下相应区域的手动报警按钮或火灾报警灭火控制器上的相应区的启动按钮，即可按预定程序启动灭火系统，释放细水雾，实施灭火。确认火灾扑灭后，复位手动报警按钮和火灾报警灭火控制器上的复位按钮，即可关闭选择阀和泵组。手动按下压力开关复位按钮，使系统恢复到伺服状态。火灾报警灭火控制器在自动状态下，具有电气手动控制优先功能。

c．应急启动控制。当保护区出现火情，火灾报警灭火控制系统失灵时，可手动打开相应保护区选择阀，再将水泵控制柜“手动/自动”选择开关置于“手动”位置，按下水泵控制柜上的启动按钮，即可向相应保护区喷射细水雾实施灭火。确认火灾扑灭后，按下水泵控制柜上的停止按钮关闭水泵，手动关闭选择阀，手动按下压力开关复位按钮，使系统恢复到伺服状态。

2）系统动作流程（见图2）。

图2 系统动作流程

2.5 主要设计原则

2.5.1 一般规定

根据MSC/Circ.913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中的规定，该灭火系统应能对A类机器处所中SOLAS公约第II-2 /7.7条所指定地区发生的局部火灾实施抑制，且无需关停主机，撤离人员，切断风机或密闭该处所。

2.5.2 定义水基灭火介质为混有或不混有能增强灭火功能添加剂的海水或淡水。

2.5.3 系统的基本要求

1）系统应能手动释放；2）系统的启动不应导致失电或使船舶机动性降低；3）系统应能即刻使用，并具有连续供应水基至少20min的能力；4）喷嘴的位置、型式和特性应在限定条件下进行试验，喷嘴位置的布置应考虑避开可能对灭火系统的喷射构成障碍；5）系统动力源的电器元件应至少具有IP54安全等级；6）系统管路的尺寸应通过液力计算确定，以保证获得系统良好工作性能所需的压力和流量要求；7）系统的设计能力应依据相应于保护面积所要求的最大水量来确定；8）为保证系统具有要求的流量和压力，应配置1套能对系统的动作进行试验的装置。

2.6 系统设计

以4 410 kW深水供应船机舱水基灭火系统设计为例，介绍船用中压细水雾的系统设计，本船入级中国船级社（CCS）。消防系统需要得到船级社审图师的认可，消防系统安装好后，需要得到验船师的认可方可投入使用。

2.6.1 设计内容

对4 410 kW深水供应船的4台主机、分油机和锅炉共6个保护区进行细水雾自动灭火系统工程设计。

2.6.2 设计依据

1）《国际海上人命安全公约》；2）由相关委托方或相关单位提供的相关设计条件；3）有关厂家的产品样本；4）IMO MSC.1/Circ.1387，IMO MSC/Circ.1165号通函及其两份修正案MSC.1/Circ.1237和MSC.1/Circ.1269；5）CCS最新规范。

2.6.3 设计条件

保护区参数，详见机舱布置图及总布置图。

2.6.3 设计说明

1）本船采用一套泵式中压细水雾组合分配自动灭火系统对6个保护区进行保护。2）设计采用局部保护灭火系统的灭火方式，即喷放细水雾来保护整个设备。3）灭火系统的控制方式为自动控制、手动控制2种。在保护处所之内和之外各布置一套系统的手动操作控制装置，并能在一处完成系统启动的全部操作。其中一套分散布置在机舱内各保护区附近离失火源部位5 m外的位置处，另一套布置在机舱保护处所外易于到达的位置处，可沿脱险通道采用集中设置的方式布置。当保护区有人时采用手动控制方式，当为无人场所时采用自动控制方式。4） 细水雾灭火系统的自动控制应在接受到两个独立的火灾信号后才能启动系统。5）对于组合分配系统，每个保护区或保护对象应设一个选择阀、每个选择阀上应设有对应保护区或保护对象的永久性铭牌。6）当保护区细水雾系统自动释放时，安装在驾控台的分区显示盘和安装在集控室的火灾控制器均能提供声、光报警，同时能够显示释放的区域。

2.6.4 计算

1）根据船级社的规范要求，保护区的参数，选择具有相应防护措施且不影响细水雾喷放效果的喷头，选择喷头型号。本船选用ZSXTC 60—9A型喷嘴，工作压力2.0~3.5 MPa，流量特性系数5.96，喷头安装最大间距2.5 m，应用高度范围0.5~2.0 m。

2）根据机舱布置图所示，布置各个保护区的喷头，按照最大保护区所需要喷头个数，计算系统用水量，选用水泵型号，根据计算本船选用3.5 MPa，175 L/min，11 kW的高压柱塞泵。此外，还应对系统进行水力计算，以确认水泵的流量和扬程是否满足要求。

3 结 语

由于船舶火灾具有自身的一些特点，比方说机舱的位置是在船体下部，热烟气无法顺利及时排出，热量不易散发，空间狭小，舱室升温很快，船体钢结构的耐火性能差，容易失去承重力；舱内结构复杂紧凑，内部障碍多，扑救难度大，所以船用中压细水雾灭火系统被广泛应用于新造、改造的船舶A类机器处所：如船舶机舱中的柴油发动机、柴油发电机、燃油锅炉、焚烧炉、燃油装置等设备的消防保护。

该系统具有对环境无污染，对人体无害和良好的灭火效能等特点，特别是作为“绿色”灭火系统，可达到环保要求，有很大的社会效益。