船舶固定式二氧化碳灭火系统设计实例

摘要：二氧化碳灭火主要是通过降低燃烧区域的氧气浓度，阻隔氧气与燃烧物的接触，同时吸收热量，降低火源周围的温度，从而达到灭火的目的。

中国船级社赖贵景

二氧化碳灭火主要是通过降低燃烧区域的氧气浓度，阻隔氧气与燃烧物的接触，同时吸收热量，降低火源周围的温度，从而达到灭火的目的。

计算

以下以某客滚船为例，计算该船机舱固定式二氧化碳灭火系统。

1、法规要求

根据《国内航行海船法定检验技术规则》要求，机器处所应备有足够的二氧化碳量，其释放的自由气体体积至少等于下列两者中的较大值：

（1）被保护的最大机器处所总容积的 40% ；此容积计算至机舱棚的一个水平面为止，在这个水平面上，机舱棚的水平面积等于或小于从双层底至机舱棚最低部分的中点处水平面积的40%。

（2）被保护的最大机器处所包括机舱棚在内的全部容积的35%。

（3）计算灭火剂必需的剂量时，启动空气瓶容积应换算成自由空气容积增加到机器处所的总容积中。作为替代，可以在安全阀上安装一个直接通向室外大气的排放管。

（4）二氧化碳自由气体的体积应以每1kg相当于0.56m³算。

（5）二氧化碳气瓶容器充装率应不大于0.67kg/L。

2、实船计算

机舱灭火所需二氧化碳量Q、二氧化碳瓶数N、二氧化碳总管D、喷嘴数量M的计算与选取。

（1）机舱灭火所需二氧化碳量Q ：根据机舱容积（2329m³）和空气瓶内含有自由空气量容积（40m³），计算得出机舱灭火需要1509.3kg的二氧化碳。

（2）机舱灭火所需二氧化碳瓶数 N 计算：本系统选用二氧化碳钢瓶容积为68L，取重装率为0.67kg/L，则每瓶二氧化碳重装量为45.56kg，计算中每瓶钢瓶的二氧化碳量按45kg计算。经计算，本船机舱二氧化碳灭火系统钢瓶数量为34瓶。

（3）二氧化碳总管内径D的计算：根据《国内航行海船法定检验技术规则》相关要求，可查看表 1 管内流通最大二氧化碳量得知，二氧化碳总量Q=1509.3kg，选取管子内径应不小于65mm。

由于本船二氧化碳系统为高压系统，其管路系统要满足相应的强度要求，《国内航行海船法定检验技术规则》对于二氧化碳系统钢管的最小壁厚做了相应的规定，详见表2二氧化碳系统钢管的最小壁厚。

因此，本船向机舱释放的二氧化碳总量Q=1509.3kg，需要选用二氧化碳总管内径D应不小于65mm，其管子内径按管子规格标准现取，施放分配阀以前的总管选用DN65(φ76×5.5mm)的无缝钢管，施放分配阀以后的总管选DN65(φ76×4.5mm)。

（4）喷嘴数量 M 的计算：本船单个喷嘴配有4个直径为8mm的喷孔，根据喷嘴总流通面积不小于二氧化碳总管流通面积，计算得出本船喷嘴数量为15个，其中，花钢板下布置 5 个，机舱棚（左 / 右）各 1个，机舱的其余位置布置8个。

船用固定式二氧化碳原理图及舱室布置

船舶固定式二氧化碳灭火系统由气瓶组、启动装置、分配阀、压力表、系统专用管路和喷嘴等组成。二氧化碳灭火剂经加压后以气液形式储存于二氧化碳钢瓶中，通过操纵瓶阀机构，二氧化碳经钢瓶阀件、管路、喷嘴喷射于被保护处所。施放到被保护处所的二氧化碳迅速气化，既排除舱内空气，又吸收部分热量。由于二氧化碳气体比重大于空气，故下沉覆盖燃烧表面，隔离空气使燃烧窒息以达到灭火目的。

根据上述计算及实船布置，可以绘制出如图1二氧化碳原理图和图2二氧化碳室布置图。

1、船用固定二氧化碳系统原理图

二氧化碳系统应满足相应的技术要求：

（1）本系统选用 45kg 的二氧化碳瓶共34瓶用于保护机舱；

（2）二氧化碳站室内应设置称重装置和二氧化碳灭火系统操作说明牌；

（3）完工后系统应进行气体压力不小于2.47MPa的功能试验,以检查施放机构工作是否正常；

（4）管路系统安装完毕后应用压缩空气对保护舱室作畅通性施放试验；

（5）机舱二氧化碳施放前应连续报警不少于20s ；

（6）被保护处所中所有排放管、附件和喷嘴应采用熔点温度超过925摄氏度的材料，管路及其相关附件应有足够的支撑；

（7）听觉报警应位于在所有机器工作的状态下，在整个被保护处所内都能被听见的位置，且应通过调节声压或声调使该报警与其它听觉报警区分开来；

（8）应采取措施以确保一套控制装置先开启安装在气体输送至被保护处所管路上的阀门，然后另一控制装置将气体从所储存的容器中排出。

2、二氧化碳室布置图

二氧化碳室布置应满足相应的技术要求：

（1）施放站室应设有与驾驶室或控制站直接联系的通信设施；

（2）遥控施放站门的开启钥匙，应置于有玻璃面罩的盒子内，该盒子应设在门销附近明显而易于接近的地点；

（3）备件箱内装称重装置及备件等；

（4）甲板的通风开口下缘应位于相应甲板以上不少于760mm，并均应设风雨密关闭装置；

（5）每排气瓶上应设有悬挂称重装置的横杠或其他装置；

（6）输送灭火剂至保护处所的管子上的控制阀应清楚地标明这些管子通往的处所；

（7）出入口的门应向外开启；

（8）应设有机械通风装置，用于排出处所底部的废气；

（9）除主照明以外，还应设有应急照明。

设计注意要点

1、铭牌

输送灭火剂至被保护处所的管子应设有控制阀，并应清楚地标明这些管子通往的处所。

为了人员的安全，在每一处所应备有指导该系统操作的说明书（如图 3 所示）。

2、喷嘴布置

灭火剂分配管路的布置以及喷嘴的设置应能保证灭火剂均匀分布；如在机舱内的花钢板下、机舱烟囱棚内设置相应的喷嘴（如图4所示）。

3、延时报警

对任何滚装处所、装有集成式冷藏集装箱的集装箱货舱、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，应设有释放灭火剂的听觉和视觉自动报警装置。听觉报警应位于所有机器工作的状态下在整个被保护处所内都能听见的位置，且应通过调节声压或声调使该报警与其他听觉报警区分开来。释放预报警应自动开启，如通过打开释放箱的门启动。报警所需的时间长短应为撤离该处所所需的时间，但是无论如何在灭火剂被释放前应不少于 20s。

当遥控释放站（如图1中V4所示）控制二氧化碳瓶头阀的控制气瓶开启后，控制空气经过延时器箱压力开关（如图 5 编号 3 部件），压力开关闭合，电子延时继电器（如图5编号2部件）开始计时，当达到预先设定的时间（一般设置40～60s，该设定时间可以调整），延时继电器会给高压电磁阀（如图 5编号 4 部件）一个电信号，使高压电磁阀打开，控制气瓶中的控制气体经过控制管路将二氧化碳气瓶的瓶头阀打开，从而将二氧化碳从气瓶中释放出来。

4、不应自动释放

不应采用自动释放灭火剂的装置，但对于人员无法进入的狭小封闭空间且采用对人体无害灭火剂的情况除外。

5、空气瓶的自由空气量

在计算灭火剂必需的剂量时，启动空气瓶容积应换算成自由空气容积增加到机器处所的总容积中。作为替代，可以在安全阀上安装一个直接通向室外大气的排放管。在计算自由空气量的时候，需要核实机舱内空气瓶的安全阀出口设置在什么位置。若安全阀出口位置设置在机舱内（如图 6 所示），则应将空气瓶容积换算成自由空气容积增加到机器处所的总容积中；若安全阀出口位置设置在机舱外（如图 7 所示），则可以不计空气瓶内的自由气体容积。

6、称重设施

应备有称重设施，以便船员能安全地检查容器内的灭火剂数量。应不必为此目的而将容器从其固定位置完全移开。对于二氧化碳灭火系统，应在每排气瓶上设有悬挂称重装置的横杠或其他装置（如图 1 中V13 和图 8 所示）。

7、舱室布置

当灭火剂储存在被保护处所外面时，则应储存在首部防撞舱壁之后的舱室内，且该舱室不作它用。这种储存室的任何入口应能从开敞甲板进入，并应独立于被保护处所。如果不能从开敞甲板进入，则位于甲板以下储存处所的位置不应低于开敞甲板下一层，并应能由梯道或梯子从开敞甲板直接进出。对位于甲板下或未设置从开敞甲板进出的出入口的处所，还应设有机械通风装置，用于排出处所底部的废气。通风装置应具有至少每小时换气6次的能力。出入口的门应向外开启（如图 2 所示）。在这种储存室和相邻围闭处所之间构成限界面的舱壁和甲板，包括门和关闭其任何开口的其他装置，均应为气密。舱室应视作控制站。

固定式气体灭火系统的控制系统，应能易于接近和操作简便，且应成组地安装于尽可能少的处所。该处所应有足够的照明，除主照明以外，还应设有应急照明。其所在的位置应不受被保护处所火灾的影响。

8、封闭管段安全阀的型式

如阀门的布置导致在管路区段内形成封闭管段时，在这些封闭管段上应设置压力释放阀（如图1中V9 所示），该阀的出口应通向露天甲板。

目前，船用固定式二氧化碳灭火系统中，封闭管段配备的压力释放阀主要有安全膜片式压力释放阀（如图 9 所示）、弹簧负载式压力释放阀（如图 10 所示）两种型式。

国际消防安全规则（International Fire Safety System Rules，FSS）中该条要求的主要目的是，当二氧化碳钢瓶中的气体意外泄漏至释放总管中，管内压力达到一定数值时，可通过泄放管上设置的压力释放阀进行泄压释放到大气中，保证释放总管内的压力正常。

近期，国际船级社协会（IACS）安全专业委员会经讨论后大多数成员认为，如果使用安全膜片式保护装置，当二氧化碳气体冲破安全膜片泄压后，膜片的保护功能随即失效，导致释放总管与大气直接连通，影响固定式二氧化碳灭火系统的设计功效；而弹簧负载式压力释放阀泄压后即“落座”，避免了释放总管与大气的直接连通。因此，安全膜片式保护装置不应视作FSS规则所要求的“压力释放阀”。

9、顺序操作

应设置两套独立的控制装置将二氧化碳释放至被保护处所，并确保报警装置的启动。首先，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，然后另一套控制装置应用于将气体从所储存的容器中排出。

上述控制装置应设计成能确保按照此顺序操作。这种顺序操作可以通过遥控释放站（如图1中V4所示）交叉手柄式机械互锁来实现，机械互锁的原理详见图11，只有阀1的手柄转过90°后，阀2的手柄才能动作。当打开阀1时，气瓶内的控制空气通过控制管路将气动释放阀（如图 1 中 V2 所示）开启；阀 1 打开后，解除阀2手柄的机械互锁，此时阀2才可以打开，打开阀2时，气瓶内的控制空气通过控制管路经过延时器（如图 1 中 V20 所示）的延时后，将气瓶（如图 1 中 V1 所示）瓶头阀打开，从而将二氧化碳释放到被保护处所。