53800吨散货船消防管系系统设计.docx
《53800吨散货船消防管系系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《53800吨散货船消防管系系统设计.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
53800吨散货船消防管系系统设计
毕业论文（设计）
53800吨散货船消防管系设计
TheDesignofFireFightingSystemfor53800DWTBulkCarrier
学生姓名：
指导教师：
合作指导教师：
专业名称：
热能与动力工程
所在学院：
机械与动力工程学院
2014年6月
摘要
目前，随着我国经济、科技的不断发展，各种类型的船舶应运而生，技术含量也日益增高。
但是船舶舱室中一旦发生火灾，后果将不堪设想。
因此，船舶的消防管系设计应引起足够重视。
本文是根据《船舶设计实用手册（轮机分册）》和53800吨散货船的实际特点进行消防管系设计。
本次53800吨散货船消防管系设计设计中使用了水灭火系统、二氧化碳灭火系统以及压力水雾灭火系统。
首先对三种灭火系统进行原理设计，然后对相关泵、阀件及相关附件进行选型，并对相关泵的流量、压力，所需二氧化碳钢瓶数量等进行计算。
最后，完成53800吨散货船消防管系设计。
关键词：
散货船，水灭火系统，二氧化碳灭火系统，压力水雾灭火系统
Abstract
Recently,withthesustainabledevelopmentofChina'seconomy,scienceandtechnology,varioustypesofvesselshavebeencomingintobeing.However,oncefiredinthecabinoftheship,theconsequenceswouldbedisastrous.Therefore,theship'sfirefightingsystemshouldgetsufficientattention.Thispaperisbasedon"shipdesignpracticalhandbook（turbinevolume）”andactualcharacteristicsof53800DWTbulkcarrier.Inthisdesign,waterfireextinguishingsystem,carbondioxidefireextinguishingsystemandpressurewater-sprayingfireextinguishingsystemareselected.Firstofall,threefire-extinguishingsystems’principlesaredesigned.Then,associatedpumps,valvesandrelatedaccessoriesareselected.Thepump’sflow,pressureandtherequirednumberofcarbondioxidecylindersarecalculated.Finally,thedesignoffirefightingsystemof53800DWTbulkcarrierisfinished.
Keywords：
Bulkcarrier，Waterfireextinguishingsystem，Carbondioxidefireextinguishingsystem，Pressurewater-sprayingfireextinguishingsystem
第一章前言
1.1研究目的和意义
航运史上，船舶火灾造成的生命和财产损失是触目惊心的，所以防火与灭火对船舶安全具有极其重要的意义。
现如今随着我国经济的不断发展，科学技术在船舶领域的应用的不断加深，各种类型的船舶应运而生，技术含量也日益增高。
同时，随着船舶国际化运输的发展，水上运输日益繁忙，船舶防火安全形势也日趋严峻[1]。
所以，认真学习船舶消防安全工作尤为重要，切实做好船舶消防安全工作势在必行。
船舶消防的重要性和火灾的严重危害性已经引起了各国的高度重视，为此国际海事组织（IMO）组织制定了《国际海上人命安全公约》（SOLAS公约），井且各国对船舶消防设备及消防系统的要求均有严格的规定[2]。
本次53800吨散货船消防管系设计是对大学期间所学的专业知识及原理的拓展和延伸，在设计时需要综合应用所学的理论和实践知识，培养自学能力、分析问题和解决问题的能力，同时也可以加强对船舶管系的认识和了解，为以后的工作打下坚实的基础。
1.2国内外研究现状
目前船舶灭火系统的种类主要有：
水灭火系统；压力水雾灭火系统；气体灭火系统（二氧化碳和惰性气体）；泡沫灭火系统；干粉灭火系统等。
水灭火系统普遍用于扑灭起居处所、货舱、机舱等处的火灾。
水灭火系统除了用于扑灭火灾的作用外，还可以用于冲洗甲板、舱室和通道地板，起锚时冲洗锚链、锚链筒上的污泥，以及在夏季时喷淋甲板，避免由于阳光直射甲板而引起油舱内温度的升高。
水灭火系统是利用水的冷却作用来进行灭火的，主要是对木材、纸、布等易燃物品进行灭火，其灭火效果较好。
由于水会导电，且密度比油大，喷至油火上会激起油面飞溅，反而会助长火势，故水灭火系统不能用于油类及电气设备的灭火[3]。
二氧化碳气体的密度比空气大，因而下沉覆盖在燃烧物的表面，隔离空气，使燃烧窒息。
此外，由于二氧化碳液体在汽化时能够吸收大量的热量，因此还有冷却作用。
二氧化碳适于封闭舱室灭火。
一般使用其灭火的场所为干货舱、机舱、炉舱、油泵舱、煤舱、燃料油舱、油漆间、灯具间、邮件及行李舱等。
因为二氧化碳气体可以浸透极微小的缝隙，加之其在灭火之后无污损，且二氧化碳具有良好的绝缘性、可以长期储存而不变质失效等特点，故二氧化碳灭火系统适于灭电气设备、精密仪器、机械、油类的火灾[4]。
压力水雾灭火系统是利用一定的技术手段，产生一定直径（约几十到几百微米）的颗粒、一定空间分布的水雾。
利用极细水粒的热容量、蒸发潜热以及减少空气中含氧量的能力，从而达到减弱火势或熄灭火焰的目的。
压力水雾灭火技术以其灭火迅速、耗水量低、不破坏大气臭氧层、对设备破坏性小以及适用于特殊火灾（如计算机房、航空器火灾）的特点，在消防系统中占有极其重要的地位，甚至可以部分取代一些其他灭火系统。
近几年来，在国际上得到广泛的研究并受到专家、学者的普遍关注[5]。
1.3研究内容和方法
本文通过参阅各类书籍资料，结合大学四年所学知识，对53800吨散货船消防管系设计。
首先对三种灭火系统进行原理设计，然后对相关泵、阀件及相关附件进行选型，并对相关泵的流量、压力，所需二氧化碳钢瓶数量等进行计算。
最后，完成53800吨散货船消防管系设计。
第2章船舶灭火系统概述
2.1船舶火灾概述
2.1.1船舶引起火灾的原因
1．由于电气线路的绝缘不良或短路引起火灾。
2．由于油气积聚过多。
3．由于油料、油漆、木材等易燃物品保管不慎。
4．军用舰艇上武器弹药的保管不当。
2.1.2火灾的基本条件
1．具有可以燃烧的物质，如油汽、燃油、木材等。
2．温度达到燃烧点或者有引燃物。
3．燃烧所必须的助燃物质（主要指空气中的氧气）。
2.1.3防火与灭火的措施
1．冷却：
降低燃烧物的温度至该物质发火点以下。
2．窒息：
中断、隔绝燃烧所必需的氧。
3．稀释：
将保护燃烧舱室中的氧浓度稀释到燃烧无法继续进行的程度。
4．抑制：
通过灭火剂与燃烧产物的化学反应，阻止燃烧连锁反应的继续进行。
2.1.4灭火系统的主要种类
1．水灭火系统。
2．压力水雾灭火系统。
3．二氧化碳灭火系统。
4．泡沫灭火系统。
5．干粉灭火系统。
2.1.5灭火系统设计的主要原则
1．能迅速、有效地火火。
2．装置简单，使用方便。
3．货源充足，价格便宜。
4．灭火剂的毒性及其对机械的腐蚀性尽可能小。
2.1.6灭火系统的布局原则
1．全船任何一处失火，均能进行迅速地施救。
2．对机炉舱、货舱、油舱、厨房、灯具油漆间等应作重点防火保护。
3．交通要道上应布置水龙头。
化学喷射头的布置应能使系统所使用的灭火剂可以完全覆盖所保护的舱室。
4．系统应简单实用，便于管理、使用和维护。
凡化学灭火装置应集中控制。
5．设有机舱集控室或无人机舱的船舶，须设火灾自动报警装置。
6．消防用具和供应品应放置于指定地点，做到容易接近，使用方便。
2.2船舶灭火系统的选择
2.2.1机器处所固定式灭火系统
机器处所固定式灭火系统的配备如表2-1所示：
表2-1机器处所固定式灭火系统的配备
处所或部位
水灭火系统
二氧化碳灭火系统
泡沫灭火系统
压力水雾灭火系统
A类机器处所
v
任选一种
其他机器处所
机器处所内具有高度火灾隐患的区域
任选一种（局部固定系统）
二冲程主扫气箱
v
2.2.2货船固定式灭火系统
货船固定式灭火系统的配备如表2-2所示：
表2-2货船固定式灭火系统的配备
处所或区域
水灭火系统
二氧化碳灭火系统
泡沫灭火系统
压力水雾灭火系统
装货处所
v
v
密封滚装装货处所
任选一种
不能密闭的滚装装货处所
v
上层建筑区
终上所述，在本次53800吨散货船消防管系设计中，使用三种灭火系统：
水灭火系统、二氧化碳灭火系统、压力水雾灭火系统。
2.3本章小结
本章对船舶火灾进行了概述，如起火原因、灭火的主要措施；本章还对船舶主要灭火系统进行了概述，此外，根据相关规范对53800吨散货船所使用灭火系统种类进行了选择。
第3章水灭火系统设计
3.1水灭火系统简介
船舶水灭火系统，按船舶类型的不同而有不同的要求。
水灭火系统普遍用于扑灭货舱、起居处所、机舱等处的火灾。
水灭火系统除了可以扑灭火灾外，还可以用于冲洗舱室、甲板和通道地板，起锚时冲洗锚链、锚链筒上的污泥，以及夏季喷淋甲板，避免由于阳光直射甲板进而引起油舱内温度的升高。
各国规范和SOLAS公约等均对水灭火系统的装备和系统的安置提出了各种要求，它是保障船舶安全的极为重要的一个系统。
水灭火系统由消防泵、阀件、管系、消防水带、消防水枪、消火栓及国际通岸接头构成。
3.2水灭火系统的原理设计
本次53800吨散货船水灭火系统对全船进行布置，其原理图如图3-1所示：
图3-1水灭火系统的原理图
设置在机舱内的消防水泵通过蝶阀从海水总管吸入海水，然后通过截止止回阀经消防管路分别送至上平台、下平台、底层的消防阀处。
当然，本水灭火系统也可兼做冲洗甲板、锚链及甲板洒水、洗舱等，在使用时管路可将海水通过截止阀送至压载水扫舱喷射泵、舱底水喷射泵处。
舱底总用泵也与消防总管联通，作为备用泵。
另在船尾专门设有应急消防水泵间，由一台柴油机独立带动一台应急消防泵，应急消防泵从独立的海水门吸水，然后送入全船消防管系中，以供船舶失电或机舱失火而消防水泵无法使用时作为应急消防。
3.3水灭火系统的参数选择与计算
3.3.1消防泵配置
1．每艘船舶均应按要求配置独立驱动的消防泵。
2．压载泵、卫生泵、舱底泵或总用泵均可兼作消防泵，如果它们偶尔用于驳运或泵送燃油，则要装备合适的转换装置。
3．一般船舶消防泵数量按各国规范要求，可见表3-1。
表3-1消防泵至少配置数量
规范
货船（GT/t）
客船（GT/t）
<150
150~500
500~1000
>1000
<4000
>4000
CCS
1台（可由主机驱动）
1台（独立）
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
LR
1台（可用手动泵）
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
GL
1台（独立）
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
BV
1台（可由主机驱动，可用手动泵）
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
ABS
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
NK
1台（可由主机驱动）
2台（1台独立）
2台（独立）
由船级社专门考虑
SOLAS
应使主管机关满意
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
DNV
2台（1台独立）
2台（独立）
2台（独立）
3台（独立）
终上所述，消防泵的数量选取为2台（独立）。
3.3.2消防泵的排量和压力
1．SOLAS以及其他船级社对消防泵总排量
（m3/h）的规定如下：
（式3-1）
式中
——消防泵总排量（m3/h）；
qVB——每台舱底泵的计算排（m3/h）；
LPP——规定船长（最深分舱载重线两端的垂线间长度（m））；
B——船宽（m）；
D——型深（m）。
GL规范对每一消防泵的排量
（m3/h），规定如下：
（式3-2）
船舶消防泵的台数按SOLAS公约规定。
消防泵应为独立动力泵，压载泵、卫生泵、舱底泵或通用泵，如非经常用来抽输油类者，均可作为消防泵。
在客船上，船舶消防泵的排量应不少于指定供舱底抽输的全部舱底泵所需出水量的2/3。
在货船上，所需的各消防泵则应该能以合适的压力供给消防用水，其出水量应不少于同级别的客船，供舱底抽输的每一独立舱底水泵所需出水量的4/3，但货船所需各消防泵总排量不需要超过180m3/h。
综上所述，消防泵总排量
取值为180m3/h；每一消防泵的排量
取值为135m3/h。
2．SOLAS以及其他船级社对每台消防泵的最小排量
（rn3/h）的规定如下：
（式3-3）
式中
——消防泵总排量（rn3/h）；
nF——最少消防泵台数。
终上所述，每台消防泵的最小排量
取值为72m3/h。
3．消防泵压力
（式3-4）
所有消防泵（包括应急消防泵）的排出压力均可根据下式计算：
式中P1——在两台消防泵同时工作，经过消防总管通过规定的水枪，从任何相邻的消火栓输送确定的水量时，在所有消火栓上应维持的压力（MPa），如表3-2所示。
P2——静压力（MPa），以消防泵出口至一首楼甲板最远的消火栓的垂直距离计算；
P3——管内压力损失（MPa），计至首楼甲板最远的消火栓。
表3-2各消火栓应维持的压力P1（MPa）
规范
<1000t
1000~6000t
>6000t
SOLAS
应使主管机关满意
0.25
0.27
CCS
两股之间不小于117.7kPa（12m水柱）
ABS
两股之间不小于117.7kPa（12m水柱）
NK
不小于117.7kPa（12m水柱）
DNV
应使主管机关满意
GL
不小于117.7kPa（12m水柱）
LR
应使主管机关满意
BV
0.23
P3（MPa）可按下式计算：
（式3-5）
式中V——消防总管流速（m/s）；
dF——消防总管内径（m）；
g——重力加速度（m/s2）；
li——泵至消火栓各管段当量管长（m），（按管路阻力计算标准）；
——阻力系数，可按雷诺数、管子粗糙系数决定。
综上所述，可得出所有消防泵的排出压力PF（MPa）：
3.3.3应急消防泵
1．应急消防泵的设置同上文消防泵部分。
2．应急消防泵应为独立的、由动力驱动和自给引水的泵。
3．应急消防泵排量qVE（m3/h）：
（式3-6）
式中
——消防泵总排量（m3/h）。
如应急消防泵向机舱固定式泡沫系统供水，则它的容量还应满足此用途需要量。
4．应急消防泵驱动方式为柴油机、电动机和液压驱动3种。
常用电动机，当应急状态主电流切断时，能由应急电源供电。
5．应急消防泵如为柴油机驱动。
则：
在温度降至0摄氏度时的冷态下能用手摇曲柄随时起动。
若不可能做到或可能遇到更低气温时，则应考虑使用加热装置，并须船级社认可，以确保随时起动。
如人力起动不可行时，可允许采用其他起动装置。
这些起动装置，应能在30分钟内至少使柴油机驭动动力源起动6次，并在前10分钟内至少起动2次。
任何燃油供给柜所存的燃油，应能使一该泵在全负荷下至少运行3小时，在主机舱以外可供使用的储备燃油，应能使该泵在全负荷下再使用15小时。
6．应急消防泵的布置，应在船舶营运中可能遇到的纵横倾条件下其总吸头不超过4.5米，同时吸人管路的设计应使吸头损失减至最少。
7．应急消防泵及其动力源应布置在消防泵及其动力源处所的外部，且安全、易到达的处所，最好不要放置在与机炉舱相邻的舱室内，如过无法避免，则共用舱壁和甲板的防火结构应制成A60级。
8．通海连接件——消防泵及其动力源的布置，应保质2000GT及以上的货船，如任何一舱失火会导致所有消防泵不能使用时，则应有固定独立驱动的应急消防泵作为替代措施，该泵须能提供两股水柱，其排量不得小于消防泵排量的40%，且在任何情况下，不得小于25m3/h，并可以保证消防栓出口压力满足要求。
3.3.4消防泵的布置与控制
1．1000GT及以上的客船，当任一舱室失火时，所有的消防泵不能同时失去作用。
2．1000GT及以上货船（SOLAS规定为2000GT及以上、GL规定500GT及以上），如任何一舱失火会使所有消防泵失去作用，则应该使用固定独立驱动的应急消防泵作为其替代设施。
3．对不足1000GT的货船和客船（SOLAS规定为不足2000GT的货船以及不足1000GT的客船），消防用水的替代装置应使主管机关满意，通常用1台动力驱动的应急消防泵作为其替代装置。
4．为随时获得供水，消防管系应具有如下性能：
1）1000GT及以上的客船，至少要能从内部位置的任何消火栓上立即获得一股有效的水柱，并保证白动起动所需消防泵以实现连续的供水。
2）货船和不足1000GT的客船，其消防管系应能使主管机关满意。
3）在周期无人值班机器处所的货船上，应能立即从消防总管系统在适当的压力下供水，这可由驾驶室和消防控制站（如设有）遥控起动1台主消防泵或由主消防泵之一对消防总管系统始终保持压力，但对不足1600GT的货船，经主管机关同意可免除此要求。
3.3.5消防总管管径
CCS消防总管管径dF（mm）：
（式3-7）
式中LPP——垂线间长（m）。
对于货船：
50mm对于客船：
50mm终上所述，消防总管管径dF取值为125mm。
3.3.6消火栓
1．消火栓规格有40mm，50mm，65mm3种，可按不同的设置处所选取。
居住处所：
40rnm，50mm
外部处所、机器处所或有油类溢出危险的处所：
<1000GT船舶：
50mm
>1000GT船舶：
65mm，50rnm
终上所述，消火栓规格均取值为50mm。
2．每1只消火栓应由接扣和阀直接构成，以便在消防泵工作时，可以拆卸任何消防水带。
3．消火栓的数目和位置：
应至少可以将2股不是由同一消火栓射出的水柱（其中1股仅用1根消防水带）射至船舶在航行时旅客或船员经常到达的任何部分，以及任何滚装装货处所、空舱室的任何装货处所或任何特种处所，对于后者，2股水柱中每股应用1根消防水带可以射至上述处所的任何部分。
此外，位置较为靠近被保护处所的人口处应设有消火栓。
4．对客船的机器处所、服务处所和起居处所，当所有水密门和主竖区舱壁上的门均关闭时，消火栓的数目和位置仍应符合上述的要求。
5．在客船上，如以相邻的轴隧至A类机器处所下层位置设有通道，则应在该机器处所人门之外，但在其附近设置2只消火栓二如从其他处所设有此类通道，则应在那些处所中的一个处所靠近A类机器处所的人日处，设置2只消火栓，若轴隧或相邻处所不属于脱险通道部分，则不必考虑上述措施。
3.3.7消防水带
1．消防水带应由不易腐烂的材料制成，并具备足够的长度射出1股水柱至可能需要使用的任一处所。
2．对于客船，每只消火栓应全少备有1根消防水带，这些消防水带仅供火火或在消防训练和检验时试验火火设备用。
3．对于货船，消防水带数应配置如下：
1000GT及其以上的货船，所需的消防水带数目应为每30米船长配有1根（备用1根），而且总数应不少于5根。
此数目没有包括锅炉舱或机舱所需要的消防水带。
考虑到某些船舶特殊类型及其作业特点，可要求适当按需求增加所需的消防水带数目，以保证在需要是可以随时使用足够的消防水带。
4．长度：
SOLAS足够长度。
CCS足够长度。
ABS软管长度不超过23m。
BV，NK软管长度不超过20m。
LR，DNV软管氏度不超过18m。
GL软管长度不超过20rn；机器处所及锅炉舱不超过15m。
终上所述，消防水带根数取值为8根（备用8根），长度取值为15m。
3.3.8消防水枪
1．所有的水枪应该使用被认可且设有关闭装置的两用型式（水柱/水雾）水枪。
2．标准水枪口径应选择12mm、16mm和19mm或尽量与其相近，若经船级社同意后才可使用其他直径的水枪。
3．水枪、水带与消火栓的配合如表3-3所示：
表3-3消防水枪、水带和消火栓配合
水带直径/mm
40
50
65
水枪口径/mm
12
12
16
16
19
消火栓口径/mm
40
50
65
不同场所使用不同口径水枪，通常配置如下：
居住舱室、服务处所：
12rnm
外部处所、机器处所：
16mm
4．水枪流量
查图3-2，图中水枪前端压力
值等于消火栓压力
减去消防水带的阻力损失（每根水带阻力损失约29.4kPa）。
5．当水枪射程达到12米时，对应各种口径的水枪前端压力见表3-4。
水枪流量与前端压力的关系如图3-2所示。
表3-412m射程时水枪前端压力
水枪口径/mm
19
16
12
水枪前端的压力/kPa
108
118
127
图3-2水枪前端压力——流量关系曲线
3.3.9消火栓接头
消火栓、消防水带、消防水枪均应由各主管机关型式认可，国际上接头型式通常有以下几种：
“NOR”接头，“STORZ”接头，“SMS”接头及“Instantaneous”BSS336接头。
不论何种型式均应为快速接头。
我国消防快速接头用“STORZ”型。
3.3.10国际通岸接头
1．应备有使此项接头能用于船舶任何一舷的设施。
2．国际通岸接头的法兰尺寸，应符合表3-5所列要求：
表3-5国际通岸接头法兰的尺寸
升级会员 