CN115258081A - 一种液货舱灭火系统的设计方法及液化气船 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种液化气船液货舱灭火系统的设计方法，根据船舶上的透气桅的容积确定氮气的总需求量和释放管路的参数，通过释放管路将多个氮气瓶中的氮气输送至透气桅的出气口处。在释放管路上设置遥控阀组，在透气桅的出气口处设置火源探测器；在火源探测器的检测到火源时，控制开启遥控阀组，使释放管路释放氮气进行灭火。本申请从火源处喷射氮气进行灭火。通过遥控阀组与火源探测器的设置，能够精准灭火。并且通过透气桅的容积计算氮气的需求量，能够确保火源处完全被扑灭。根据透气桅计算释放管路的参数，使液货舱灭火系统能够安全灭火。解决液货舱的透气桅释放的液化气体被点燃产生明火的问题，避免液化气体运输船存在安全隐患的情况。
Description
技术领域
本申请涉及船舶建造技术领域，具体而言，涉及一种液货舱灭火系统的设计方法及液化气船。
背景技术
液化气体运输船的液货舱均应具有与货物围护系统的设计以及其所装载的货物相适应的压力释放系统。压力释放系统中的液货舱安全阀或气相管安全阀超过设定压力起跳泄压，易燃的货物气体将通过透气桅(又称透气管)直接释放到大气中，避免液货舱内压力得不到充分释放而导致液货舱变形或破损。
但是这种方式存在极大安全隐患：当液化气体运输船航行到雷暴区域时，随着船体的颠簸，液货舱内的液化低温气体容易产生压力使安全阀起跳泄压，此时极易造成一个或几个透气桅释放的液化气体被点燃，产生明火。由于透气桅高度较高，明火不易及时被扑灭。因此，液化气体运输船存在较大安全隐患。
综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种液货舱灭火系统的设计方法，其能够在透气桅区域发生火灾时，向透气桅快速注入氮气，扑灭明火，实现防爆和灭火功能的发明目的，保护船舶和船员的安全。
本申请实施例的第二目的还在于提供一种液化气船，包括上述液货舱灭火系统。
第一方面，如图1所示，提供了一种液货舱灭火系统的设计方法，包括以下步骤：
S1、利用船舶上的氮气发生机构获取氮气作为灭火气源，并将氮气输送至氮气瓶内进行存放。
S2、根据船舶上的透气桅确定氮气的总需求量和释放管路的参数，根据氮气的所述总需求量确定氮气瓶的数量，并通过所述释放管路将多个所述氮气瓶中的氮气输送至所述透气桅的出气口处。
S3、在所述释放管路上设置遥控阀组，在所述透气桅的出气口处设置火源探测器；在所述火源探测器的检测到火源时，控制开启所述遥控阀组，使所述释放管路释放氮气进行灭火。
S4、在灭火完毕后，使用所述氮气发生机构对所述氮气缓冲罐进行氮气补充。
在一种实施方式中，在步骤S1中，所述氮气发生机构生成的氮气先储存于氮气缓冲罐内，通过所述氮气缓冲罐将氮气灌装至多个所述氮气瓶内。
在一种实施方式中，在步骤S2中，先将每个所述氮气瓶分别通过饶性软管和单向阀连接汇合后，与所述释放管路连接。
在一种实施方式中，在步骤S4中，还包括，在所述释放管路上依次设有压缩空气快速接头，在灭火完毕后，通过所述压缩空气快速接头通入压缩空气，并使用所述压缩空气吹扫清理所述释放管路的出气口和所述透气桅是出气口。
在一种实施方式中，在所述释放管路上设置压力表及压力释放阀，在压力表测得的所述释放管路内部的压力值大于预定值时，打开所述压力释放阀，并将氮气释放至外部大气中，直至所述释放管路内部的压力值小于预定值后关闭所述压力释放阀。
在一种实施方式中，在步骤S3中，所述释放管路包括释放总管和多个释放支管，释放阀组包括多个遥控阀，多个所述氮气瓶通过所述释放总管汇总后，分别通过多个所述释放支管与多个透气桅的出气口连接，在每个所述释放支管上均设置一个遥控阀，并且在每个透气桅的出气口处均设置一个火源探测器；在所述火源探测器的检测到其中一个所述透气桅出现火源时，控制开启遥控阀组中对应的遥控阀，以释放氮气对所述透气桅进行灭火。
在一种实施方式中，在步骤S2中，所述确定释放管路的参数至少包括以下内容：所述释放管路的内径和所述释放管路的壁厚。
在一种实施方式中，根据透气桅的容积计算氮气需求量，根据氮气需求量确定氮气瓶的个数、所述释放管路的内径和所述释放管路的壁厚。
在一种实施方式中，在确定所述释放管路的壁厚后，对所述释放管路的壁厚进行核算。
根据本申请的第二方面，还提供了一种液化气船，包括多个透气桅，在透气桅的出气口设置如第一方面提供的液货舱透气桅的灭火系统，在透气桅自动排气并发生明火时，灭火系统进行喷射氮气灭火
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
在本申请的技术方案中，从火源处喷射氮气进行灭火。通过遥控阀组与火源探测器的设置，能够精准灭火。并且通过透气桅的容积计算氮气的需求量，能够确保火源处完全被扑灭。根据透气桅计算释放管路的参数，使液货舱灭火系统能够安全灭火。本申请能够解决液货舱的透气桅释放的液化气体被点燃产生明火的问题，避免液化气体运输船存在安全隐患的情况。
附图说明
图1是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法的流程图。
图2是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法中，液货舱灭火系统的连接示意图。
图3是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法中，释放箱体的主视图。
图4是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法中，释放箱体的右视图。
图5是本发明实施例的图4中的A-A剖面图。
图6是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法中，释放支管的结构示意图。
图7是本发明实施例的液货舱灭火系统的设计方法中，氮气发生机构的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、释放箱体；2、氮气瓶；3、瓶头阀；4、饶性软管；5、单向阀；6、释放总管；7、压缩空气快速接头；8、压力释放阀；9、压力表；10、遥控阀组；11、释放支路；12、透气桅；13、火源探测器；14、控制面板；15、给气空压机；16、氮气发生器；17、氮气缓冲罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本申请的第一方面，参见图1和图2，首先提供一种液货舱灭火系统的设计方法，包括以下步骤：
S1、利用船舶上的氮气发生机构获取氮气作为灭火气源，并将氮气输送至氮气瓶2内进行存放。
需要说明的是，选取氮气作为灭火的气源，一是因为在船舶上，氮气的制备和获取较为容易，并且氮气的灭火效果优。氮气瓶2采用氮气高压罐。
S2、根据船舶上5个透气桅12的规格确定氮气的总需求量和释放管路的参数，根据氮气的所述总需求量获取氮气瓶2的数量，并通过释放管路将多个氮气瓶2中的氮气输送至所述透气桅12的出气口处。
S3、在释放管路的出气口处设置遥控阀组10，在透气桅12的出气口处设置火源探测器13。将火源探测器13与遥控阀组10通信连接，在火源探测器13的检测到火源时，控制开启遥控阀组10，使释放管路释放氮气进行灭火。
S4、在灭火完毕后，使用氮气发生机构对氮气缓冲罐17进行氮气补充。
液货舱的透气桅12(又称透气管)的出口高度应高于露天甲板、安全通道、步桥6米或不小于船舶型宽/3，取大者。考虑透气桅12的高度较高，在使用现有的灭火设备进行灭火时会受到高度的限制难以及时灭火，因此根据本申请设计液货舱灭火系统，在透气桅12出现火源时，能够及时喷射氮气进行灭火。
在一种实施方式中，如图7所示，在步骤S1中，氮气发生机构生成的氮气先储存于氮气缓冲罐17内，再根据氮气瓶2的需求量输送至氮气瓶2内，通过氮气缓冲罐17的设置能够保证氮气充足。并在每个氮气缓冲罐17的出口设置单向阀5，以限制氮气的流向。
具体的，如图7所示，氮气发生机构至少包括给气空压机15、氮气发生器16和氮气缓冲罐17。给气空压机15用于向氮气发生机构提供新鲜空气。氮气发生器16用于分离空气中的其它气体成份，输出氮气。氮气缓冲罐17用于储存氮气发生器16制成的氮气。在氮气缓冲罐17上设置压力传感器和安全阀，压力传感器用于测量氮气缓冲罐17内的压力值，在压力值低于最小值时，氮气发生器16和给气空压机15自动启动，向氮气缓冲罐17内自动补充氮气。直至氮气缓冲罐17的压力值达到正常值时，氮气发生器16停止工作。安全阀用于在氮气缓冲罐17的压力值大于最大值时，将氮气缓冲罐17内的气体排出降压。
在一种实施方式中，在步骤S2中，通过释放管路将多个氮气瓶2中的氮气输送时，先将每个氮气瓶2分别通过饶性软管4和单向阀5连接汇合后，与释放管路连接。在饶性软管4与氮气瓶2之间设置瓶头阀3。
在一种实施方式中，在步骤S4中，还包括，在释放管路上依次设有压缩空气快速接头7。在灭火完毕后，通过压缩空气快速接头7通入压缩空气，并使用压缩空气吹扫清理释放管路的出气口和透气桅12的出气口。将燃烧灰尘、可能存在的残留可燃气体、氮气混合物等均吹除干净，避免残留在管道中，造成堵塞或者复燃。
在一种实施方式中，在释放管路上设置压力表9及压力释放阀8，在压力表9测得的释放管路内部的压力值大于预定值时，压力释放阀8打开，并将氮气释放至外部大气中，以减小压力，直至释放管路内部的压力值小于预定值后关闭压力释放阀8。防止释放管路内部的压力过大，造成损坏。
在一种实施方式中，在步骤S3中，如图2所示，释放管路包括释放总管6和多个释放支管，如图6所示，每个释放支管由多段钢管拼接后通过法兰11连接。释放阀组包括5个遥控阀，在每个氮气瓶2通过释放总管6汇合后，通过5个释放支管分别与5个透气桅12的出气口连接，在每个释放支管上设置一个遥控阀，并且在每个透气桅12的出气口处均设置一个火源探测器13。在火源探测器13的检测到其中一个透气桅12出现火源时，控制开启遥控阀组10中对应的遥控阀，释放管路对该透气桅12释放氮气进行灭火，能够实现精准控制火情。安装在控制室的遥控阀控制面板14通过控制管路分别连接到5个遥控阀，以控制遥控阀的启闭。
需要说明的是，遥控阀组10可以选取液压遥控阀组10、电动遥控阀组10或者气动遥控阀组10。
在一种实施方式中，在步骤S2中，确定氮气的总需求量包括以下内容：
根据透气桅12的容积计算氮气需求量，根据氮气需求量以及氮气的喷射时间确定氮气瓶2的个数。通过计算确定氮气的需求量，能够保证氮气充足，以使明火完全扑灭，并使着火区域快速降温，消除再次起火的隐患。
本实施例中，一共有5个透气桅12，编号分别为H-1100、H-1200、H-1300、H-1400、H-1500。
计算氮气的蒸汽比容：
Cp.＝0.799678+0.00293T(m3/kg) (1)
式中：
T为透气桅的防护区环境温度，24℃。
则氮气的蒸汽比容Cp.为0.87m3/kg。
计算氮气需求量：
Ge＝Ve×ε/Cp.×1.1 (2)
式中：
Ve为每个透气桅12的空间容积，29.97m3；
ε为每个氮气瓶2中的氮气浓度，48％。
则氮气需求量Ge＝29.97×0.48/0.87×1.1＝18.2kg。
计算氮气瓶2的数量：
Ne＝Ge/q (3)
式中：q为氮气瓶中氮气的容量。
根据每个氮气瓶2的容积VN为68L，在15MPa、20℃的条件下充装率η≤0.1747(单位为kg/L)，计算氮气瓶2中氮气的容量q为11.88kg。根据公式(3)计算氮气瓶2的数量Ne为1.53个。因此，选取氮气瓶2个数应大于等于2只。考虑到透气桅12属于敞开区域，因此需要保证至少10分钟的有效抑制时间，因此，如图所示，本实施例中选取氮气瓶2数量为3只，如图3至图5所示，并将3只氮气瓶2放置于释放箱体内。
在一种实施方式中，在步骤S3中，释放管路的规格至少包括：释放管路的内径和释放管路的壁厚。具体计算内容如下：
在对每个透气桅12的释放管路的管径选择时，需考虑最大流量的透气桅12接管作为选用标准。H-1100、H-1200、H-1300、H-1400、H-1500透气桅12区域实选3个氮气瓶2，其对应释放管为设计流量的最大的区域。获取设计喷洒时间t＝10min，计算所需的最小管路内径D为：
式中，Q为对应的设计流量，kg/s。
最小管路内径D为8.8mm。同时，考虑安全余量和现场安装的便捷性，释放管路的管路内径选取15mm。根据国标对照查找后，拟选用钢管、外径为
壁厚为3.5mm。
在一种实施方式中，在步骤S3中，完成释放管路的参数选取后，对释放管路的壁厚进行核算。
管路壁厚计算公式依据设计规范进行确认。304不锈钢允许应力K＝Re/A，其中Re为材料在常温下的最小屈服强度(可查表)。K＝Re/A≈114N/mm2，其中Re＝205N/mm2，A为安全系数，当屈服强度可查表获值时取1.8，如须通过试验获得时取1.6。不锈钢304、外径为
的钢管的壁厚t的核算如下：
t＝(t0+b+c)/(1-a/100) (5)
式中：
t0—系数，mm；
b—弯曲附加余量，mm；
c—腐蚀余量，mm；不锈钢管，视为特殊抗腐管系，c＝0；
a—负公差百分比,a＝10。
系数t0的计算如下：
t0＝p×D/(2K×e+p) (6)
式中：
p—设计压力,MPa,p＝15MPa；
D—液压管外径，mm；
K—允许应力，N/mm2；
e—焊接效率系数，e＝1。
弯曲附加余量b的计算如下：
b＝D×t0/(2.5×ρ) (7)
式中：ρ—弯曲半径，mm，ρ＝3D。
根据公式(5)、公式(6)、公式(7)计算得到的壁厚t＝1.7mm，选取的壁厚为3.5mm，选取的壁厚大于壁厚t。拟选用的304不锈钢管、Φ22×3.5的壁厚满足计算要求，可以使用设计压力为15MPa的系统中。因此，本系统选用内径为15mm、外径为22mm、壁厚为3.5mm的释放管路，满足要求。
如图2所示，液货舱灭火系统包括3个氮气瓶2，3个氮气瓶2罩设于释放箱本体1内，每个氮气瓶2上设有一个瓶头阀3，每个瓶头阀通过3个饶性软管4汇总后与释放总管6连接，在每个饶性软管4上设置一个单向阀5。在释放总管6上分别设有压缩空气快速接头7、压力释放阀8、压力表9。在释放总管6的末端连接5个释放支管，并通过5个释放支管分别与5个透气桅12的出气口连接。
根据本申请的第二方面，还提供了一种液化气船，包括多个透气桅，在透气桅的出气口设置如第一方面提供的液货舱透气桅的灭火系统，在透气桅自动排气并发生明火时，灭火系统进行喷射氮气灭火
综上所述，液货舱的透气桅出口高度应高于露天甲板、安全通道、步桥6米或不小于船舶型宽/3，取大者。由于透气桅的高度较高，发生明火后会因高度问题不能及时扑灭。并且考虑船舶上氮气获取较容易，并且氮气能够快速隔绝空气，因此，本申请考虑从火源处喷射氮气进行灭火，安全可靠。通过遥控阀组与火源探测器的设置，可实现远程快速开启液货舱灭火系统以及进行精准灭火。并且通过透气桅的容积计算氮气的需求量，能够确保火源处完全被扑灭。根据透气桅计算释放管路的参数，使液货舱灭火系统能够安全灭火。通过氮气发生机构的设置，能够实现实时补气，使补气更加方便、快捷。本申请能够解决液货舱的透气桅释放的液化气体被点燃产生明火的问题，避免液化气体运输船存在安全隐患的情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，包括：
S1、利用船舶上的氮气发生机构获取氮气作为灭火气源，并将氮气输送至氮气瓶内进行存放；
S2、根据船舶上的透气桅确定氮气的总需求量和释放管路的参数，根据氮气的所述总需求量确定氮气瓶的数量，并通过所述释放管路将多个所述氮气瓶中的氮气输送至所述透气桅的出气口处；
S3、在所述释放管路上设置遥控阀组，在所述透气桅的出气口处设置火源探测器；在所述火源探测器的检测到火源时，控制开启所述遥控阀组，使所述释放管路释放氮气进行灭火；
S4、在灭火完毕后，使用所述氮气发生机构对所述氮气缓冲罐进行氮气补充。
2.根据权利要求1所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在步骤S1中，所述氮气发生机构生成的氮气先储存于氮气缓冲罐内，通过所述氮气缓冲罐将氮气灌装至多个所述氮气瓶内。
3.根据权利要求2所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在步骤S2中，先将每个所述氮气瓶分别通过饶性软管和单向阀连接汇合后，与所述释放管路连接。
4.根据权利要求3所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括，在所述释放管路上依次设有压缩空气快速接头，在灭火完毕后，通过所述压缩空气快速接头通入压缩空气，并使用所述压缩空气吹扫清理所述释放管路的出气口和所述透气桅的出气口。
5.根据权利要求1所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在所述释放管路上设置压力表及压力释放阀，在压力表测得的所述释放管路内部的压力值大于预定值时，打开所述压力释放阀，并将氮气释放至外部大气中，直至所述释放管路内部的压力值小于预定值后关闭所述压力释放阀。
6.根据权利要求1所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在步骤S3中，所述释放管路包括释放总管和多个释放支管，释放阀组包括多个遥控阀，多个所述氮气瓶通过所述释放总管汇总后，分别通过多个所述释放支管与多个透气桅的出气口连接，在每个所述释放支管上均设置一个遥控阀，并且在每个透气桅的出气口处均设置一个火源探测器；在所述火源探测器的检测到其中一个所述透气桅出现火源时，控制开启遥控阀组中对应的遥控阀，以释放氮气对所述透气桅进行灭火。
7.根据权利要求1所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在步骤S2中，所述确定释放管路的参数至少包括以下内容：所述释放管路的内径和所述释放管路的壁厚。
8.根据权利要求7所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，根据透气桅的容积计算氮气需求量，根据氮气需求量确定氮气瓶的个数、所述释放管路的内径和所述释放管路的壁厚。
9.根据权利要求8所述的液货舱灭火系统的设计方法，其特征在于，在确定所述释放管路的壁厚后，对所述释放管路的壁厚进行核算。
10.一种液化气船，其特征在于，包括多个透气桅，在所述透气桅的出气口设置如权利要求1-9中任一项所述的液货舱透气桅的灭火系统，在所述透气桅自动排气并发生明火时，所述灭火系统进行喷射氮气灭火。
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