消防水积聚对滚装船舶稳性和浮态影响研究

58卷第3期(总第223期)2017年9月中国造船SHBUILDnGOFCHINA(SerialNo．223)Sep．2017文章编号：1000．4882(2017)03—0183-08消防水积聚对滚装船舶稳性和浮态影响研究王洪贵，吴兆麟，张显库，于洋(大连海事大学航海学院，大连116026)摘要．为了分析消防水积聚对滚装船的稳性和浮态的影响，论文首先通过流体力学的基本原理，计算了单个排水管路的排泄能力，然后算出了不同数量排水管路堵塞情况下消防水的积聚情况，最后分别计算并分析了消防水积聚对船舶稳性和不同纵倾条件下的船舶浮态的影响结果表明：在各种初始条件下，消防水的积聚只会增加船舶的危险；尾倾时消防水积聚要比平吃水时更危险；尽管IMO已经有最新规定，但当消防艇介入滚装船火灾救援时仍然存在一定的风险论文对滚装船的火灾救援具有一定的实际意义。关键词：滚装船；消防水；稳性；消防艇中图分类号：U661．2文献标识码：A0引言早在1960年，一些船舶火灾预防的著作就提到过由消防水积聚所引起的船舶稳性问题L1J。1999年，英国消防与应急部门出版的一系列消防手册中对该问题进行简要介绍，也给出了一些预防措施L2J。2000年后，美国一些州属消防管理部门出版的消防材料中对该问题也进行了简要描述】。2005年，最早由DNV船级社单独针对滚装船火灾事故进行数据统计和技术分析，较为全面地统计了1990～2004年25起滚装船火灾事故【4】。后又在2016年，DNV-GL船级社对发生在2005～2016年的35起滚装船火灾事故进行了梳理和分析【5】，这两份报告均对于消防水对滚装船稳性影响给予了关注。2006年2月3日，埃及“萨德母”(MVALSalamBoccaccio98)号客滚船在红海海域沉没【6】；自此，消防水对滚装船的稳性和浮态影响的问题引起了广泛关注，相应的深入研究工作也陆续开展。由于目前针对该问题的研究大多集中在破舱稳性和甲板积水(WaterOnDeck)等方面[7-8]，很少有从流体力学角度出发研究积水聚集对稳性和浮态的影响。文献[6】仅就“萨德母”号客滚船在正浮状态下消防水积聚的影响做了简要计算，并未详细计算对稳性的影响值，也未考虑纵倾条件下消防水对浮态的影响。笔者在其基础上，比较全面地计算了消防水对船舶稳性和浮态的影响，对解决滚装船消防水带来的安全问题具有一定的实际意义。1滚装货舱排水系统对积水的影响滚装货舱的排水方式主要有消防管路排水、尾部舷侧的排水口排水以及应急手动泵排水等方式。收稿日期：2017—05．17；修改稿收稿日期：2017—07．25基金项目：辽宁省自然基金(2015020626)；中央高校基本科研业务费项目(3132015003)中国造船学术论文通常情况下，消防管路排水是主要排水方式。船舶在设计时，已经对消防管的排水能力给予了充分的考虑，应保证能够把水喷淋系统和消防水枪喷出的消防水及时排出。在灭火过程中，一些燃烧废物会随着水流，流向排水口，且积累到一定的量时就会造成管路的堵塞；如果多个管路堵塞，消防水随之大量积聚，给船舶安全带来额外的危险。为计算管路堵塞的影响，需计算管路的排水能力。根据流体力学的相关知识，单个消防管路的排水能力与其总压头有直接关系。关系如下：=hf+∑afhfi=0一vh=————一2g(2)(3)式(1)、(2)和(3)中，H为总压头，单位m；hf为沿程压头损失，单位m；厂为沿程压头损失系数；为管路总长度，单位m；v为过水断面的平均流速，单位m／s；g为重力加速度，单位m／s；D为管路直径，单位m；a为管路中第i种类型的局部压头损失元件(简称元件)的数量；h为第f种单个元件的局部压头损失，单位1TI；为第i种元件的局部压头损失系数，与管路的配置有关。船舶消防管路的局部压头损失类型通常包括阀门损失、弯道损失、入口损失和出口损失类型(共4种压头损失类型，类型数=4)，则：n∑afhf：aIh1+a2h2+a3h3+a4h4i=0(4)式中，a1为阀门元件个数，h1为单个阀门压头损失；a2为弯道个数，h2为单个弯道压头损失；a3为入口个数，h3为单个入口压头损失，4为出口个数；h4为单个出口压头损失。式(5)为计算沿程压头损失系数厂所采用的Colebrook等式；式(6)、式(7)分别为管流雷诺数、管路流量的计算式。2h(D+1P√，{lnl0Re：=—p——vD．—。¨(5)(6)Q=兀D。V(7)式(5)、(6)和(7)中，s为管路粗糙度，单位m；Re为管流雷诺数；P为海水密度，单位kg／m3／1为海水动力粘性系数，单位kg／(m·s)；Q为管路的流量，单位m／s。根据文献[6]的数据，L=5．5m、D=0．125m、e=0．003m、=0．0008kg／(m‘s)。每个管路阀门、弯道、入口和出口个