俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計探討

1 引 言

關(guān)于如何在艦船總體設(shè)計中保障彈藥艙的綜合安全性，是各國海軍十分關(guān)注的安全性設(shè)計問題之一。從目前所收集掌握的技術(shù)情報資料反映，國外相關(guān)設(shè)計單位從未停止對艦上彈藥儲存安全措施的研究工作，但是，此類試驗研究和設(shè)計更新多集中在如何改進(jìn)和提高噴淋、浸水效果和系統(tǒng)快速反應(yīng)方面。

近年來，隨著對俄羅斯相關(guān)設(shè)計資料的收集和掌握，我們注意到在俄艦上普遍設(shè)有彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)。按字面理解，對彈藥艙設(shè)氣體抑制系統(tǒng)似乎有悖常理，因此，圍繞著該系統(tǒng)的問題和爭議較多。本文旨在探討俄羅斯原設(shè)計思想，分析其系統(tǒng)組成和功能目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)和完善系統(tǒng)設(shè)計的初步方案建議。

2 俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)

2.1 前期抑制系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)

根據(jù)掌握的俄羅斯技術(shù)資料，對彈藥艙抑制系統(tǒng)的用途有這樣的文字描述：“可自動啟動的抑制系統(tǒng)用于防止未充分燃燒的可燃物和新鮮空氣混合后引起的爆炸，這些新鮮空氣是當(dāng)發(fā)生事故時從排氣蓋進(jìn)入彈庫的”。

彈藥艙的抑制系統(tǒng)包括帶有氣動啟動裝置的抑制劑瓶、氣動球閥、金屬護(hù)套軟管、電磁換向閥、壓力信號發(fā)送器、噴頭、壓縮空氣瓶、截止閥、截止止回閥及抑制劑輸送管路、填充管路、泄放管路和氣動控制管路。典型功能原理如圖1所示。

圖1 俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)典型原理圖

在系統(tǒng)中，其抑制劑通常采用與艦上常規(guī)氣體滅火系統(tǒng)通用的赫冬拉114B2(即哈龍2402)，抑制劑瓶的氣動啟動介質(zhì)和瓶內(nèi)的充壓介質(zhì)均采用壓縮空氣。

抑制系統(tǒng)的控制采用自動、遙控和手動3種方式，對系統(tǒng)的施放控制通?？稍?個部位實施，即：彈藥艙監(jiān)控部位，實施集中監(jiān)測和自動、遙控控制；彈藥艙門外，實施現(xiàn)場就地控制；抑制站，實施應(yīng)急手操控制。

2.2 新設(shè)計抑制系統(tǒng)的狀態(tài)變化

近年來，俄羅斯艦船設(shè)計部門在其出口產(chǎn)品的設(shè)計中，針對彈藥艙的氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計在技術(shù)狀態(tài)方面進(jìn)行了一些明顯的調(diào)整，其中主要反映在傳感器配置、抑制劑更新和艙內(nèi)噴頭布置3個方面。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計中，彈藥艙內(nèi)一般配置空氣溫度傳感器和氣壓傳感器。溫度傳感器主要用于實時監(jiān)測彈藥艙內(nèi)空氣溫度，當(dāng)溫度超標(biāo)時發(fā)出報警信號。氣壓傳感器主要用于當(dāng)彈藥艙內(nèi)大氣壓力和氣壓增速超過設(shè)定值時發(fā)出報警信號。據(jù)介紹，俄設(shè)計部門在為印度海軍的設(shè)計中，除配置上述兩種傳感器外，還在彈藥艙內(nèi)配置了火警傳感器。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計中，用于彈藥艙的抑制劑通常采用赫冬拉114B2。在其新型產(chǎn)品項目的技術(shù)文件中，用于彈藥艙的抑制劑采用了對臭氧層沒有破壞作用的赫冬拉227ea(即七氟丙烷)。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計中，氣體抑制系統(tǒng)的噴頭集中布置在彈藥艙的排氣蓋所在局部區(qū)域。在其新型產(chǎn)品項目的技術(shù)文件中，氣體抑制系統(tǒng)的噴頭除集中布置在彈藥艙的排氣蓋所在局部區(qū)域外，還在艙內(nèi)的一側(cè)或兩側(cè)均勻布置有更多數(shù)量的噴頭。如圖2所示。

圖2 俄羅斯新設(shè)計資料中的彈藥艙抑制系統(tǒng)噴頭典型布置圖

3 對俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計資料的技術(shù)解讀

3.1 系統(tǒng)設(shè)置的必要性

在傳統(tǒng)的概念中，彈藥就是各種類型的炸藥。炸藥的燃燒與一般可燃物不同，一般可燃物燃燒需要氧氣，而炸藥的分子或混合物中既含有可燃的碳元素和氮元素，又含有助燃的氧元素或氧化劑。因此，當(dāng)炸藥發(fā)生燃燒或爆炸時是不需要外界供氧的?；诖?，各國傳統(tǒng)的彈藥艙消防設(shè)計均采用噴水和浸水系統(tǒng)，其主要思想是利用水的冷卻、降溫和隔離作用，使艙內(nèi)彈藥避免因火災(zāi)(溫度)引起爆炸。

實際上，現(xiàn)代艦船所裝載的彈藥已遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的炮彈、水雷等僅含炸藥類危險物的火工品。隨著作戰(zhàn)需求的牽引和軍事技術(shù)的發(fā)展，彈藥的種類和其內(nèi)部裝填的危險介質(zhì)十分復(fù)雜，艦上彈藥艙內(nèi)的危險事故也遠(yuǎn)非炸藥爆炸這么簡單。例如：導(dǎo)彈和其它火箭助推武器的發(fā)動機液體燃料和推進(jìn)劑泄漏事故；彈藥轉(zhuǎn)運機械的液壓油泄漏事故；燃燒彈、照明彈等特種彈藥攜帶的固體可燃物散落等。對此問題的認(rèn)識，俄艦船消防設(shè)計部門似乎更加深刻，針對彈藥艙設(shè)置氣體抑制系統(tǒng)反映出其防險設(shè)計更加細(xì)致、周密。

在俄資料中，將艦上彈藥艙和儲存部位細(xì)分為三大類，10多種。其中，明確要求配置抑制系統(tǒng)的彈藥艙占三分之一。

3.2 系統(tǒng)功能目標(biāo)分析

從接觸的技術(shù)資料分析，俄彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)的設(shè)計最初主要用于當(dāng)艙內(nèi)發(fā)生事故觸發(fā)排氣蓋開啟動作時，通過在艙口處施放抑制劑，以防止外界空氣通過艙口進(jìn)入艙內(nèi)。從這個意義上講，該系統(tǒng)應(yīng)該稱為“氣體隔離系統(tǒng)”更加合適。但在其新的系統(tǒng)設(shè)計中，除將噴頭集中針對排氣蓋布置外，還在艙內(nèi)的一側(cè)或兩側(cè)均勻布置有更多數(shù)量的噴頭，如果再加上艙內(nèi)火警傳感器的配置，這樣的系統(tǒng)應(yīng)兼有“局部氣體隔離”和“全淹沒氣體滅火”的雙重功能。這種在設(shè)計細(xì)節(jié)上的變化反映出其設(shè)計指導(dǎo)思想的演變與更新。從預(yù)想的危險場景分析，彈藥艙的各種意外事故中至少有三類危險情況可采用氣體消防措施進(jìn)行事前抑制和初期控制，其一是艙內(nèi)耗氧可燃物液體泄漏或固體散落，但未發(fā)生燃爆；其二是艙內(nèi)耗氧可燃物發(fā)生明火燃燒；其三是艙內(nèi)可燃物發(fā)生氣爆，沖開排氣蓋后，外界空氣進(jìn)入艙內(nèi)與剩余耗氧可燃物接觸。

3.3 俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計存在的缺憾

對于兼有“局部氣體隔離”和“全淹沒氣體滅火”雙重功能的彈藥艙抑制系統(tǒng)而言，俄資料反映的系統(tǒng)設(shè)計尚存在一些缺憾，主要表現(xiàn)在雙重功能在時間控制要求方面的沖突和采用壓縮空氣對艙內(nèi)安全的副作用。

為保證對開啟艙口的氣體隔離作用，需要系統(tǒng)在保障隔離效果的基礎(chǔ)上盡可能延長噴射時間，一般為幾分鐘。為保障對艙內(nèi)的淹沒式滅火效果，要求系統(tǒng)應(yīng)盡可能縮短滅火劑的施放時間，一般為數(shù)10 s。由于采用同一組抑制劑瓶兼顧上述兩種功能，若抑制劑施放緩慢，則可能減緩和削弱對燃燒或爆炸的抑制效果；若抑制劑快速施放，當(dāng)隨后非可控氣爆發(fā)生時，外界空氣會因艙內(nèi)負(fù)壓進(jìn)入艙室，造成二次事故隱患。

由于俄系統(tǒng)設(shè)計中采用壓縮空氣對抑制劑瓶進(jìn)行充壓，在抑制劑施放的后期，勢必造成大量含氧空氣通過輸送管路進(jìn)入艙內(nèi)，這種設(shè)計可能會削弱安全保護(hù)效果，或為了克服壓縮空氣的負(fù)面影響額外增加抑制劑配量。

4 對俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)建議

鑒于對俄系統(tǒng)設(shè)計的缺憾分析，借鑒常規(guī)消防設(shè)計經(jīng)驗，特提出如下改進(jìn)建議：

1) 管路系統(tǒng)按功能分解，即在系統(tǒng)設(shè)計中針對“局部隔離”和“艙內(nèi)全淹沒”兩種功能分別配置相互獨立的功能設(shè)施。

2) 采用氮氣充壓和氮氣驅(qū)動，即采用填充壓縮氮氣的方式對抑制劑瓶內(nèi)的抑制劑進(jìn)行增壓，并采用壓縮氮氣實現(xiàn)對抑制系統(tǒng)的氣動控制。

3) 調(diào)整監(jiān)控方式，即主要采用火警信號，兼顧可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測的必要性和可行性，聯(lián)動控制全淹沒系統(tǒng)的施放；主要采用排氣蓋開啟信號聯(lián)動控制局部隔離系統(tǒng)的施放。

4) 取消輸送總管隔離閥，即圖1中的氣動球閥。因為，俄系統(tǒng)設(shè)計中，安裝在輸送總管上的氣動球閥在平時似乎沒有明顯隔離的必要，在緊急施放時反而多一個故障隱患。

5 結(jié)束語

艦船彈藥艙的綜合安全事關(guān)重大，具有俄羅斯特色的氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計從一個側(cè)面啟迪了我們的安全設(shè)計和研究思路，值得我們的反思和借鑒。但是，鑒于艦載彈藥的復(fù)雜性和氣體滅火效果的局限性，彈藥艙的氣體抑制系統(tǒng)并不能完全保證對彈藥事故的有效控制。就目前技術(shù)而言，對彈藥的消防安全措施仍然需要考慮以噴淋和浸水為主要手段，氣體抑制系統(tǒng)只能作為一種補充手段根據(jù)需要進(jìn)行配置。

[1] 鄭治仁. 液體推進(jìn)劑防火防爆問題綜述[J]. 中國航天, 2000 (2).