噴氣燃料艙安全性設(shè)計(jì)

劉亞琴 潘錦平 董茂盛

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

噴氣燃料艙安全性設(shè)計(jì)

劉亞琴 潘錦平 董茂盛

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

噴氣燃料艙屬于高危險(xiǎn)性艙室。從噴氣燃料艙總體布置、安全監(jiān)控、噴氣燃料艙氣體惰化、隔離艙防爆通風(fēng)、氣體抑爆、噴淋及浸水7個(gè)方面對(duì)噴氣燃料艙的安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

噴氣燃料艙；防爆；安全性；設(shè)計(jì)；船舶

1 引言

現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)建造過(guò)程中，噴氣燃料艙越來(lái)越常見(jiàn)。由于噴氣燃料閃點(diǎn)低，易揮發(fā)，其揮發(fā)的油氣與空氣混合形成可燃性氣體，當(dāng)氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火就會(huì)引起燃燒和爆炸。另外，噴氣燃料在流動(dòng)、過(guò)濾、混合、加注、晃動(dòng)時(shí)，以及噴氣燃料艙在噴霧、噴射、沖洗等情況下，靜電負(fù)荷的積累也會(huì)引起燃燒和爆炸［1］?；趪姎馊剂吓搶儆诟呶ｋU(xiǎn)性和易爆炸區(qū)域，其安全性關(guān)乎船舶的生命力，噴氣燃料艙的安全性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2 噴氣燃料艙安全性設(shè)計(jì)保障

噴氣燃料艙的安全性保障除在燃料中添加抗靜電劑來(lái)抑爆外，還應(yīng)從總體布置和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。

2.1 總體布置

噴氣燃料艙一般按以下基本原則進(jìn)行總體布置。

1）噴氣燃料艙一般應(yīng)布置在主船體內(nèi)，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離機(jī)器處所和有較大失火危險(xiǎn)的服務(wù)處所，以及可能構(gòu)成著火危險(xiǎn)的機(jī)械和設(shè)備；

2）噴氣燃料艙周圍應(yīng)設(shè)置隔離艙，以便與其他艙室分開(kāi)［2］，但在與噴氣燃料泵艙、加油站和輔油料貯藏艙相鄰時(shí)除外。條件許可時(shí)，舷側(cè)應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)施；

3）噴氣燃料艙距任何熱表面距離應(yīng)不小于0.45 m；

4）噴氣燃料艙的形狀應(yīng)使其盡可能減少自由液面的影響，并應(yīng)采取措施以最大限度地減少靜電的產(chǎn)生；

5）噴氣燃料的靜電應(yīng)能傳導(dǎo)到船體；

6）噴氣燃料艙應(yīng)設(shè)置通氣管，管口伸向露天甲板并背向大功率輻射源；

7）固定噴氣燃料艙人孔蓋的螺栓螺母應(yīng)用不產(chǎn)生火花的材料制成；

8）管路穿過(guò)噴氣燃料艙或隔離艙時(shí)，應(yīng)采取措施保證與艙壁有相同等級(jí)的耐火完整性。

2.2 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

噴氣燃料艙消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、氣體惰化系統(tǒng)、隔離艙防爆通風(fēng)系統(tǒng)、氣體抑爆系統(tǒng)、噴淋及浸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)5個(gè)方面。整個(gè)消防系統(tǒng)和設(shè)施布置如圖1所示。

圖1 滅火設(shè)施布置圖

2.2.1 安全監(jiān)控系統(tǒng)

噴氣燃料艙的安全狀態(tài)由安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控［3］，安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要功能有以下幾點(diǎn)：

1）對(duì)噴氣燃料油氣和空氣混合形成的可燃性氣體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。當(dāng)被檢測(cè)油氣濃度達(dá)到或超過(guò)限定值時(shí)，設(shè)備可自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)或切斷油泵以確保安全。

2）對(duì)隔離艙的溫度變化實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)艙室溫度達(dá)到或超過(guò)限定值時(shí)，設(shè)備可自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員采取應(yīng)對(duì)措施。

3）對(duì)噴氣燃料艙內(nèi)大氣壓力及氧氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)氣體壓力或氧氣濃度達(dá)到或超過(guò)限定值時(shí)，設(shè)備可發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員采取應(yīng)對(duì)措施。

4）對(duì)噴氣燃料艙艙底水位高度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)液位高度達(dá)到或超過(guò)限定值時(shí)，設(shè)備可發(fā)出聲光報(bào)警，提醒操作人員采取應(yīng)對(duì)措施。

5）對(duì)浸水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在顯控臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示。

6）能夠提供浸水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、氣體抑爆系統(tǒng)遙控啟動(dòng)功能，并可在顯控臺(tái)上直接控制相應(yīng)設(shè)備的開(kāi)啟。

2.2.2 氣體惰化系統(tǒng)

向噴氣燃料艙加注噴氣燃料時(shí)，一般情況下噴氣燃料不會(huì)加注到滿艙，這時(shí)燃料艙頂部與液面之間會(huì)形成一定的空氣層，此空氣層的油氣含量一般都在爆炸下限以上，如果遇到明火、靜電火花或其他不安全因素時(shí)，會(huì)造成災(zāi)難性后果。為保證噴氣燃料艙的安全，需要對(duì)噴氣燃料艙內(nèi)部的空氣成份進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。大型油船的油艙等一般采取向油艙輸入含氧量極低的惰性氣體來(lái)抑爆［4］。將氮?dú)獾榷栊詺怏w注入到噴氣燃料艙頂部，使噴氣燃料艙的氧氣濃度保持在較低的水平，可實(shí)現(xiàn)噴氣燃料艙的阻燃、隔爆，確保安全［5］。另外，充注惰性氣體，有效減少燃料艙內(nèi)的氧氣濃度，可以減緩噴氣燃料的氧化速度，延長(zhǎng)燃料保存期限。氣體惰化系統(tǒng)一般情況下要保證噴氣燃料艙氧氣的體積濃度不超過(guò)8%。在正常作業(yè)中，噴氣燃料艙內(nèi)的壓力應(yīng)處于正壓狀態(tài)，這樣空氣無(wú)法進(jìn)入。由于噴氣燃料艙在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不停地進(jìn)行燃料的抽取與注入等工作，惰化控制方式建議可采用全自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)，即實(shí)時(shí)檢測(cè)噴氣燃料艙的壓力變化，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，同時(shí)應(yīng)具有手動(dòng)控制功能。惰性氣體系統(tǒng)至少應(yīng)能以船舶最大卸油率125%的速率（以體積計(jì)），向噴氣燃料艙輸送惰性氣體。

2.2.3 防爆通風(fēng)系統(tǒng)

①防爆風(fēng)機(jī)；②空氣格柵；③氣動(dòng)關(guān)閉閥；④出風(fēng)口；⑤抽風(fēng)口

隔離艙的防爆通風(fēng)設(shè)計(jì)主要是排除從燃料艙中揮發(fā)出來(lái)的含有油氣的空氣，一般要求是采用機(jī)械抽風(fēng)，自然進(jìn)風(fēng)。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖2。噴氣燃料隔離艙的換氣次數(shù)：抽風(fēng)為20～25次／h，進(jìn)風(fēng)10～15次／h。在自然進(jìn)風(fēng)較困難時(shí)，也會(huì)采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)的方法?？紤]進(jìn)出風(fēng)量的平衡，進(jìn)／抽風(fēng)次數(shù)可設(shè)計(jì)成相同。隔離艙的防爆通風(fēng)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)成獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，即它的進(jìn)／排氣口、通風(fēng)設(shè)備以及系統(tǒng)控制，均獨(dú)立于船上其他通風(fēng)系統(tǒng)。其風(fēng)機(jī)必須采用防爆風(fēng)機(jī)，并放置在隔離艙外。吸風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在可燃?xì)怏w可能積聚的地方且不產(chǎn)生死角；排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離熱源或者電氣設(shè)備的處所，并在其端口設(shè)置可拆卸的防火保護(hù)網(wǎng)，如銅絲網(wǎng)等［6］。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖2。

由于噴氣燃料揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的氣體主要是碳?xì)浠衔?，其分子式相?duì)于空氣而言較大，油氣一般會(huì)沉積在較低的區(qū)域，因此抽風(fēng)口一般布置在艙底，艙頂布置送風(fēng)口。風(fēng)口布置形式見(jiàn)圖3。

圖3 通風(fēng)口布置圖

2.2.4 氣體抑爆系統(tǒng)

氣體抑爆系統(tǒng)的作用是防止不完全燃燒產(chǎn)物與進(jìn)入被保護(hù)艙室內(nèi)的新鮮空氣混合而引發(fā)爆炸。抑爆系統(tǒng)通過(guò)噴入滅火劑，降低氧氣的濃度以改變艙內(nèi)氣體的爆燃值，并通過(guò)中斷燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)使燃燒停止。船舶上抑爆系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象為與噴氣燃料使用、輸送相關(guān)的艙室。當(dāng)該艙室油氣濃度達(dá)到危險(xiǎn)情況時(shí)，通過(guò)向相關(guān)艙室施放一定體積濃度的滅火劑氣體，使其氣相空間惰性化，從而達(dá)到抑制燃燒和爆炸的作用。滅火劑一般要求高效、低毒、無(wú)污染。國(guó)內(nèi)此類艙室一般選用鹵代烷滅火劑，如1211，1301［7］等。

2.2.5 噴淋及浸水系統(tǒng)

在有關(guān)區(qū)域設(shè)置水噴淋及水浸裝置，當(dāng)某區(qū)域的溫度探測(cè)器探測(cè)到溫度過(guò)高時(shí)，適時(shí)啟動(dòng)水噴淋裝置，如對(duì)噴氣燃料艙外表面的水噴淋裝置，在周邊艙室發(fā)生火災(zāi)的情況下，可有效降低周圍環(huán)境溫度對(duì)噴氣燃料安全的影響。噴水系統(tǒng)的噴水量應(yīng)保證每平方米被保護(hù)面積的耗水量不少于9 L／min。在周邊艙室火災(zāi)較大時(shí)，為確保安全，還可緊急啟動(dòng)水浸裝置將噴氣燃料艙的隔離艙用水淹沒(méi)，以確保噴氣燃料艙的安全。

3 結(jié)論

噴氣燃料艙屬于高危險(xiǎn)區(qū)域，在船舶論證、設(shè)計(jì)和建造中必須綜合考慮各種有效的控制措施進(jìn)行防火防爆。本文主要從設(shè)計(jì)的角度就噴氣燃料艙的安全性應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和綜合消防兩大方面進(jìn)行了論述。實(shí)船中應(yīng)把預(yù)防工作放在首要地位，將預(yù)防和撲救有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，立足于自防自救，積極做好各項(xiàng)滅火準(zhǔn)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)有有效措施迅速將火災(zāi)撲滅在初期蔓延區(qū)域，以最大限度地減小損失。

［1］李海平.艦載噴氣燃料綜合安全保障技術(shù)［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2007，29（4）：86－88.

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［4］張松鶴，張金宙，吳宇.大型油船采用惰性氣體防爆的分析［J］.航海技術(shù)，1995（3）：38－42.

［5］王海福，馮順山.防爆學(xué)原理［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

［6］《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)冷藏通風(fēng)》編寫組.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.第6分冊(cè).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1975.

［7］邱金水.艦船防火滅火系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 ［J］.中國(guó)造船，2004，45（12）：325－330.

Safety Design of Aviation Bunker in Surface Ships

Liu Ya-qin Pan Jin-ping Dong Mao-sheng
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

Aviation Bunker is a very dangerous bank.A study is carried out on the aviation bunker safety design with regard to seven aspects，such as the general arrangement，safety monitoring，gas indolent，ventilation design of segregate cabin，explosion suppression by gas extinguishing agent，spray water and immergence.

aviation bunker；explosion protection；safety；design；ship

U664.88

：A

：1673－3185（2009）01－64－03

2008－07－25

劉亞琴（1981－），女，助理工程師，碩士。研究方向：船舶輔助系統(tǒng)。E-mail：Liuyaqiandut＠163.com潘錦平（1972－），男，高級(jí)工程師。研究方向：船舶輔助系統(tǒng)