船舶火災探測器配置方案

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(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

船體內部結構復雜、艙室多、通道窄回旋余地小、貨物密集，導致在船舶火災中可施救活動范圍受限，并在營救時常因存儲易燃易爆品而引發(fā)火災劇烈蔓延。因此，對船舶火災燃燒特點的分析并在船舶中配置可靠的火災報警裝置、傳感器等相關硬件設施尤為重要。

1 物質燃燒特點

可燃物與空氣接觸并達到可燃物燃點時，可燃物外層發(fā)生燃燒并釋放熱量和光。當熱量加熱到邊緣下一層并使其達到點燃溫度時，燃燒過程將不斷發(fā)生。

1.1 固體物質燃燒

固體物質主要以4種方式發(fā)生燃燒：①表面燃燒，主要表現為熾熱狀態(tài)發(fā)生無焰燃燒的現象(如木炭、鐵、銅等燃燒)；②陰燃，通常產生煙和溫度升高的跡象，可持續(xù)數日且不易被發(fā)現(如成捆紙張、濕木材等燃燒)；③分解燃燒，指固體可燃物受熱分解可燃氣體(如石蠟、松香等燃燒)而發(fā)生的有焰燃燒的現象；④蒸發(fā)燃燒，指固體可燃物受熱先熔融后再蒸發(fā)為蒸氣而發(fā)生的有焰燃燒的現象(如毛、絲、合成膠等燃燒)。

1.2 液體物質燃燒

液體物質主要以4種方式發(fā)生燃燒：①蒸發(fā)燃燒，表現為液體受熱蒸發(fā)液體蒸氣，分解氧化后達到燃點進而燃燒；②動力燃燒，指的是當可燃性液體的低燃點液霧預先與氧氣混合，遇火源產生帶有沖擊力的燃燒；③沸溢燃燒，是指油品外溢的燃燒現象；④噴濺燃燒，指的是發(fā)生火災時，燃燒的油滴和包油的油氣拋向上空，向四周噴濺的燃燒現象。

1.3 氣體物質燃燒

液體物質主要以2種方式發(fā)生燃燒：①擴散燃燒，指當可燃氣體在噴出部位與空氣邊擴散混合邊燃燒的現象；②預混燃燒，指可燃氣體與助燃氣體混合后，遇火源所引起的燃燒。這類燃燒往往會造成爆炸。

2 船舶艙室種類及火災情況

船舶內艙室繁多且存放設施物品種類復雜，普遍存在著火災隱患，對于某些特殊艙室一旦發(fā)生火災，給船體帶來的后果不堪設想。因此，分析船舶中各類艙室火災特點，并有針對性地配置火災探測器件、設置火災應對方案，對船舶火災安全有著重要的意義。

2.1 船舶火災特點

船舶火災具有以下特點。

1)燃燒劇烈，蔓延速度快，船體金屬構件導熱快，火勢極易沿向四周和上層甲板蔓延，在大風情況下火災極大可能殃及相鄰船舶。

2)船舶行駛在海面，受到風向、水流等外部因素的強烈影響，救援具有極大的困難，消防艇甚至難以接近發(fā)生火災的船舶。

3)船舶發(fā)生火災時，由于船體內油氣混合物在有限空間燃燒，極易引起轟燃甚至爆炸。

4)船舶火災造成船舶損失、貨物損失以及人員傷亡和對航道的占用、對水域的污染等影響巨大[1]。

2.2 船舶艙室分類及火災特點

GJB4000規(guī)定，可將船舶艙室細致劃分為生活艙室、服務性艙室、工作艙室和貯藏處所。

2.2.1 生活艙室

生活艙室包括居住艙室、休息與活動場所、餐廳、衛(wèi)生艙室、更衣室。

居住艙室內設有床鋪、衣物柜、辦公桌、電視、文件、書籍、沙發(fā)等；休息與活動場所內有會議桌、沙發(fā)、茶具柜、椅凳、報紙雜志、電視機柜、健身器材等；餐廳內設有餐桌、沙發(fā)等；衛(wèi)生艙室內有沐浴器、大小便器等；更衣室內存有衣物。生活艙室存儲的物品種類大多為易燃品，GJB3551規(guī)定座椅、沙發(fā)的面料應采用阻燃處理的紡織面料或人造革制作，木質材料應干燥，含水率應不大于16%，且應具有阻燃性，其氧指數值不小于30；家具表面的PVC裝飾覆層材料，沙發(fā)、軟椅用材及面料均應具有低播焰性。此外，應嚴格控制木材在船舶上使用，如確需使用，則必須經過阻燃處理。經阻燃處理后的木材及其制品，其氧指數值不小于30。GJB4000規(guī)定艙室家具一般應采用金屬材料；艙室家具配件材料一般為銅質、不銹鋼和工程塑料，艙室家具中沙發(fā)、軟椅用芯材和面料應為阻燃材料，其氧指數值一般不小于26。但部分艙室仍然存在較大的火災隱患，且在火災初期，處于陰燃階段時會產生大量煙霧，此時需要及時報警通知相關人員進行滅火，有效地控制火勢的發(fā)展。

2.2.2 服務性艙室

服務性艙室包括廚房、醫(yī)療艙室、理發(fā)室、洗衣烘衣室、廢物處理室、衣鞋修補室；廚房內設置汽化油灶、電灶、電烤爐、冷藏電冰箱、微波爐等；醫(yī)療艙室設有藥品柜、供氧器等；理發(fā)室艙室內設有轉椅、理發(fā)用品柜等；洗衣烘衣室設有烘干機、蒸汽電熨斗、洗衣房筐子等；廢物處理室包含垃圾壓實機等。

正常情況下，廚房中會有較多蒸汽和煙滯留，加之其內部存在較多燃料，用火用電設備也非常集中，在工作過程中很可能會發(fā)生油失控、油垢起火，燃氣燃油泄露從而引發(fā)火災。此外，對于廚房內設備，存在電線虛接打火的可能，如若操作不當，很可能造成火災擴大甚至引發(fā)爆炸[2]。

洗衣間內由于設有烘干機、電熨斗等電器設備，存在電器火災等固體燃燒隱患，電熱用具的使用過程中存在短路、導線過負荷以至產生高溫或因電熱用具長時間接觸可燃物從而引發(fā)火災的安全隱患。

2.2.3 工作艙室

工作艙室包括辦公室、電子設備控制艙室、損害管制艙室、修理間、化驗室、值班室。

工作艙室的特點是其內配置了大量的電氣設備，存在因電氣設備過載、短路、接觸不良、電弧火花、漏電、雷電或靜電等原因而造成的火災固體燃燒隱患。

2.2.4 貯藏處所

貯藏處所中專用貯藏處所包括蓄電池室、油漆間、氣瓶貯藏室和化學品貯藏室(易燃易爆等危險物品的貯藏處所)；貯藏室包括機械備品貯藏室、電氣備品貯藏室、電子備品貯藏室、航空備品貯藏室、補給、接收裝置備品器材貯藏室、被服貯藏室、帆纜貯藏室、糧食庫和食品庫、冷藏庫等艙室。

專用貯藏處所多存儲易燃易爆危險品，爆炸危險性極高，存在固、液、氣體火災隱患；貯藏室內多易燃物品，存在固體火災隱患且火災初期以陰燃較多，燃燒時火勢擴展迅速。

3 火災探測器原理及分類

3.1 感煙式火災探測器

在火災發(fā)生初期，多數物質處在陰燃狀態(tài)，在這個過程中將產生大量煙霧。感煙式火災探測器將探測到范圍內的煙霧濃度變化信號，并將其轉換為電信號，從而對煙霧粒子作出響應，實現火災報警。感煙式火災探測器中常用的光電感煙探測器屬于點型探測器，基于光的傳播特性會被火災過程中產生的煙霧改變這一特性而研制[3]。

3.2 感溫式火災探測器

由于物質在燃燒過程中會釋放大量熱,周圍環(huán)境溫度會隨之急劇上升。感溫式火災探測器則基于這一事實利用具有隨溫差變化而阻值發(fā)生變化的熱敏元件，能將溫度信號轉變成電信號，從而進行火災探測實現火災報警[4]。感溫式火災探測器適用于洗衣間、廚房等場所。

3.3 復合式火災探測器

復合式火災探測器是對2種或2種以上火災參數作出響應的火災探測器。主要有感煙感光式、感溫感光式和感煙感溫式等。其中，感煙和感溫探測器的組合將光學數據和溫度變化良好結合，具有其靈活性。適用于裝有自動滅火系統(tǒng)或者使用單一探測器無法有效地確認火災、進行火災報警的場合。

3.4 可燃氣體探測器

可燃氣體探測器通過對空氣中可燃氣體含量進行響應從而實現可燃氣體濃度檢測并發(fā)出報警信號。在實際應用中，當可燃氣體探測器檢查到空氣中可燃氣體濃度達到預警值時，將發(fā)出報警信號。該類探測器主要應用在易燃易爆場所[5]。

3.5 火焰探測器

火災發(fā)生時，火焰會發(fā)出紫外(UV)或紅外(IR)輻射，火焰探測器利用這一特性，對紫外或紅外輻射作出響應從而進行火災報警[6]?；鹧嫣綔y器對快速發(fā)生的火災(如可燃、易燃液體的火災)或爆炸能作出及時響應，是對該類火災早期報警的理想探測器。

4 船舶火災探測器配置

4.1 火災探測器配置流程

船舶火災探測器配置需要考慮船舶艙室火災早期特性、艙室建筑特性以及環(huán)境特性等[7]，本文僅從設定火災探測器類型、艙室探測器布置數量以及安裝位置進行淺析，并沒有涉及具體探測器產品特性。配置流程見圖1。

圖1 火災探測器配置流程

4.2 火災探測器類型的配置

對火災初期有陰燃階段，產生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場所，應該選擇感煙探測器；對火災發(fā)展迅速，可產生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器或其組合；對火災發(fā)展迅速，有強烈的火焰輻射和少量的煙、熱的場所，應選擇火焰探測器。

4.2.1 服務性艙室

廚房在正常狀態(tài)下有大量蒸氣、油霧和煙滯留，不適合使用感煙式火災探測器。廚房發(fā)生火災時，內部物質燃燒釋放大量的熱，使周圍環(huán)境溫度發(fā)生較大變化，在廚房中設置的火災探測器類型為感溫式火災探測器；洗衣烘衣室根據火災早期燃燒產物配置為感溫式火災探測器；理發(fā)室配置感溫式火災探測器。

4.2.2 工作艙室

工作艙室有大量電子設備，屬于存在電氣火災危險的場所，火災初期燃燒物的陰燃階段會產生大量的煙和少量的熱，較少有火焰輻射，宜選擇感煙式火災探測器。

4.2.3 貯藏處所

GJB4000規(guī)定應至少在下列艙室和部位設置固定式自動火災探測器：機爐艙、油漆間、帆纜間、居住艙及起居處所內的脫險通道；燃料泵艙、封閉的加油站。居住艙及起居處所內的脫險通道和帆纜間設置感煙式火災探測器；考慮到機爐艙火災初期產物以及需配備滅火聯(lián)動裝置等情況，需要在機爐艙設置復合式火災探測器；油漆間屬于爆炸性危險艙室，除特殊類型探測器外，內部設置防爆型感煙探測器；在燃料泵艙、加油站除特殊類型探測器外，設置感溫式探測器。

4.3 火災探測器數量的設定

船舶艙室火災探測器數量的設定應考慮被保護處所或部位的大小、探測器能保護的面積、保護半徑等方面。

火災探測器的保護面積和最大安裝間距應符合表1的要求。

表1 火災探測器的保護面積和最大安裝間距

監(jiān)控區(qū)域內所需的探測器數量可按下式進行計算：

(1)

式中：N為探測器數量(只)，應取整數；S為該探測區(qū)域面積，m2;A為探測器的保護面積，m2;K為修正系數，特級保護對象宜取0.7～0.8，一級保護對象宜取0.8～0.9，二級保護對象宜取0.9～1.0[8]。

4.4 火災探測器的安裝與布置

火災探測器的布置位置要合理適當，以保證整個被保護面積均能被探測到。各種類型的探測器應盡可能按其所要求的安裝高度進行安裝，以保證探測器發(fā)揮最佳功能。感煙式探測器通常應安裝在艙室天花板上，若不能直接安裝在天花板上時，則其距天花板的距離應不大于0.5 m。墻壁、梁邊至探測器的水平距離應不小于0.5 m，探測器周圍0.5 m內應無遮擋物，探測器至空調的送風口邊的水平距離應不小于1.5 m，宜水平安裝的探測器如若傾斜安裝時，傾斜角應不大于45°[9]。對于機艙類大空間，火災初期時，由于空氣的流動和稀釋，火災產生的煙氣可能升不到感煙式探測器所在位置，當溫度達到探測器閾值時，火災可能已經到了不可控的階段?？紤]到以上事實，在機艙內安裝吸氣式感煙探測器，通過管道主動抽取被保護艙室空氣樣本并進行檢測，以監(jiān)視艙室火災實況[10-12]。

5 結論

分析不同物質燃燒產物、不同類型火災探測器的功能特點，結合船舶火災實況，對船舶中典型艙室進行分類。在船舶火災探測器配置的過程中，需要針對不同艙室的火災早期特性、艙室建筑特性以及環(huán)境特性進行分析，確定不同功能艙室所配置的火災探測器類型，結合理論計算艙室所選擇火災探測器的數量，綜合分析艙室結構和環(huán)境特點，總結標準規(guī)范，確定探測器布置方式，最終得到包含類型、數量、布置三方面在內的船舶火災探測器布置方案。