船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究

尚緒同，吳屹飛

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226116）

0 引言

伴隨著船舶建造行業(yè)的不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對船舶耐火結(jié)構(gòu)建設(shè)也提出了更高的要求，而且結(jié)構(gòu)防火也是控制船舶火災(zāi)發(fā)展蔓延的重要手段，對確保船舶工作人員以及乘客的生命安全有著非常重要的作用。但當(dāng)前的船舶防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建設(shè)還存在有一定的問題，受到多方面因素的影響，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。

1 船舶結(jié)構(gòu)防火的概念

船舶結(jié)構(gòu)防火是借助鋼材或其他能起到相同效果的材料，根據(jù)不同船型和可預(yù)見的火災(zāi)類型將船體分隔成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的空間，這樣的結(jié)構(gòu)能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)將煙塵以及火勢進(jìn)行隔離，防止火勢蔓延到其他艙室，盡快撲滅火災(zāi)，盡可能降低火災(zāi)損失。在船舶的設(shè)計(jì)建造中，船體、艙壁等部件均一般用高導(dǎo)熱鋼制造。初始火災(zāi)主要依靠對流熱蔓延，隨著火災(zāi)的發(fā)展，溫度會(huì)上升，熱量通過熱輻射傳遞，傳遞速度十分迅速。如果艙壁有開口或絕緣不良，火就會(huì)蔓延到其他艙室，增大船只、貨物的損失和人員傷亡。

這些因素在船舶結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)中是需要著重注意的，在結(jié)構(gòu)艙壁上放置耐熱材料，在甲板上涂敷耐熱涂層，同時(shí)將每個(gè)區(qū)域的門、窗和穿孔及位置分開。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，耐熱材料可以控制火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的火勢，防止火勢蔓延到其他地方，提供寶貴的逃生和滅火時(shí)間。

2 船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

結(jié)合船舶建造工程的行業(yè)特征與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)目前船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝中存在的問題。

2.1 耐火材料鋪設(shè)位置不當(dāng)

行業(yè)內(nèi)普遍存在將隔熱層設(shè)置在船舶的艙壁或甲板火警危險(xiǎn)較輕的一側(cè)，也就是將隔熱材料放置在艙壁外側(cè)。雖然目前對于耐火保溫材料的放置還沒有明確規(guī)定，但國際標(biāo)準(zhǔn)是必須要選用經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)和耐火實(shí)驗(yàn)后批準(zhǔn)的不燃材料和隔熱材料，在一定時(shí)間內(nèi)回火表面的平均溫度不得超過一定水平。在船舶結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中，只需將艙壁或甲板的試樣在同一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和溫度曲線上置于加熱爐中，即可確定結(jié)構(gòu)的耐火等級是否符合規(guī)范要求。然而，根據(jù)古斯塔夫的經(jīng)驗(yàn)公式，外部機(jī)艙的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)艙的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，因此，機(jī)艙的防火材料層應(yīng)置于機(jī)艙艙壁內(nèi)。同時(shí)，防火層還能保護(hù)構(gòu)成艙壁的鋼板免受高溫加熱，延緩鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化，提高船舶的穩(wěn)定性。

2.2 隔熱材料不符合標(biāo)準(zhǔn)

在隔熱材料的處理上需要選用國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的不燃材料進(jìn)行鋪設(shè)，然而目前國內(nèi)還有許多船舶制造商選用不符合標(biāo)準(zhǔn)的不燃材料，對船舶的安全有很大影響。許多船舶建造時(shí)采用普通硅酸鹽水泥作為艙室之間的防火甲板隔熱材料。例如，普通硅酸鹽水泥的導(dǎo)熱系數(shù)為0.29，而珍珠巖和巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.031 和0.038。可以明顯發(fā)現(xiàn)，普通硅酸鹽水泥的導(dǎo)熱系數(shù)約為其他兩種隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的10 倍。根據(jù)傅立葉定律，單位時(shí)間內(nèi)通過給定橫截面的熱量增量隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加而成比例增加。普通硅酸鹽水泥比珍珠巖、巖棉等保溫材料導(dǎo)熱性好。普通硅酸鹽水泥的市場銷售尚未得到法定機(jī)構(gòu)對船舶結(jié)構(gòu)防火材料類型的認(rèn)可。

2.3 生活區(qū)裝飾材料選用問題

在船舶的生活起居處所的裝飾材料選用上，建造方并未考慮到火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能出現(xiàn)的某些問題。大量易燃裝飾材料出現(xiàn)在生活起居處所內(nèi)，并且一些裝飾材料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，危及船員和乘客的生命安全。在生活區(qū)域內(nèi)，需要使用A、B 類不燃材料進(jìn)行防火隔離。船上住人艙室的室內(nèi)裝飾、天花板和襯板應(yīng)采用不燃材料。未經(jīng)批準(zhǔn)，應(yīng)完全杜絕木材的使用，特別是廚房和船員室。同時(shí)，船舶內(nèi)未經(jīng)允許禁止私拉電線、使用功率較大的電器，消除火災(zāi)隱患。因一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢很容易迅速蔓延。

2.4 其他問題

在船舶內(nèi)裝板耐熱結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)置過程中還存在著許多細(xì)節(jié)上的問題，如絕緣材料的鋪設(shè)在厚度上和鋪設(shè)面積上都存在與設(shè)計(jì)圖紙不一致的問題，固定釘?shù)氖褂糜袝r(shí)也會(huì)出現(xiàn)密度不足的問題，絕緣接頭也有可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)防火試驗(yàn)的要求，更有一些不法供貨商提供的材料和取得證書的耐火材料不一致，渣球含量過多，材料不環(huán)保。穿過艙壁和甲板的電纜在孔眼處處理不到位，孔眼未用經(jīng)批準(zhǔn)的耐火填料密封或堵塞。機(jī)艙花鋼板下面沒有連續(xù)的消防系統(tǒng)。機(jī)艙燃油箱的快速切斷閥在艙壁之間通過，沒有絕緣填充。一些船舶在防火門的安裝上會(huì)使用未經(jīng)批準(zhǔn)的產(chǎn)品甚至低等級產(chǎn)品，并不符合船舶結(jié)構(gòu)防火的規(guī)定。

3 船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)問題的處理

消防裝備的短缺一直是船舶安全的一個(gè)重要問題。消防設(shè)備的短缺絕大多數(shù)都能夠在保養(yǎng)、維修和保養(yǎng)中進(jìn)行補(bǔ)充，可以迅速糾正。然而，船舶結(jié)構(gòu)防火隔板雖然存在的缺陷數(shù)量較少，但主要缺陷被掩蓋，不能直接判斷。確定某些缺陷需要專業(yè)檢查才能夠發(fā)現(xiàn)問題。然而，這通常是船舶被扣留的依據(jù)。這種缺陷是由于在設(shè)計(jì)和建造的過程中不夠嚴(yán)謹(jǐn)造成的，也可能是對于相關(guān)的規(guī)定沒有進(jìn)行準(zhǔn)確的解讀，理解不明確，所以存在許多爭議。

3.1 提高船舶檢驗(yàn)規(guī)范的可操作性

船舶耐火安全的保障首先就要提高船舶建造者的合同履行能力，制定更多船舶建造檢驗(yàn)規(guī)程?，F(xiàn)行的《船舶和海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》是根據(jù)有關(guān)國際公約編制的。有些條文的解釋因人而異，沒有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。隔墻只需用批準(zhǔn)的不燃材料絕緣，以便在給定的時(shí)間內(nèi)回火表面溫度低于140 ℃。然而，目前尚不清楚是否應(yīng)在有大火源面或小火源面的艙壁或甲板上，或在任何一側(cè)放置絕緣材料。為了提高其有效性，在新的法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程及其修訂通知的實(shí)施中應(yīng)引入相應(yīng)的條款和解釋。

3.2 加強(qiáng)對船舶檢驗(yàn)部門的管理

船舶檢驗(yàn)部門的管理工作直接影響著船舶檢驗(yàn)工作的效率與質(zhì)量，對船舶檢驗(yàn)至關(guān)重要。絕大多數(shù)的船舶結(jié)構(gòu)的防火隔離缺陷都是由于設(shè)計(jì)建造時(shí)的不規(guī)范引起的，因此在船舶建造過程中要嚴(yán)格按照內(nèi)裝板耐熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來執(zhí)行，采用符合相關(guān)規(guī)定的耐熱材料，同時(shí)要將分隔材料的產(chǎn)品相關(guān)資料進(jìn)行保存，確保在船舶檢驗(yàn)過程中能夠提供材料被認(rèn)可使用的證明。在船舶建造完成后檢驗(yàn)部門需要確認(rèn)防火分隔建設(shè)是否有效以及在未來年度防火隔離中確認(rèn)結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)。

3.3 開發(fā)新型耐火材料

除了在相關(guān)建造規(guī)范以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行完善改進(jìn)之外，還需要對船舶結(jié)構(gòu)耐火材料以及船舶耐火技術(shù)進(jìn)行研究以及開發(fā)，探索更有效的結(jié)構(gòu)耐火材料。美國海軍為了船舶在降低升溫速度以及抵抗沖擊力上有所提高，對其艦船的結(jié)構(gòu)防火等級進(jìn)行了提高。商業(yè)貨船防火材料雖然沒有抗沖擊的要求，但有可能開發(fā)出更適合船舶使用的防火材料。此外，水幕防火系統(tǒng)已被證實(shí)，可為船舶結(jié)構(gòu)防火提供更安全及更合適的材料或系統(tǒng)。

3.4 加強(qiáng)防火結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢查力度

在船舶實(shí)際運(yùn)營過程中，對其內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場檢查十分必要，能夠有效將船舶低標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的現(xiàn)象進(jìn)行杜絕。海事部門應(yīng)當(dāng)對船舶結(jié)構(gòu)的防火室開展專項(xiàng)檢查活動(dòng)，對防火室的意外缺陷進(jìn)行調(diào)查和處理，并采取滯留措施，督促船舶所有人按照相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)對傳播內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整改。應(yīng)嚴(yán)格按照船舶相關(guān)檢驗(yàn)規(guī)定對缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。加強(qiáng)與船舶設(shè)計(jì)院的溝通，組織海事執(zhí)法人員開展船舶結(jié)構(gòu)防火隔離的現(xiàn)場教學(xué)，了解防火隔離的典型缺陷，為現(xiàn)場執(zhí)法提供技術(shù)支持，更好地為船舶服務(wù)。

4 內(nèi)裝板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合巖棉板在造船板材中最為常見，許多船舶采用它作為防火分隔板。它用巖棉夾在兩層鋼板中間制成。巖棉密度較大，為了達(dá)到輕量化的目的，采用低密度鋁蜂窩進(jìn)行代替，但鋁蜂窩防火等級比較低。為了獲得更高的耐火性和更輕的重量，在鋁蜂窩芯材與鋼板之間加一層氣凝膠保溫材料。氣凝膠的密度略高于巖棉，但導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于巖棉。

防火間距是指船舶的熱阻與其結(jié)構(gòu)之間的界限，防火間距在船舶防火中至關(guān)重要。例如，船舶被劃分為幾個(gè)主要的垂直防火區(qū)，居住區(qū)與船舶其他部分分開。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠有效防止其蔓延到其他區(qū)域，降低火災(zāi)造成的損失。船的內(nèi)部用作艙壁，在大多數(shù)情況下，防火分區(qū)功能是必需的。這是一個(gè)典型的消防結(jié)構(gòu)。確定耐火材料及其厚度在內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要。

傳統(tǒng)的耐火空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是指使用國內(nèi)外確定耐火材料厚度和接縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。確定材料厚度后進(jìn)行一系列模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)形式、保溫材料厚度和連接方式，確定方案后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)。這種方式下耐火隔墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要經(jīng)歷很長一段時(shí)間，并投入大量的人力物力。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)的處理還要受到耐火材料、設(shè)計(jì)方案、工作人員素質(zhì)以及施工技術(shù)水平等多個(gè)方面的影響和限制，而且這些方面或多或少都存在一些問題?；诖?，針對船舶結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)建造的具體情況提出幾點(diǎn)完善的措施，從規(guī)定、管理、建造、檢驗(yàn)等角度著手加強(qiáng)船舶耐火分隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建造。