艦船直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)

趙 楠?jiǎng)?偉（. 海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室 上海000；.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海000）

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艦船直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)

趙 楠1劉 偉2
（1. 海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室 上海200011；2.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

［摘 要］根據(jù)艦船直升機(jī)飛行甲板易發(fā)生油類(lèi)火災(zāi)的特點(diǎn)，結(jié)合干粉的滅火機(jī)理特性，分析干粉滅火系統(tǒng)對(duì)直升機(jī)飛行甲板撲滅油類(lèi)火災(zāi)的適用性。結(jié)果表明：干粉滅火系統(tǒng)與水成膜泡沫系統(tǒng)聯(lián)用，對(duì)于直升機(jī)甲板上油類(lèi)火災(zāi)的撲滅可以取得較好效果。并且，根據(jù)干粉滅火系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外艦船直升機(jī)飛行甲板的應(yīng)用情況和相關(guān)規(guī)范規(guī)定，提出了艦船直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和使用要點(diǎn)。

［關(guān)鍵詞］直升機(jī)甲板；滅火；干粉；設(shè)計(jì)

劉 偉（1988-），男，工程師，碩士，研究方向：船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)。

引 言

直升機(jī)飛行甲板上的直升機(jī)往往攜帶大量噴氣燃料，并且對(duì)于直升機(jī)的加油和泄油等操作往往都是在飛行甲板上進(jìn)行，因此直升機(jī)飛行甲板是易發(fā)生油類(lèi)火災(zāi)的高危區(qū)域。如果在火災(zāi)的發(fā)生初期不對(duì)其進(jìn)行及時(shí)撲滅，會(huì)嚴(yán)重威脅到甲板上其他直升機(jī)以及艦船的安全。所以直升機(jī)飛行甲板滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)歷來(lái)深受重視。目前直升機(jī)飛行甲板上對(duì)于油類(lèi)火災(zāi)的撲滅主要依賴(lài)于水成膜泡沫系統(tǒng)。由于空氣泡沫比重比油輕，泡沫可浮在燃油的表面自由展開(kāi)，形成泡沫層覆蓋在燃燒的油面上，防止火災(zāi)復(fù)燃的能力很強(qiáng)，但其控火能力相對(duì)有限，特別是當(dāng)直升機(jī)甲板發(fā)生油類(lèi)火災(zāi)時(shí)，因?yàn)閲姎馊剂蠐]發(fā)性高，會(huì)使著火區(qū)產(chǎn)生一定的轟燃效應(yīng)，泡沫對(duì)于此類(lèi)油氣火的滅火效果不佳，因此有必要采用控火能力較強(qiáng)的滅火系統(tǒng)與之聯(lián)用，以有效撲滅直升機(jī)飛行甲板的油類(lèi)火災(zāi)。而干粉滅火系統(tǒng)因其良好的滅火性能和效率備受推崇［1］。

1 干粉滅火機(jī)理

干粉滅火劑一般包括碳酸氫鈉干粉、改性鈉鹽干粉、鉀鹽干粉、磷酸二氫銨干粉、磷酸氫二銨干粉、磷酸干粉和氨基干粉滅火劑等。主要是通過(guò)在加壓氣體作用下噴出的粉霧與火焰接觸、混合時(shí)發(fā)生的物理、化學(xué)作用滅火。滅火機(jī)理：一是靠干粉中的無(wú)機(jī)鹽的揮發(fā)性分解物，與燃燒過(guò)程中燃料所產(chǎn)生的自由基或活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)抑制和副催化作用，使燃燒的鏈反應(yīng)中斷而滅火；二是靠干粉的粉末落在可燃物表面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層隔絕氧氣，進(jìn)而窒息滅火；同時(shí)，也具備有部分稀釋氧氣和冷卻作用，對(duì)滅火產(chǎn)生積極作用。

通過(guò)分析干粉的滅火機(jī)理可以看出，干粉的控火能力極強(qiáng)，在撲滅油類(lèi)火時(shí)具有很高的滅火效率。對(duì)于撲滅噴氣燃料這種揮發(fā)性較高的油類(lèi)火災(zāi)，干粉滅火劑顆粒的小尺寸效益，使其比表面積增大，且易于分散，經(jīng)噴射后懸浮于空氣中形成相對(duì)穩(wěn)定的氣溶膠，微小顆粒在火焰中受熱分解加速，因而對(duì)油氣火的滅火效能高。但其冷卻效果有限，不能阻止火災(zāi)的復(fù)燃。因此，在直升機(jī)飛行甲板上設(shè)置干粉滅火系統(tǒng)，對(duì)于防止復(fù)燃能力很強(qiáng)而控火能力有限的水成膜泡沫滅火系統(tǒng)是一個(gè)很好的補(bǔ)充。將干粉滅火的快速有效性和水成膜泡沫滅火的徹底性有效結(jié)合，對(duì)于直升機(jī)甲板上易發(fā)的噴氣燃料類(lèi)火災(zāi)的撲滅可以取得較好的效果。

2 干粉滅火系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外艦船上的應(yīng)用

美國(guó)是最早在艦船飛行甲板上采用干粉滅火系統(tǒng)的國(guó)家。20世紀(jì)60年代后期美國(guó)艦船上的一系列飛行甲板火災(zāi)事故，促使美國(guó)開(kāi)始重視飛行甲板上滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，水成膜泡沫滅火系統(tǒng)和干粉滅火系統(tǒng)開(kāi)始在其艦船上得以應(yīng)用。飛行甲板上除了設(shè)置固定式水成膜泡沫系統(tǒng)、攜帶水成膜泡沫和干粉的消防車(chē)外，還配置水成膜泡沫-干粉（PKP）聯(lián)用裝置。水成膜泡沫-干粉聯(lián)用裝置還應(yīng)用于機(jī)艙區(qū)域的滅火。因泡沫和干粉對(duì)于垂向的火災(zāi)及機(jī)艙區(qū)域的火災(zāi)撲滅效果有限，1978年，氣體滅火系統(tǒng)開(kāi)始在美國(guó)艦船上應(yīng)用，但主要用于機(jī)艙區(qū)域，泡沫-干粉聯(lián)用裝置依然保留使用。80年代末期，為更好地?fù)錅缌Ⅲw空間的火災(zāi)，美國(guó)艦船飛行甲板消防車(chē)內(nèi)攜帶的干粉滅火劑被氣體滅火劑替代。但是，由于干粉滅火系統(tǒng)對(duì)于撲滅甲板面上的油類(lèi)火災(zāi)具有極佳的效果，美國(guó)艦船在其飛行甲板上一直保留設(shè)置干粉滅火裝置。

法國(guó)海軍也很重視干粉滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。法國(guó)的兩棲攻擊艦直升機(jī)飛行甲板上配置2輛采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的MB30C消防車(chē)，消防系統(tǒng)由底盤(pán)上的貯壓式混合液罐與干粉罐組成，可以攜帶300 L 的AFFF混合液和250 kg哈龍滅火劑及一定量干粉。各種液罐采用標(biāo)準(zhǔn)積木式安裝方式，可以快速更換與補(bǔ)充。消防噴射系統(tǒng)由一個(gè)最大流量6 L/s的水槍以及一個(gè)25 mm接口和30 m管路構(gòu)成，可連接水成膜混合液。消防車(chē)從混合液罐或外接系統(tǒng)向水槍供給水成膜混合液，一個(gè)手動(dòng)操縱桿可以在0～6 L/s間調(diào)解流量。另一套消防噴射系統(tǒng)由一個(gè)干粉噴槍和一個(gè)32 mm接口組成，30 m管路還可連接哈龍滅火劑。

我國(guó)對(duì)于干粉滅火系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用日趨重視。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：設(shè)有直升機(jī)艦面系統(tǒng)的船舶其直升機(jī)起降平臺(tái)需配置固定式水滅火系統(tǒng)和水成膜或甲板泡沫滅火系統(tǒng)，其中水成膜或甲板泡沫滅火系統(tǒng)需與干粉聯(lián)用。為增強(qiáng)泡沫滅火系統(tǒng)的滅火效能，在規(guī)模不大的被保護(hù)場(chǎng)所或者無(wú)法設(shè)置固定式噴灑系統(tǒng)的較大規(guī)模的保護(hù)處所設(shè)置的軟管?chē)姌屌菽瓬缁鹣到y(tǒng)也可采用水成膜-干粉組合滅火系統(tǒng)。CCS鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范（2012）中規(guī)定直升機(jī)甲板的防火與滅火應(yīng)滿(mǎn)足SOLAS公約第II-2/18條的要求：在緊靠直升飛機(jī)甲板處，應(yīng)至少配備2個(gè)干粉滅火器，總?cè)萘坎恍∮?5 kg［2］。但由于以往在艦船的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)直升機(jī)甲板干粉滅火系統(tǒng)的重視程度不夠，往往沒(méi)有根據(jù)艦船本身的直升機(jī)飛行甲板的特點(diǎn)和布局、滅火需要以及干粉滅火系統(tǒng)的使用方式等來(lái)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)和研究，對(duì)于干粉滅火劑用量、噴灑速率和射程等參數(shù)的選取等方面存在一些不合理現(xiàn)象，通常只是在直升機(jī)甲板配置一些常規(guī)的手提式干粉滅火器，噴射距離、噴射時(shí)間都比較有限。因此，我國(guó)配置有直升機(jī)飛行甲板的艦船，特別是搭載直升機(jī)較多、飛行甲板面積較大的艦船，已開(kāi)始重視干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 干粉滅火系統(tǒng)類(lèi)型

干粉滅火系統(tǒng)按應(yīng)用方式分為全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)和局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)是固定的管道、固定的噴嘴與固定的干粉儲(chǔ)罐連成一體的干粉滅火系統(tǒng)。局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)是由噴嘴通過(guò)管道與干粉儲(chǔ)罐連接，將干粉直接噴射到保護(hù)對(duì)象上的干粉滅火系統(tǒng)。滅火系統(tǒng)可以通過(guò)人力或其他動(dòng)力來(lái)移動(dòng)至保護(hù)對(duì)象附近進(jìn)行滅火［3］。

美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定兩種系統(tǒng)的不同應(yīng)用范圍，全淹沒(méi)滅火系統(tǒng)只能應(yīng)用在封閉的空間里，而局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)既可應(yīng)用在封閉的空間，也可以應(yīng)用在敞開(kāi)的空間或非空間。但二者都是撲滅表面火。因此，直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)應(yīng)選用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。

3.2 干粉滅火劑的選取

除撲滅金屬火災(zāi)的專(zhuān)用干粉滅火劑外，干粉滅火劑一般分為BC干粉滅火劑和ABC干粉兩大類(lèi)：BC干粉滅火劑包括碳酸氫鈉干粉等，主要用于撲救各種非水溶性和水溶性可燃易燃液體的火災(zāi)，以及天然氣和液化石油氣等可燃?xì)怏w的火災(zāi)或一般帶電設(shè)備的火災(zāi)；ABC干粉滅火劑包括磷酸銨鹽干粉等，磷酸銨鹽干粉滅火劑比BC類(lèi)干粉滅火劑用途更廣泛，除具有BC滅火劑的滅火功能外，還可撲滅A類(lèi)固體火災(zāi)，不但能撲滅平面火災(zāi)，還能撲滅三維立體空間火災(zāi)［4］。此外，磷酸銨鹽干粉滅火劑因滅火高效快速，原料來(lái)源廣泛，對(duì)環(huán)境、人員無(wú)毒害，不需要特殊動(dòng)力及使用溫度寬廣等，已經(jīng)獲得很廣泛應(yīng)用。而且磷酸銨鹽干粉滅火劑可以與水成膜泡沫有效聯(lián)合，用于撲滅非水溶性液體火災(zāi)；因此，可以選取磷酸銨鹽干粉作為直升機(jī)甲板干粉滅火系統(tǒng)的滅火劑。

值得注意的是，在對(duì)于磷酸銨鹽干粉的選取應(yīng)用過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注其含水量、吸濕率、抗結(jié)塊性、粒度分布等技術(shù)指標(biāo)，其中，含水量、吸濕率、抗結(jié)塊性是決定干粉在貯藏期內(nèi)是否發(fā)生結(jié)塊而影響正常使用的重要指標(biāo)。根據(jù)GB15060-2002《磷酸銨鹽干粉滅火劑》，酸銨鹽干粉滅火劑的含水率不得大于0.25%，吸濕率不得大于3%，抗結(jié)塊性（針入度）不得小于16 mm。粒度分布則是表征磷酸銨鹽干粉滅火效能的一個(gè)重要參數(shù)。每種滅火粒子都存在上限臨界粒徑，小于臨界粒徑的粒子全部起滅火作用。大于臨界粒徑的粒子其動(dòng)量大，通過(guò)空氣對(duì)小粒子產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)拉力，迫使小粒子緊隨其后，撲向火焰中心，而不是未到火焰就被熱氣流吹走，降低滅火效率。故當(dāng)大小粒子存在最佳比例時(shí)，所有大粒子帶著全部小粒子沖向火焰，滅火效能最佳，滅火劑用量最少。關(guān)于粒度分布，根據(jù)GB15060-2002，在40～63 μm，63～125 μm之間的量與生產(chǎn)廠公布值的差值分別不得大于樣品總量的±6%；留在125 μm篩上的量與生產(chǎn)廠公布值的差值不得大于樣品總量的±3%［5］。

3.3 驅(qū)動(dòng)方式

干粉滅火系統(tǒng)應(yīng)借助惰性氣體壓力驅(qū)動(dòng)，并由這些氣體攜帶干粉滅火劑形成氣粉兩相混合流，通過(guò)管道輸送經(jīng)噴嘴噴出。鑒于我國(guó)現(xiàn)在配置有大型直升機(jī)飛行甲板的艦船上一般都設(shè)有氮?dú)夤?yīng)裝置，考慮到維護(hù)性，可選擇氮?dú)庾鳛楦煞蹨缁鹣到y(tǒng)的動(dòng)力源。氮?dú)獾膲毫Σ坏么笥诟煞酃薜淖罡吖ぷ鲏毫?，同時(shí)，對(duì)氮?dú)獾钠焚|(zhì)也有一定要求，應(yīng)盡量降低氮?dú)庵械暮俊?/p>

3.4 移動(dòng)方式

根據(jù)前述，直升機(jī)飛行甲板應(yīng)采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)，可采用手推車(chē)式、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)或配掛在消防車(chē)等方式移至保護(hù)對(duì)象附近進(jìn)行滅火。在能盡快到達(dá)飛行甲板任一起火點(diǎn)的原則下，根據(jù)直升機(jī)飛行甲板的大小，局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的數(shù)量、布置位置、質(zhì)量來(lái)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的移動(dòng)方式。

3.5 參數(shù)選定

由于直升機(jī)飛行甲板是平直的表面，對(duì)于其局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)可采用面積法?？筛鶕?jù)直升機(jī)飛行甲板上單個(gè)直升機(jī)起降點(diǎn)的大小來(lái)評(píng)估干粉滅火系統(tǒng)的干粉覆蓋面積S。

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：干粉的噴灑速率應(yīng)在0.6～5倍的泡沫混合液噴射速率中選取。泡沫混合液的噴灑速率為不小于4.1 L/min·m2，計(jì)算時(shí)可選取4.1 L/min·m2。干粉的噴灑速率ν可在2.46～20.5 L/min·m2中選取。

GB50347-2004《干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定室外局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的干粉噴射時(shí)間t不應(yīng)小于60 s。但在實(shí)船干粉滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到實(shí)船干粉局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)只是作為水成膜泡沫滅火系統(tǒng)的補(bǔ)充，噴射時(shí)間可適當(dāng)降低。

局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)的干粉總?cè)萘靠砂碤=S×ν×t計(jì)算求得。

式中： Q為干粉總?cè)萘浚琇；S為甲板面積，m2；ν為噴灑速率，L/min·m2；t為噴灑時(shí)間，s。

4 直升機(jī)飛行甲板干粉滅火系統(tǒng)使用要點(diǎn)

船舶在海上航行時(shí)，采用干粉滅火系統(tǒng)對(duì)油類(lèi)火災(zāi)進(jìn)行滅火時(shí)，需要考慮到直升機(jī)飛行甲板上的風(fēng)向，應(yīng)迅速將局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)移至上風(fēng)方向距離著火點(diǎn)10～20 m處，通過(guò)干粉噴槍對(duì)準(zhǔn)油料燃燒處的火焰根部進(jìn)行掃射。如果是油類(lèi)在直升機(jī)甲板上流淌燃燒，需要對(duì)準(zhǔn)火焰根部由近及遠(yuǎn)，并左右掃射。

5 結(jié) 論

干粉滅火系統(tǒng)由于其對(duì)于油類(lèi)火災(zāi)極強(qiáng)的控火能力和較高的滅火效率，可作為防止復(fù)燃能力很強(qiáng)而控火能力有限的水成膜泡沫滅火系統(tǒng)的良好補(bǔ)充，應(yīng)用于直升機(jī)飛行甲板油類(lèi)火災(zāi)的滅火。在對(duì)實(shí)船的干粉滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注重其參數(shù)的計(jì)算選定和實(shí)船使用方法及流程的研究，并在條件允許的情況下，通過(guò)陸上模擬試驗(yàn)等手段進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。

［參考文獻(xiàn)］

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［5］ GB15060-2002，磷酸銨鹽干粉滅火劑［S］. 2002.

Application and design of dry powder fi re extinguishing system on helicopter fl ight deck

ZHAO Nan1LIU Wei2
(1. Navy Representative Room of ship Design and Research Stationed in Shanghai, Shanghai 200011, China;
2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Abstract:Oil fire is a common threat to the helicopter flight deck. This paper analyses the applicability of dry powder fire extinguishing system against the oil fire on the helicopter flight deck according to the fire extinguishing mechanism of the dry power. The results show that the combination of the dry powder fire extinguishing system and the aqueous film-forming foam system can achieve a better effect for the extinguishing of the oil fire on the helicopter flight deck. The key points of the design and usage of the dry power extinguishing system on the helicopter flight deck is proposed based on the national and international applications of this system and the relevant rules and regulations.

Keywords:helicopter flight deck; fire extinguishing; dry powder; design

［作者簡(jiǎn)介］趙 楠（1978-），男，工程師，研究方向：船舶輪機(jī)工程。

［收稿日期］2015-09-11；［修回日期］2015-11-17

［中圖分類(lèi)號(hào)］U664.88

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A

［文章編號(hào)］1001-9855（2016）01-0064-04