船舶及海洋平臺(tái)上防火風(fēng)閘關(guān)斷控制設(shè)計(jì)

郭 剛，陳 萍，任韶琦（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

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船舶及海洋平臺(tái)上防火風(fēng)閘關(guān)斷控制設(shè)計(jì)

郭 剛，陳 萍，任韶琦
（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

摘 要：介紹了防火風(fēng)閘在船舶及海洋工程上的控制關(guān)斷原理，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析，重點(diǎn)闡述了海洋平臺(tái)上控制回路在發(fā)生故障時(shí)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：防火風(fēng)閘；通風(fēng)系統(tǒng)；關(guān)斷控制方法；控制回路

0 引言

隨著船舶和海洋工程產(chǎn)品種類的多樣化以及海上石油天然氣向深海的逐步拓展，海上安全問題也愈發(fā)引起人們的重視，特別是對(duì)防火設(shè)計(jì)的要求也更加嚴(yán)格。

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是船舶及海洋工程上不可缺少的重要系統(tǒng)，在生活區(qū)域需要由空調(diào)系統(tǒng)提供良好的空氣品質(zhì)來滿足人員對(duì)舒適度的要求。在機(jī)械區(qū)域或是生產(chǎn)區(qū)域需要由通風(fēng)系統(tǒng)提供足量的新鮮空氣以滿足設(shè)備的燃燒需求或及時(shí)帶走工作區(qū)域所集聚的有毒有害氣體及熱量。由于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用了大量的風(fēng)道貫穿所服務(wù)的處所，其在向房間提供送風(fēng)和抽風(fēng)的同時(shí)，也給防火安全設(shè)計(jì)帶來了一定的隱患。一旦某一房間失火，則產(chǎn)生的火焰及煙氣就會(huì)沿著貫通的風(fēng)道蔓延到其它處所，造成火勢(shì)的擴(kuò)大。

防火風(fēng)閘（擋火風(fēng)閘）是船舶及海工產(chǎn)品在失火情況下用于切斷通風(fēng)管路的重要附件，一方面可以阻止火焰及煙氣通過風(fēng)道從失火處擴(kuò)散到其它處所造成更大的火損或是人員窒息，另一方面也可以切斷燃燒空氣的供給，將失火區(qū)域進(jìn)行隔離以開展后續(xù)的滅火撲救。

1 防火風(fēng)閘構(gòu)成及工作原理

防火風(fēng)閘主要由以下幾部分組成：閘板、框體、執(zhí)行器、開閉指示器、熔斷絲、密封條等。

根據(jù)SOLAS［1］及相關(guān)船級(jí)社的要求，防火風(fēng)閘本身應(yīng)為失效安全型，即當(dāng)防火風(fēng)閘發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)確保不因它的失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐火完整性受到影響，通俗講就是當(dāng)防火風(fēng)閘失效時(shí)，其應(yīng)該保持在關(guān)閉的狀態(tài)，只有在關(guān)閉狀態(tài)下對(duì)于結(jié)構(gòu)的防火要求才是安全的。同時(shí)，防火風(fēng)閘應(yīng)可以自動(dòng)工作，且能從艙壁或甲板的兩側(cè)手動(dòng)關(guān)閉，閘體上應(yīng)配置可顯示風(fēng)閘開閉狀態(tài)的指示裝置。

根據(jù)防火風(fēng)閘操作動(dòng)力的不同，防火風(fēng)閘可分為手動(dòng)型、氣動(dòng)型和電動(dòng)型，其中氣動(dòng)型和電動(dòng)型都可以采用遙控的方式對(duì)風(fēng)閘進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。所有的防火風(fēng)閘均要求在接收到關(guān)斷信號(hào)后在最短的時(shí)間內(nèi)將風(fēng)閘關(guān)閉，對(duì)于海上石油天然氣工業(yè)，相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15138-2007［2］中對(duì)這一時(shí)間的要求是2 s之內(nèi)。

各類防火風(fēng)閘的控制原理如下：1）手動(dòng)防火風(fēng)閘通過現(xiàn)場(chǎng)就地操縱閘體上的手柄或拉索關(guān)閉防火風(fēng)閘；2）氣動(dòng)防火風(fēng)閘通過0.6 MPa左右的壓縮空氣推動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞打開風(fēng)閘，此時(shí)活塞背側(cè)的彈簧處于壓縮狀態(tài)，一旦失去壓縮空氣的動(dòng)力，氣缸內(nèi)的活塞在彈簧推力的作用下運(yùn)動(dòng)而關(guān)閉風(fēng)閘；3）電動(dòng)防火風(fēng)閘則是通過安裝在閘體上的電動(dòng)馬達(dá)的作用力打開風(fēng)閘，當(dāng)失去電力時(shí)也是通過彈簧的推力使風(fēng)閘關(guān)閉。為了滿足防火風(fēng)閘在失火情況下可以自動(dòng)關(guān)閉，所有的防火風(fēng)閘均需要在閘體內(nèi)部安裝熔斷裝置，當(dāng)風(fēng)道內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的72℃或其它要求的設(shè)定溫度，熔斷絲將受熱脫離，風(fēng)閘在彈簧力的作用下關(guān)閉。

通常情況下，以下任一方式均可關(guān)斷防火風(fēng)閘：1）從控制中心（ICS）或消防控制站遠(yuǎn)程給出關(guān)斷信號(hào)；2）從本地操作關(guān)斷手柄或切斷艙壁/甲板兩側(cè)的任一手動(dòng)按鈕/開關(guān)；3）由于火氣系統(tǒng)（F&G）的激活給出關(guān)斷信號(hào)；4）由于風(fēng)道內(nèi)的溫度達(dá)到了熔斷絲熔斷的溫度而關(guān)斷。

2 常規(guī)船舶上防火風(fēng)閘的關(guān)斷控制案例

以某大型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船為例，對(duì)其防火風(fēng)閘的關(guān)斷控制進(jìn)行分析（見圖1）。考慮到該船防火風(fēng)閘數(shù)量較多且均需要遙控控制，所以采用氣動(dòng)型防火風(fēng)閘。風(fēng)閘按照區(qū)域分組設(shè)置，在消防控制站設(shè)置遙控裝置，便于集中對(duì)防火風(fēng)閘進(jìn)行操作。來自于空氣瓶的壓縮空氣經(jīng)減壓后通過不銹鋼管送至防火風(fēng)閘上的兩位三通電磁閥○1。同時(shí)為滿足SOLAS要求，在進(jìn)入房間的艙壁兩側(cè)不銹鋼管上每側(cè)安裝一個(gè)手動(dòng)三通閥○2或○3，此三通閥一方面確保電磁閥故障時(shí)可以在艙壁的任意一側(cè)關(guān)閉相應(yīng)的防火風(fēng)閘，另一方面也可以在遠(yuǎn)程關(guān)斷信號(hào)發(fā)出前或是熔斷絲燒斷前，如果就近有人員發(fā)現(xiàn)艙室失火則可以迅速關(guān)斷相應(yīng)的防火風(fēng)閘。

圖1　防火風(fēng)閘的關(guān)斷控制

在正常工況下，電磁閥○1、手動(dòng)閥○2和○3均保持開啟，壓縮空氣被送入氣動(dòng)防火風(fēng)閘執(zhí)行器氣缸打開防火風(fēng)閘，同時(shí)閘體上安裝的限位開關(guān)接通/斷開，將風(fēng)閘的開閉狀態(tài)送到中控系統(tǒng)，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)保持正常運(yùn)行。當(dāng)被保護(hù)的艙室發(fā)生火災(zāi)時(shí)，感煙探頭或火焰探頭探測(cè)到失火艙室的起火情況，將信號(hào)傳到中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)將根據(jù)事先設(shè)定的關(guān)斷邏輯自動(dòng)或手動(dòng)遠(yuǎn)程發(fā)出關(guān)斷命令，將電磁閥○1關(guān)斷，由于提供動(dòng)力的壓縮空氣被切斷，防火風(fēng)閘將在彈簧力的作用下關(guān)閉防火風(fēng)閘，達(dá)到阻斷空氣流通的目的。

根據(jù)船級(jí)社對(duì)防火風(fēng)閘需保證失效安全的原則，一旦控制電磁閥○1的控制電路發(fā)生故障或不銹鋼壓縮空氣管路損壞，則防火風(fēng)閘將立即關(guān)斷。

3 海洋平臺(tái)上防火風(fēng)閘的關(guān)斷控制案例

不同于常規(guī)的客船和貨船，海洋平臺(tái)上由于在作業(yè)中可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的可燃?xì)怏w，此時(shí)的防火風(fēng)閘不僅需要考慮在被保護(hù)房間失火的情況下進(jìn)行關(guān)斷，同時(shí)還需在所有新風(fēng)主進(jìn)口處發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)可燃?xì)怏w時(shí)進(jìn)行關(guān)斷，以避免危險(xiǎn)氣體進(jìn)入室內(nèi)因濃度過高而導(dǎo)致爆炸或?qū)θ藛T安全造成危害。

對(duì)于某些特殊的海洋平臺(tái)或是海工船舶，為了提高其作業(yè)性能而安裝了動(dòng)力定位裝置，以保證在受到外力影響時(shí)能保持船舶的艏向和作業(yè)范圍。由于動(dòng)力定位系統(tǒng)的重要性，當(dāng)火氣系統(tǒng)（F&G）或應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）的控制回路發(fā)生故障時(shí)（斷電、線路短路、斷線等等），必須使得動(dòng)力定位系統(tǒng)處在最安全的狀態(tài)。對(duì)各個(gè)系統(tǒng)在與ESD通訊故障時(shí)最安全的狀態(tài)定義及對(duì)控制回路的配置要求可參見DNV海工規(guī)范［3］DNV-OS-A101，Sec.5所述。根據(jù)這一要求，對(duì)于不同的系統(tǒng)，應(yīng)采用不同的控制方式（NE或NDE）來設(shè)計(jì)控制回路。對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)而言，即需要對(duì)火氣系統(tǒng)（F&G）與防火風(fēng)閘之間的控制回路進(jìn)行考慮，以滿足設(shè)計(jì)要求。

以某鉆井平臺(tái)為例，采用兩種不同的設(shè)計(jì)方式來控制壓縮空氣管上的電磁閥的開閉，從而達(dá)到控制防火風(fēng)閘的目的。

1）NDE（Normal De-energized）：適用于與動(dòng)力定位系統(tǒng)有關(guān)的動(dòng)力系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和部分規(guī)范所要求的鉆井系統(tǒng)中防火風(fēng)閘的控制回路。正常情況下控制回路不帶電，通過給電才能讓電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉防火風(fēng)閘。

2）NE（Normal Energized）：適用于上述NDE之外的其它系統(tǒng)的防火風(fēng)閘控制回路。正常情況下控制回路帶電，一旦失電將導(dǎo)致電磁閥動(dòng)作，關(guān)閉防火風(fēng)閘。

通過圖2可以看出，無論采用哪種控制回路，對(duì)防火風(fēng)閘動(dòng)力側(cè)（壓縮空氣管路）的控制與常規(guī)船舶上的控制過程完全相同，即在正常工況下，電磁閥○1、手動(dòng)閥○2和○3均保持開啟，壓縮空氣被送入氣動(dòng)防火風(fēng)閘執(zhí)行器氣缸打開防火風(fēng)閘，同時(shí)閘體上安裝的限位開關(guān)接通/斷開，將風(fēng)閘的開閉狀態(tài)送到中控系統(tǒng)，整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)保持正常運(yùn)行。當(dāng)被保護(hù)的艙室發(fā)生火災(zāi)或是在通風(fēng)主入口探測(cè)到危險(xiǎn)氣體達(dá)到報(bào)警濃度時(shí)，危險(xiǎn)氣體探頭或感煙探頭或火焰探頭將探測(cè)到的信號(hào)傳到中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)將根據(jù)事先設(shè)定的關(guān)斷邏輯自動(dòng)或是手動(dòng)遠(yuǎn)程發(fā)出關(guān)斷命令，將電磁閥○1關(guān)斷，由于提供動(dòng)力的壓縮空氣被切斷，防火風(fēng)閘將在彈簧力的作用下關(guān)閉防火風(fēng)閘，達(dá)到阻斷空氣流通的目的。

采用NE和NDE最大的不同僅僅是考慮電磁閥和中控之間的控制回路，當(dāng)這個(gè)回路發(fā)生故障時(shí)，要確保防火風(fēng)閘處在規(guī)范所要求的最安全的狀態(tài)。以和動(dòng)力定位系統(tǒng)密切相關(guān)的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)為例，一旦控制電路發(fā)生故障，規(guī)范所要求的最安全狀態(tài)是打開風(fēng)閘以保持機(jī)艙通風(fēng)繼續(xù)運(yùn)行，如果采用NE設(shè)計(jì)則無法使相應(yīng)的防火風(fēng)閘處在打開狀態(tài)，此時(shí)NDE才是正確的控制回路設(shè)計(jì)?？紤]到采用NDE的控制回路正常情況下不帶電，為了監(jiān)測(cè)線路是否正常工作，在異常情況下及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，需要對(duì)控制回路進(jìn)行斷路檢測(cè)。常用的斷路檢測(cè)方式可在控制回路中并聯(lián)一個(gè)電阻，通過監(jiān)控該電路的阻值變化來判斷線路是否暢通。

圖2　防火風(fēng)閘的控制回路

4 結(jié)論

針對(duì)不同的船東、不同的規(guī)范和不同的船型，可能存在不一樣的防火風(fēng)閘控制方式。在具體的設(shè)計(jì)工作中應(yīng)緊扣規(guī)范和建造規(guī)格書，及時(shí)與船東、船檢和相關(guān)設(shè)計(jì)人員溝通，以得出各方面都滿意的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

［1］ IMO. 國際海上人命安全公約［S］. 2009.

［2］ ISO. ISO 15138-2007 石油和天然氣工業(yè) 海上生產(chǎn)裝置 加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)［S］. 2007.

［3］ DNV. DNV Offshore Standard DNV-OS-A101［S］. 2011.

中圖分類號(hào)：U664.86

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14141/j.31-1981.2016.03.004

作者簡(jiǎn)介：郭剛（1978—），男，工程師，研究方向：船舶及海洋工程通風(fēng)空調(diào)制冷方面的設(shè)計(jì)研究。

Shut-off Control Design of Fire Damper in Ventilation System on Ship and Offshore Platform

Guo Gang， Chen Ping， Ren Shao-qi
（COSCO Shanghai Shipyard Co.， Ltd.， Shanghai 200231， China）

Abstract：The article introduces the control and shut-off theory of the fire damper in ventilation system on ship and offshore platform. It is analyzed by combining with actual example， especially the design requirements of the control loop in failure on offshore platform.

Key words：fire damper； ventilation system； control and shut-off method； control loop