船用防煙簾防煙性能的試驗分析

陶陽

(武漢科技大學 城市學院,武漢 430083)

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船用防煙簾防煙性能的試驗分析

陶陽

(武漢科技大學 城市學院,武漢 430083)

設(shè)計全尺寸火災實驗模擬艙，對新型防煙簾的防煙性能進行試驗分析。結(jié)果表明，新型防煙簾在實際火災中能長時間保持較好的完整性，在火災形成的正負壓環(huán)境中均能保持較好地不變形性，同時，可以較好地隔熱和封堵煙氣。

防煙簾；火災；煙氣；艦船

船舶火災被公認為是世界上最難撲救的火災之一。不完全統(tǒng)計，船舶火災占船舶海難事故總數(shù)的11 %，居于第4位，但造成的損失排在所有海難事故首位[1]。近年來，我國年均船舶火災事故近30起，其中52 %的船舶由于火災造成航行中斷[2]。為減少船舶火災造成的經(jīng)濟損失，提高艦船火災防治的有效性，必須加強船舶火災的發(fā)生、發(fā)展和防治規(guī)律研究，制定火災防治的相應措施[3]。其中火災煙氣的防治在船舶火災問題中尤為急迫。船舶內(nèi)部空間狹小，出口少，一旦著火，會產(chǎn)生大量煙氣，從火災發(fā)生區(qū)域向非著火區(qū)蔓延，形成大面積擴散。而這些火災煙氣具有遮光性、毒性和高溫特性，對火場人員安全構(gòu)成很大威脅[4]，極易造成人員傷亡。

為了掌握船舶火災煙氣蔓延特性與控制方法，國內(nèi)外學者開展了大量研究[5-12]。國內(nèi)船舶防排煙研究還處于起步階段，對其特殊性仍認識不太充分，很多研究也未能反映船舶特殊的結(jié)構(gòu)與裝置特點。船舶由于自身結(jié)構(gòu)特點，不能使用擋煙垂壁等陸用擋煙結(jié)構(gòu)，主要依靠結(jié)構(gòu)和新型防煙簾作為火災時煙氣分隔的部件。考慮在實際船艙模型中進行火災試驗，分析船用防煙簾火災下的高溫完整性，火風壓下的變形情況以及隔熱漏煙情況。

1 試驗設(shè)計

試驗在某模擬艙進行，如圖1所示。

該模擬艙室內(nèi)部空間尺寸為長2.5 m，寬2.0 m,高2.6 m。模擬艙室設(shè)有防火水密門，艙室頂部設(shè)有艙口蓋。艙室2側(cè)設(shè)有觀察窗，用于觀察火災發(fā)展過程中艙室內(nèi)部情況。

在門口和艙口蓋分別安裝7種不同類型防煙簾和防煙罩，分別測試在不同火源功率(0.1，0.2 MW)及不同排煙速度下的防煙簾的完整性、變形特性以及防煙簾內(nèi)外溫度。實驗工況如表1所示。

試驗中，通過攝像機攝錄火災過程中的防煙簾的變化，檢驗防煙簾完整性是否遭到破壞。為了測量艙室火災煙氣溫度分布規(guī)律以及防煙簾的變形特性，利用游標卡尺測量防煙簾工作時的吸偏距離,反映防煙簾的變形特性。通過在防煙簾兩側(cè)布置熱電偶來測量實驗中防煙簾內(nèi)外的溫度。

表1 實驗工況參數(shù)表

2 試驗結(jié)果分析

2.1 防煙簾耐高溫完整性分析

實驗發(fā)現(xiàn)，在防煙簾在整個火災過程中(長達12 min)持續(xù)受到最高接近500 ℃的高溫煙氣作用下，其完整性未受到破壞。試驗中發(fā)現(xiàn)不同工況下各種類型的防煙簾在整個工作過程中均保持完整性不變，見圖2～4體現(xiàn)了防煙簾具有良好的耐高溫性能，可以在煙氣環(huán)境中保持較好的完整性，阻攔煙氣流動。

2.2 防煙簾變形特性研究

0.2 MW火源功率時各種類型的防煙簾在不同機械排煙速率下全工作過程中平均吸偏距離的數(shù)據(jù)分布見圖5～8?？梢钥闯?，不同類型的防煙簾在整個火災過程中防煙簾的吸偏距離在2～4 mm之間。這表明在火災燃燒中，形成的火災膨脹壓或排煙造成的負壓情況下，防煙簾仍與艙室門或蓋開口保持較好的貼合，漏煙量較少，說明防煙簾具有良好的耐高溫不變形特性，可以有效抑制煙氣的泄漏和蔓延。

3 不同火源功率下防煙簾煙氣防控效能

0.1和0.2 MW火源功率下艙室門口安裝垂降式導軌防煙簾時艙室內(nèi)部火源上方煙氣溫度分布曲線見圖9。對比可以發(fā)現(xiàn)，不同火源功率下煙氣分布具有相似規(guī)律：①不同高度處溫度數(shù)據(jù)略有差異，但差異不大；即使是測量1 m處測量溫度也明顯低于火焰溫度，這主要是由于煙氣迅速沉降到1 m高度處所造成的。②2 m處煙氣溫度要略高于2.5 m處的溫度，這主要是由于2.5 m處位于頂棚附近，艙室頂棚壁面的吸熱以及熱傳導會降低頂棚處的煙氣溫度。

但是2種工況之下也有差異，主要體現(xiàn)在煙氣溫度上?；鹪垂β蕿?.2 MW時煙氣溫度可達350 ℃，要明顯高于0.1 MW(250 ℃)。從實驗結(jié)果可以看出，在防煙簾的防煙阻隔效應下，艙室內(nèi)煙氣被有效限制在艙室內(nèi)部，導致艙室內(nèi)煙氣層快速沉降，艙室內(nèi)整體溫升較高，不同高度的煙氣層溫度較為接近，不存在明顯的煙氣分層。這也正證明了防煙簾起到了煙封作用，將煙氣較好地控制在艙室內(nèi)部。

0.1和0.2 MW火源功率下艙室門口安裝垂降式導軌防煙簾時防煙簾向火面和背火面的溫升見圖10。

對比分析2者也有類似之處，防煙簾向火面和背火面溫差很大，表明導軌防煙簾可以有效的抑制煙氣和溫度的向外輸運。2者也有差別，主要還是體現(xiàn)在溫度上，火源功率為0.2 MW時向火面溫度大280 ℃明顯高于0.1 MW。同時，從實驗數(shù)據(jù)可以看出，雖然防煙簾較好的阻止煙氣溢出，但是，在局部時間內(nèi)，仍然會有短時較高溫升，這表明，防煙簾雖然可以在防煙簾內(nèi)外形成溫度差，并不具備完善的防火隔熱功能，不能做防煙簾使用。

本實驗中防煙簾布置在著火艙室的門上，相應煙氣溫度較高，導致備火面也會出現(xiàn)高于100℃的高溫區(qū)。但在實際火災中，大部分防煙簾會運用在遠火區(qū)，煙氣溫度相應較低，防煙簾在阻止煙氣溢出的同時，也可以起到較為可觀的溫度阻隔效應，有效保護防煙簾之外的人員。

3 結(jié)論

1)在實際火災中，離火源區(qū)很近的高溫區(qū)，這種新型防煙簾仍能在長時間保持較好的完整性。

2)在實際火災形成的膨脹壓和排煙造成的負壓環(huán)境下，防煙簾仍基本與相應的門(蓋)開口保持較好的貼合，吸偏距離一般為2～4 mm，防煙簾保持較好的不變形性。

3)在不同火源功率下，防煙簾可以很好地將煙氣阻隔在著火艙室內(nèi)，著火艙室內(nèi)煙氣很快沉降下來，沒有穩(wěn)定的煙氣分層。防煙簾內(nèi)外形成明顯的溫度差，可以起到較好的隔熱作用。

[1] 戴忠.淺談船舶火災特點及處置對策[J].水上消防,2012(6):25-28.

[2] 董興章.預防機艙火災[J].船舶,1998(6):22-23.

[3] 陳國慶,陸守香.船舶火災安全工程研究現(xiàn)狀[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2004(8):21-23.

[4] 霍然,胡源.李元洲.建筑火災安全工程導論[M].合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，1999.

[5] STEWARD F, MORRISON L, MEHAFFEY J. Full scale fire tests for ship accommodation quarters[J]. Fire technology, 1992,28(1):31-47.

[6] YOSHIDA K, Full-scale model tests of smoke movement in ship passenger accommodations[R]. ASTM Special Technical Publication, 1998，1336:163-171.

[7] 董華,劉忠.艦船火災中煙氣沿通道蔓延特征的計算機模擬[J].火災科學,1995，4(2):52-56.

[8] 楊志青,王志國,仲晨華,等.艦船內(nèi)部通道的火災煙氣蔓延模擬及防火設(shè)計[J].船海工程,2003(4):1-3.

[9] 曾勇,毛少華,吳松,等.排煙條件下艙室煙氣溢流的數(shù)值模擬研究[J].船海工程,2013,42(4):38-41.

[10] 毛少華，黃楊，陳祥峰，等.全尺寸機艙火災發(fā)展及煙氣充填行為[J].工程熱物理學報，2017,38(2)：386-392.

[11] 毛少華，祝實，李元洲，等.低溫煙氣層高度的一種新計算方法及試驗驗證[J].燃燒科學與技術(shù)，2012,18(5):436-440.

[12] 毛少華，李元洲，楊立中，等.基于中性面的抑止煙氣溢流的臨界排煙量模型[J].安全與環(huán)境學報，2013(1):203-207.

Experimental Study on Performance of Marine Smoke-preventing Curtain

TAO Yang

(City College, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

Full-scale fire experiment was carried out to study smoke preventing performance of new type of smoke-preventing curtain. The results showed that this smoke-preventing curtain can maintain integrity in relative long time, and keep the shape under positive or negative pressure in fire condition. So the smoke-preventing curtain can work well in insulation and smoke-prevention.

smoke-preventing curtain; fire; smoke; ship

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.010

2017-03-07

陶陽(1985—)，女，碩士，講師

研究方向：火災安全仿真模擬與試驗

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0000-00

修回日期：2017-03-27