防排煙系統在改裝艦艇的應用

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(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

目前，戰(zhàn)斗艦艇普遍采用全封閉結構，內部艙室和通道相對狹窄，人員相對密集，煙氣對人員的影響問題更為突出，控制火災煙霧蔓延對人員逃生、火場救援、保障過火區(qū)域人員生命安全均具有非常重要意義。為增強艦艇戰(zhàn)斗力保障艦員及裝備的生命力，對現役尚無防排煙設施的水面艦艇進行火災煙霧控制系統改裝，是現階段比較迫切和確有必要的一項工作。

排煙系統是一個繁雜而系統的工程，因艦船空間狹小，煙霧產生原因復雜，排煙通道一般應在總體布置時給予統籌考慮，并在設計初期對整船的防煙區(qū)劃進行頂層規(guī)劃?，F役艦船的改裝工程不可能對總布置情況進行大范圍調整，還需考慮具體改裝工程將受改裝工期、改裝經費等客觀條件的約束，需要設計部門因地制宜，有所側重地對排煙改裝方案進行統籌規(guī)劃。方案宜依托原艦的防火主豎區(qū)和防火邊界搭建防煙區(qū)劃，合理搭配組合各種防排煙設施，對重點區(qū)段內火災煙氣進行有效阻隔，并排至艦外。實現以點帶面，優(yōu)先重要艙室和典型艙室的排煙系統改裝思路。

1 消排煙技術方案

由于艦船環(huán)境特殊，各類艦船的功能、艙室結構及開口等各有不同，改裝艦船很難制定統一的排煙設計規(guī)范。依據每一型改裝艦艇的艦總體布置特點，制定符合其自身特點的艦船火災防排煙方案，是一個必然的選擇。在進行改裝艦船防排煙系統設計時，基本的排煙原理和可供選擇的排煙手段具有通用性和借鑒性。

煙氣控制系統的基本方式一般包括自然排煙、機械排煙、主動消煙等三類方法。

1.1 自然排煙方式

自然排煙是借助室內外氣體溫度差引起的熱壓作用和室外風力所造成的風壓作用而形成的室內煙氣和室外空氣之間的對流運動。

艦船往往沒有專門的排煙通道可以直接利用，利用煙霧蔓延方向受艙內氣流組織影響，排煙區(qū)域氣體溫度差具有熱壓作用的特征，充分利用原艦的艙壁門洞和梯道開口，通過調整水密門及艙口蓋的啟閉或在開口部位設置擋煙卷簾，調控排煙區(qū)域的壓力場和氣流場方向朝向露天部位開口，根據外部風向適時調整船舶方向，引導火災煙霧自然向露天部位流動，達到良好的效果。

1.2 機械排煙方式

機械排煙是借助排煙風機的作用對著火處進行強迫送風并同時排氣，以排出火災中的煙氣，是火災煙霧控制系統中最為常用的一種排煙方式。機械排煙需要維持一定量的新鮮空氣進入著火區(qū)域，以確保排煙效果。

改裝艦船難以實現機械排煙的主要原因是防火防煙系統的功能要求與艦上既有的空調通風系統有一定差距。常規(guī)暖通系統設計需要滿足的所有要求均來自艦員以及設備對居住性和環(huán)境舒適度的需求，不僅被要求在功能上要具備濕度適當、風速適當，還被要求要能保證室內環(huán)境的清潔度。機械排煙系統重點是排煙量是否滿足煙霧生成速度，能否盡快在局部范圍內建立壓力差和是否有足夠的隔離組件能迅速阻擋和隔離煙霧沿風管蔓延。通常情況下，機械排煙系統和原艦的空調通風系統難以兼容，或者需要采用較大代價進行改裝。重新設置獨立的機械排煙設施和管路難度較大，對總體布置影響非常大，與原艦的設施管線也必然嚴重相互干涉，因此需要設計者慎重決策，控制好改裝范圍和改裝目的。

1.3 主動消煙方式

在受控的火災煙霧彌漫區(qū)域設置煙霧消除裝置，采取主動消煙措施恢復區(qū)域內的能見度，是近年來提出的對艦船火災煙霧控制的一種新的思路。

根據艦船艙室眾多，分隔較為細致的結構特點，通常在水密甲板以上設置有縱向貫穿的內部主通道用于連接各水密區(qū)段和重要艙室。通道又是艦船主要的進出路線,煙氣在通道中的集聚、蔓延阻礙了火災撲救和人員的逃生,造成人員傷亡和火勢蔓延[1]。艦船艙室內空間狹小、密閉，光線昏暗，通風性能較差，火災所產生的濃煙不易被排出，致使艦員探明火情、撲救火災的難度加大[2]。針對艦船的主通道是煙霧集聚高危區(qū)域，對人員逃生救援影響大，且不易排出的問題，借鑒外軍經驗提出以消代排的控煙思路。

在火災煙霧常見聚集部位以及人員通行必經處所設置若干專用消排煙裝置，當火災區(qū)域煙霧向外部蔓延時，損管人員應及時封閉火場周邊通道及各進出口，對火場周邊的毗鄰區(qū)域進行防排部署，防止煙霧沿內部通道繼續(xù)向其他區(qū)域蔓延，將煙霧控制在一定的區(qū)域范圍內。開啟該區(qū)域內的煙霧清除裝置(可通過感煙探頭自動啟動或由艦員手動打開)，采用內循環(huán)冷卻通風的形式將區(qū)域內已聚集的煙霧通過吸附、過濾、水霧噴淋等物理措施在較短時間內予以消除或降低濃度，從而達到迅速恢復該區(qū)域能見度，降低煙霧溫度，減少煙塵對人體的危害的目的，有利于逃生人員和救援人員能及時辨明方向，快速集結并迅速、安全地通過該區(qū)域。

2 防煙區(qū)劃確立

為抑制火災煙霧的危害，艦員和消防損管人員必須了解煙霧在艦上所有可能的遷移途徑，控制火災煙霧在本艦內蔓延，確立艦船防煙區(qū)劃。我國對水面艦船艙室的密性要求有水密、氣密和油密等。在美國相關規(guī)范中，除以上所述內容外，還明確提出了煙密的概念，英國在全艦生存性結構圖中，對火災的區(qū)域設計也提出煙密要求[3-5]。預先劃分有效的煙密區(qū)是實現艦船火災煙霧影響范圍控制的重要保證，艦船防煙分隔應在防火分隔的基礎上開展。防火主豎區(qū)應達到煙密，要有利于艦船防火、滅火的有效性。防火主豎區(qū)的前后端壁是水密主隔壁，一個主豎區(qū)內要含有若干水密主隔壁[6]。研究結果表明，在通道處設置擋煙簾，在艦船內部形成有效的煙霧邊界，阻止火災煙霧擴散，提升艦船消防能力。應在主要的縱向甲板通道煙密分隔處設置擋煙簾以，形成煙密緩沖區(qū)，確?；馂暮笕藛T進出時，該煙密區(qū)仍能保持煙密。

改裝艦船的防煙分區(qū)劃分可以借鑒原艦防火區(qū)劃及設施。防火區(qū)域劃分是全艦區(qū)域劃分的基礎，水密主隔壁的位置沿縱向將主船體分成縱向長度不大于約48 m的若干區(qū)段，并將分隔各區(qū)段的主隔壁作為防火主豎區(qū)進行重點防護，以保證火災時可從大范圍內有效隔絕火焰和火災煙霧[7]。原艦防火分區(qū)的邊界及隔離設施可以直接用于擋煙使用。

煙管區(qū)的控制和形成需要煙霧邊界。根據以上劃分原則，通常依托原艦的防火主隔壁及防火主隔壁上的防火門，縱向將艦艇分隔為若干相對獨立的防煙區(qū)段。在每個防煙區(qū)段內，根據艙室的火災危險程度，對容易產生火災及艦艇指揮、情報部門等重點艙室進行重點隔離防護。

3 防排煙設施設置

3.1 擋煙設施設置

通過對國內外防煙分隔技術的研究現狀調研發(fā)現，擋煙方式主要有防火門及擋煙簾。

設置防火門及擋煙簾的目的主要是在艦船內局部區(qū)域形成有效的煙霧邊界，確?；馂暮笕藛T進出該區(qū)域時該防煙分區(qū)仍能保持較好的隔煙性。

在重點區(qū)域或重點部位加裝擋煙簾是現役艦艇改裝方案中最常見的方式之一。擋煙簾結構簡單，使用方便且安裝受艦總體資源限制少，對阻隔煙霧蔓延具有較好效果，配合移動式排煙組件使用。擋煙簾與防火門在阻煙功能上相似，由于艦船火災煙氣流動特性，擋煙簾與防火門在阻煙作用上有區(qū)別。

防火門只有完全關閉才能起到擋煙作用，且會阻擋人員通行。使用擋煙簾通常封閉上部開口部位2/3，使新鮮空氣得以從下部進入，冷空氣與熱煙霧會自然分層，煙霧在頂部聚集，有利于排煙設備集中抽吸，也有利于消防損管人員從相鄰區(qū)域敷設消防水帶、攜帶消防工具快速進行火場支援。

在設有防火門、水密門的部位，根據人員聚集情況和門使用頻率，設置擋煙簾依然非常必要。

3.2 固定消排煙設施設置

固定式排煙設施通常采用加壓送風和強制抽風方式，利用加壓送風機或負壓排風風機對被保護區(qū)域進行送風和抽風，使其保證一定壓力梯度，以避免著火處的煙氣借助各種動力向被保護區(qū)蔓延。加壓送風或強制抽風需設置大流量、高風壓、耐高溫的專用通風系統(排煙風機)。

根據歐美等發(fā)達國家的艦船煙霧控制研究成果，從其防排煙技術研究的順序可見，艦船排煙技術首先圍繞機艙區(qū)域展開，通過大量實際火災煙氣控制實驗，最后系統建立完整的全艦排煙系統。動力艙作為防控火災煙霧的重點部位是應優(yōu)先考慮的。

常見的動力艙通風系統均設置獨立的、較大流量的風機及進排風系統，實現對動力艙的機械通風換氣能力。通風機一般設置在機艙外部或機艙棚、煙囪等較高部位，在原理上，原艦動力艙的排風系統有利于實現機艙區(qū)域煙霧對外排放。現有艦船動力部位通風系統因風機耐溫能力實際達不到排煙需求，無法兼任排煙作用。目前國內已有部分廠家正在研制大排量的艦用排煙風機，要求能在一定溫度(280 ℃)下正常運行一段時間(不低于30 min)不損壞，可用于動力艙的區(qū)域煙霧排除工作，還能作為日常通風換氣的通風機使用。采取直接換裝耐溫型排煙風機替代原艦排風風機是一種較為簡便可行的改裝方式。設計中應重點校核排煙風機的通風量是否能兼顧日常通風和排煙通風需要。

3.3 移動消排煙設施設置

由于艦艇裝載的危險品較多、艙室較復雜，除動力艙外的其他部位存在發(fā)生小型火災的可能性，為確保滅火的順利進行以及人員的撤離，在破損甲板或損管甲板主通道人員易達部位配置相應的可移式消排煙裝備、消煙模塊、耐高溫排煙軟管等裝備。當形成煙密區(qū)劃以后，可以結合擋煙簾、防煙罩的合理搭配，將火災區(qū)域的煙氣排至艦外或消除。

常見的移動型排煙風機主要為電力和水力兩種驅動方式。水力驅動型可直接利用艦上水滅火系統作為動力源，因其風量風壓較小，僅適用于火災造成區(qū)域失電或必須人工斷電的情況下使用；電氣驅動型相對風壓和排風量較大，使用需要具備可靠的電源動力，適用于火災未造成電力中斷的情況下使用。

排煙風機、消煙模塊以及配套排煙軟管，儲藏在損管隊員易于到達的地方。為配合電力排煙風機的使用，在上述排出部位配置排煙機專用插座。為可靠使用移動排煙風機，插座除由正常配電系統供電外，還應能從本艦的應急電網設施獲得應急電源。水力驅動風機還需要設置相應的排水接口，將驅動水源排至舷外，避免對艦總體造成危害。

3.5 主動消煙設施設置

目前國內船舶針對火災煙氣控制設備主要以抽排為主。由于船舶的結構特點，實際發(fā)生火災時，部分區(qū)域尤其是甲板以下區(qū)域難以直接通達向露天部位，導致需要鋪設的排煙管線較長且彎折較多，當排煙延程阻力過大，超過排煙風機的能力時，排煙效果難以滿足消防需求。排煙管一般需要穿過多個區(qū)域，如本身出現破損時，將直接導致煙霧通過排煙管向經過的區(qū)域泄漏擴散。對于此類排煙困難的部位，設置能就地消煙的裝置。不同于機械排煙過程，煙霧消除裝置是采用封閉內循環(huán)方式消煙，在消煙過程不會產生新鮮空氣及氧氣的補充，對于封閉火場隔絕空氣，防止火災進一步擴大十分有利。

排煙系統設計，通?？蓪⒔涍^重點防排煙區(qū)域的主通道設置為煙霧緩沖區(qū)作為逃生通道或救援集結區(qū)域。設置煙霧緩沖區(qū)的目的是將火災區(qū)域與安全區(qū)域進一步隔離，通過兩道以上的擋煙措施，將煙霧蔓延的速度進一步釋緩，為逃生人員和救援人員集結和采取對策爭取時間。

如果在緩沖區(qū)內設置有火災煙霧快速清除裝置，當其探測到防護區(qū)域內煙霧超過一定濃度值時，可以自動或手動遙控啟動，火災煙霧通過裝置內置的風機吸入，經煙霧及有毒、有害氣體過濾模塊處理后排出。火災煙霧在艙室內循環(huán)通過煙霧快速清除裝置后實現火災煙氣快速清除提高，短期內提升能見度，方便該區(qū)域的人員及時發(fā)現逃生出口和火災現場入口，并進一步減緩煙霧蔓延速度。

火災煙霧快速清除通常設置于較封閉的區(qū)域或需要在發(fā)生火災時進行封閉的處所，有利于消防人員集結和火場人員疏散。

4 結論

文中討論了對于改裝艦船防煙區(qū)劃的劃分方法以及各類消排煙設施的特點與設置策略。在現役水面艦艇改裝設計時，應將防排煙系統的設計側重于優(yōu)先實現煙區(qū)分隔能力建設，再確立以重點艙室、重點部位為防范對象，貫徹以擋煙為主，機械排煙與消排結合的火災煙霧防控思路。立足現有技術，注重系統先進性和工程可實施性的相對關系，符合改裝工程的客觀條件和實際情況。