海工項目火氣控制分析

陳 萍

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

火災(zāi)是海洋工程項目中威脅人員及設(shè)備安全的重大災(zāi)害之一[1]，為了保證人員的安全和生產(chǎn)的連續(xù)，一套可靠的火氣自動探測及關(guān)斷系統(tǒng)必不可少。該系統(tǒng)需要對船舶特別是生活樓進(jìn)行防火區(qū)域劃分，綜合考慮通風(fēng)、消防、防火艙壁等因素，合理布置火氣探測器，制定火氣關(guān)斷原則，以便在發(fā)生火災(zāi)的初始階段，能迅速自動識別火災(zāi)，準(zhǔn)確定位，并能快速切斷相關(guān)通風(fēng)、輸油系統(tǒng)，使因單個區(qū)域發(fā)生火災(zāi)或探測到可燃?xì)怏w泄露對整個生活樓區(qū)域乃至全船的影響降低到最小。

本文將以某海工項目生活樓為例，闡述火氣自動探測及關(guān)斷系統(tǒng)的設(shè)計原則和控制邏輯。

1 防火分區(qū)

在設(shè)計船舶火氣控制系統(tǒng)之初，首先要制定全船防火區(qū)域劃分，完成防火區(qū)域劃分圖。防火區(qū)域劃分是指根據(jù)相關(guān)規(guī)范和船東的要求，根據(jù)每個區(qū)域的實際功能和防火分隔設(shè)計原則，將全船劃分成若干個區(qū)域，將相似的區(qū)域歸于同一個防火分區(qū)，以便在進(jìn)行火氣關(guān)斷時統(tǒng)一控制，是整個火氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。中國船級社海上浮式裝置入級規(guī)范[2]規(guī)定控制站、服務(wù)處所和起居處所可以作為一個分區(qū)，A類機(jī)器處所作為另一個分區(qū)。

在生活樓中，初步準(zhǔn)備將除應(yīng)急發(fā)電機(jī)室外的其他區(qū)域作為一個防火分區(qū)，但考慮到在失火的時候，通風(fēng)系統(tǒng)將統(tǒng)一關(guān)閉，會影響人員逃生和重要設(shè)備[3]的工作，因此該項目把控制站、易著火處所、應(yīng)急情況下仍需要工作的設(shè)備存放處所、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與其他區(qū)域分隔開，形成一個個單獨(dú)的防火分區(qū)，具體如下：

Z01：服務(wù)和起居處所，包括所有的房間及內(nèi)走廊。

Z02：生活樓主梯道，特指人員逃生所使用的主通道。

Z03：空調(diào)機(jī)室，房間內(nèi)布置服務(wù)于生活樓的中央空調(diào)機(jī)組。

Z04：重要設(shè)備處所，包括中控室、通信設(shè)備間、儀表間、無線電室。

Z05：蓄電池間，指獨(dú)立的存放蓄電池的單獨(dú)房間，該房間在蓄電池充電時會有氫氣釋放的可能。

Z06：應(yīng)急發(fā)電機(jī)室，位于生活樓的機(jī)器設(shè)備間。

Z07：廚房。

2 火氣自動探測系統(tǒng)

火災(zāi)自動探測系統(tǒng)是火氣控制系統(tǒng)設(shè)計的第一步，該系統(tǒng)使用火災(zāi)探測器作為探測原件，能自動檢測生活樓內(nèi)每一個失火地點(diǎn)的火災(zāi)，盡可能探知火災(zāi)的初期階段，探測器的選取應(yīng)適合于處所的環(huán)境、性質(zhì)和潛在的失火征兆[4]。

火災(zāi)探測器主要有差定感溫探測器、光電感煙探測器、火焰探測器、組合式探測器、手動報警按鈕等。

差定溫型探測器的差溫元件利用室內(nèi)局部溫度升高異常狀態(tài)時可發(fā)生報警信號，同時在溫度上升到一定限值時，又能發(fā)出定溫的報警信號。

光電感煙探測器是利用火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧改變光敏元件受光的強(qiáng)弱而發(fā)出報警信號。

火焰探測器利用火災(zāi)產(chǎn)生火焰的輻射光，通常是紅外光或紫外光，實現(xiàn)火災(zāi)的探測。

由于各種探測器的敏感元件均有各自的特點(diǎn)和局限性，為了達(dá)到早期報警的作用，同時又要保證探測器功能的可靠性，可以在感煙探測器內(nèi)部增加感溫原件組成煙溫組合式探測器。

手動報警按鈕是人工手動報警，由船上工作人員手動操作，并觸發(fā)報警電信號。

生活樓區(qū)域綜合考慮了每個房間的可燃物性質(zhì)，發(fā)生火災(zāi)時初期的表象，結(jié)合船檢及船東的要求，依據(jù)以下原則布置了火災(zāi)探測器：

1）在房間和通道處所布置了可尋址式光電感煙探測器。

2）在應(yīng)急發(fā)電機(jī)室布置了可尋址式感煙探測器，火焰探測器。

3）在所有重要房間和主通道的出口處布置了手動報警按鈕。

4）在電池間增布了氫氣探測器。

由于海工項目存在可燃?xì)怏w泄漏風(fēng)險，并可以進(jìn)入生活區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)，加大生活區(qū)的失火風(fēng)險，因此需要在通風(fēng)入口處布置可燃?xì)怏w探測器，用以檢測是否有可燃?xì)怏w泄露并進(jìn)入生活區(qū)。

火災(zāi)發(fā)生時，煙霧彌漫，溫度升高，火光沖天，各種探測器各司其職，在探測器敏感原件探測到相關(guān)變化后，及時把報警信息輸送給火災(zāi)報警控制箱。為防止火器探測器發(fā)生誤報警，導(dǎo)致不當(dāng)?shù)暮罄m(xù)關(guān)斷動作，該項目對探測器探測到的火警信號在火災(zāi)報警控制箱采用了如下表決策略，相關(guān)防火分區(qū)是否有火災(zāi)發(fā)生或可燃?xì)怏w泄漏由表決結(jié)果確定。

1）手動報警按鈕。1ooN（N為該防火分區(qū)內(nèi)探測器的數(shù)量），任何一個報警按鈕觸發(fā)，定為確認(rèn)的火警信號。

2）感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器。2ooN，2個探測器觸發(fā)，定為確認(rèn)的火警信號；

3）當(dāng)防火分區(qū)內(nèi)只有 1個探測器時，不論該探測器的類型，采用1ooN，當(dāng)探測器觸發(fā)，即定為確認(rèn)的火警信號；

4）當(dāng)防火分區(qū)內(nèi)有2個探測器時，其中1個發(fā)生故障時，采用1ooN，當(dāng)該正常工作的探測器觸發(fā)，即定為確認(rèn)的火警信號；

5）對于防火分區(qū)Z04重要設(shè)備處所，采用1ooN，任何一個探測器觸發(fā)，定為確認(rèn)的火警信號。

6）對于蓄電池間的氫氣探測器，在探測器檢測到氫氣濃度為15%LEL（最低爆炸下限），定為監(jiān)測到氫氣泄露。

7）對于通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)口處的可燃?xì)怏w探測器，根據(jù)監(jiān)測到的可燃?xì)怏w濃度不同，執(zhí)行如下表決邏輯。

（1）2ooN，當(dāng)有2個探測器檢測到在可燃?xì)怏w濃度等于或高于20%LEL，定為監(jiān)測到可燃?xì)怏w泄露。

（2）1ooN，當(dāng)有1個探測器檢測到在可燃?xì)怏w濃度等于60%LEL，定為監(jiān)測到可燃?xì)怏w。

各類經(jīng)過表決確認(rèn)后的報警信號輸送到火氣關(guān)斷控制箱，并根據(jù)關(guān)斷邏輯，觸發(fā)相應(yīng)的火氣關(guān)斷功能。

3 火氣關(guān)斷

根據(jù)中國船級社海上浮式裝置入級規(guī)范要求，由火災(zāi)或可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)探測到的異常情況自動或經(jīng)人工確認(rèn)后手動地啟動火氣關(guān)斷。火氣關(guān)斷應(yīng)關(guān)斷該防火分區(qū)內(nèi)的風(fēng)機(jī)、空調(diào)、輸油裝置、燃油設(shè)備、防火風(fēng)閘等設(shè)備，但消防設(shè)施、通信設(shè)備、直升機(jī)甲板邊界燈、障礙燈、霧燈、霧笛、應(yīng)急照明及發(fā)電和供電設(shè)備應(yīng)保持工作狀態(tài)。

火氣關(guān)斷風(fēng)機(jī)、空調(diào)和防火風(fēng)閘的目的是切斷失火區(qū)內(nèi)空氣的供給，但非失火區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可保持正常運(yùn)行。生活樓根據(jù)通風(fēng)空調(diào)專業(yè)的設(shè)計原理，簡要繪制的7個防火分區(qū)的通風(fēng)氣流流向，如圖1所示。

圖1 通風(fēng)氣流流向圖

Z01服務(wù)和起居處所由主空調(diào)機(jī)組集中供空調(diào)風(fēng)，由排風(fēng)機(jī)排風(fēng)到室外。

Z02生活樓主梯道由主空調(diào)機(jī)組供空調(diào)風(fēng)，由排風(fēng)機(jī)排風(fēng)到室外，另外設(shè)置單獨(dú)的加壓風(fēng)機(jī)提供室外新風(fēng)，以保證Z01區(qū)域失火時主梯道內(nèi)沒有煙氣進(jìn)入，為人員的逃生提供安全保障。

Z03空調(diào)機(jī)室用于放置主空調(diào)機(jī)組并負(fù)責(zé)整個生活樓的空調(diào)供風(fēng)，設(shè)置2個彼此遠(yuǎn)離的進(jìn)風(fēng)口，由排風(fēng)機(jī)排風(fēng)到室外。

Z04重要設(shè)備間平時由主空調(diào)機(jī)組供空調(diào)風(fēng)，但在每個房間內(nèi)單獨(dú)設(shè)置獨(dú)立空調(diào)機(jī)組，采用2×100%的冗余配置方案，保證主空調(diào)機(jī)組發(fā)生故障時，不對該區(qū)域產(chǎn)生影響，由排風(fēng)機(jī)排風(fēng)到室外。

Z05蓄電池間、Z06應(yīng)急發(fā)電機(jī)室和Z07廚房設(shè)置各自獨(dú)立的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)。

在清晰了每個防火區(qū)的通風(fēng)情況，明確了防火分區(qū)內(nèi)的設(shè)備種類后，根據(jù)基本火氣關(guān)斷原則，分區(qū)制定火氣控制邏輯圖如圖2所示，為最終的因果邏輯表奠定基礎(chǔ)。

圖2 火氣控制邏輯圖

具體火氣控制邏輯分析如下：

1）Z01區(qū)域內(nèi)失火時，關(guān)斷該區(qū)域內(nèi)所有風(fēng)機(jī)、防火風(fēng)閘、空調(diào)設(shè)備。同時關(guān)斷通往其他區(qū)域的風(fēng)道上的防火風(fēng)閘。如果在Z01區(qū)域失火時，Z02區(qū)域未發(fā)生火災(zāi)，則啟動 Z02區(qū)域內(nèi)的加壓風(fēng)機(jī)，使主梯道內(nèi)形成正壓，便于人員從該區(qū)域逃生。此時Z其他區(qū)域內(nèi)的設(shè)備正常運(yùn)行，不受影響。

2）Z02區(qū)域確認(rèn)失火時或通風(fēng)進(jìn)口檢測到可燃?xì)怏w時，關(guān)斷該區(qū)域內(nèi)所有風(fēng)機(jī)、防火風(fēng)閘和關(guān)斷通往其他區(qū)域風(fēng)道上的防火氣密風(fēng)閘。其他區(qū)域的設(shè)備正常運(yùn)行，不受影響。

3）Z03區(qū)域為整個生活區(qū)提供集中空調(diào)供風(fēng)，因此僅監(jiān)測到一個通風(fēng)進(jìn)口有可燃?xì)怏w時，則關(guān)閉該處的防火氣密風(fēng)閘，主空調(diào)機(jī)組保持正常工作。只有在2處通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口都檢測到可燃?xì)怏w，或者該房間失火時，才關(guān)閉該房間的所有防火氣密風(fēng)閘及停止空調(diào)機(jī)組運(yùn)行。同時需關(guān)斷Z01和Z02區(qū)域的排風(fēng)機(jī)。保證這2個區(qū)域不至產(chǎn)生過大負(fù)壓。

4）Z04區(qū)域啟動獨(dú)立空調(diào)進(jìn)行送風(fēng)，該區(qū)域內(nèi)的風(fēng)機(jī)、防火風(fēng)閘正常工作，不受影響。

5）Z04區(qū)域失火時或通風(fēng)進(jìn)口檢測到可燃?xì)怏w時，關(guān)斷該區(qū)域內(nèi)的所有風(fēng)機(jī)、防火氣密風(fēng)閘，獨(dú)立空調(diào)設(shè)備。其他區(qū)域的設(shè)備正常運(yùn)行，不受影響。

6）Z05區(qū)域內(nèi)失火時或通風(fēng)進(jìn)口檢測到可燃?xì)怏w時，關(guān)閉該區(qū)域內(nèi)的所有風(fēng)機(jī)、防火氣密風(fēng)閘。當(dāng)檢測到氫氣泄露時，啟動備用送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，增強(qiáng)通風(fēng)，降低氫氣濃度，同時停止給電池充電。

7）Z06區(qū)域失火時或通風(fēng)進(jìn)口檢測到可燃?xì)怏w時，在應(yīng)急發(fā)電機(jī)未工作時，關(guān)斷該區(qū)域內(nèi)所有風(fēng)機(jī)、防火氣密風(fēng)閘及燃油滑油泵；當(dāng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)在工作時，不做任何關(guān)斷動作，僅在火警控制板處提供報警，由船上工作人員決定是否采取關(guān)斷動作。

8）Z07區(qū)域失火時或檢測到可燃?xì)怏w時，關(guān)閉該區(qū)域內(nèi)的所有風(fēng)機(jī)、防火風(fēng)閘及廚房設(shè)備。

根據(jù)以上的基本邏輯分析，針對生活樓內(nèi)具體的每個風(fēng)機(jī)，防火風(fēng)閘、空調(diào)及其他設(shè)備，制作因果邏輯表。某一防火分區(qū)的因果邏輯表如圖3所示。

圖3 因果邏輯表

該邏輯表詳細(xì)列出了本分區(qū)內(nèi)的所有探測器、防火風(fēng)閘、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，并具體體現(xiàn)了之上所述的火氣關(guān)斷控制邏輯關(guān)系。

5 結(jié)論

發(fā)生火災(zāi)時，無論采用何種檢測方法、關(guān)斷邏輯，最終都是要在火勢可控的時候及時撲滅火災(zāi)。海工項目中滅火方式有很多種，通常有滅火器、消防水滅火系統(tǒng)、固定式水噴淋系統(tǒng)、高壓水霧滅火系統(tǒng)、固定式泡沫滅火系統(tǒng)、直升機(jī)甲板固定式泡沫滅火系統(tǒng)、機(jī)器處所使用的高倍泡沫系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、固定式氣體滅火系統(tǒng)等。選擇何種滅火系統(tǒng)取決于該系統(tǒng)所保護(hù)的區(qū)域類型及船級社和船東的相關(guān)要求。

所有火氣控制系統(tǒng)的最終目的是使火災(zāi)所產(chǎn)生的后果減至最低程度，以最大程度保證人員、環(huán)境、設(shè)備和設(shè)施的安全。因此如何設(shè)計一套迅速、高效的火氣控制系統(tǒng)是值得所有相關(guān)環(huán)節(jié)工程設(shè)計人員不斷總結(jié)，深入探索的。