艦艇機艙滅火系統(tǒng)特點及應(yīng)用

鐘芳明，鄧維杰，張明明

（武警海警學(xué)院，浙江 寧波 315801）

0 引言

船舶火災(zāi)被列為當(dāng)前海上突發(fā)事件中危害最大、后果最為嚴(yán)重的災(zāi)難之一[1]。如何有效防范和撲救船舶火災(zāi)，成了消防主管部門、船公司、船舶等極為關(guān)注的問題。機艙火災(zāi)是艦艇火災(zāi)中最常見的情形，這是由機艙特定的功能和特殊的工作環(huán)境所決定的。同時，機艙發(fā)生火災(zāi)時，艦艇往往難以獲得及時有效的外界支援，這就要求艦艇自身必須具備相當(dāng)?shù)幕馂?zāi)自救能力。艦艇自身滅火能力的大小取決于多方面的因素，包括滅火裝備的配備是否合理、艦員的戰(zhàn)斗作風(fēng)是否頑強、艦員個人與整體訓(xùn)練水平的高低以及日常的防火工作是否得到有效落實等。其中，機艙滅火裝備在艦艇滅火的實戰(zhàn)運用中是否高效實用，應(yīng)當(dāng)引起艦艇、部隊裝備采購部門以及設(shè)備供應(yīng)商的高度重視。

1 機艙火災(zāi)的特點

機艙通常被稱為艦艇的心臟，這主要是由于機艙需要為艦艇的航行和執(zhí)行任務(wù)提供動力和電力等關(guān)鍵資源。機艙同時又是艦艇火災(zāi)的高發(fā)部位，總體來看，機艙火災(zāi)的特點主要包括4點：

1）艙內(nèi)引發(fā)火災(zāi)的因素多

典型的起火因素包括動力設(shè)備附屬的大量供油管路當(dāng)中，由于管路破裂或接頭、閥門破損等導(dǎo)致壓力油泄露或噴濺，接觸動力機械的高溫部件引發(fā)燃燒；艙內(nèi)大量電氣設(shè)備因工況突變、故障或者人員誤操作等導(dǎo)致電力系統(tǒng)過載、短路等引發(fā)電火；機艙內(nèi)臨時放置的廢棄油液、含油抹布等清理不及時引發(fā)自燃等。

2）電氣設(shè)備起火概率大

電火的發(fā)生，有時是由于設(shè)備短路、過載導(dǎo)致線路發(fā)熱量急劇增加，引發(fā)電力系統(tǒng)內(nèi)部可燃物質(zhì)燃燒。起火的原因，一方面是用電設(shè)備工作效能下降導(dǎo)致電力負(fù)荷增大，引發(fā)設(shè)備及線路發(fā)熱量增大；另一方面在于機艙環(huán)境溫度較高，進(jìn)一步提高了線路、元件的工作溫度，進(jìn)而引起火災(zāi)。

3）油火起火突然且往往火勢蔓延迅猛

起火的油液往往來自于管路內(nèi)壓力油的突然噴射，因而起火前往往難以預(yù)料。油液的噴濺往往導(dǎo)致火勢起火面擴大、火勢蔓延，加之機艙往往空間較大，有利于火災(zāi)的燃燒和發(fā)展，因而滅火人員難以在初火階段將火撲滅。

4）容易發(fā)生大火且對艦艇危害較大

前面提到，機艙布置眾多熱源以及油路，且空間較為開闊，有利于火災(zāi)在初期充分發(fā)展進(jìn)而形成嚴(yán)重火災(zāi)。此外，機艙火災(zāi)造成的損害以及滅火行動的戰(zhàn)術(shù)要求往往導(dǎo)致艙內(nèi)動力設(shè)備停止工作，進(jìn)而引發(fā)全艦失去動力甚至全艦失電，進(jìn)一步影響艦艇滅火行動。驅(qū)護艦的機艙上部甲板、平臺往往布置有彈藥發(fā)射裝置，火災(zāi)向上蔓延可能引發(fā)災(zāi)難性后果。

2 機艙常用滅火裝備特點分析

考慮到機艙火災(zāi)的特點及危害，機艙通常配備數(shù)量較多、種類較為齊全的滅火裝備。當(dāng)前，常用的滅火裝備主要包括水滅火系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、局部細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以及空氣泡沫滅火系統(tǒng)。

2.1 水滅火系統(tǒng)

水滅火系統(tǒng)在艦艇滅火中得到廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢在于：1）在海上，水是取之不盡、用之不竭的天然滅火劑，取用便捷；2）水/水霧對于火災(zāi)具有一定的冷卻作用，對于艙內(nèi)火災(zāi)，水蒸發(fā)形成的水蒸汽可以稀釋艙內(nèi)氧氣含量從而具有窒息效果；3）開花水槍形成的水霧可在滅火行動中用于人員的防護；4）消防管路的布置具有高效便利的特點，其分布范圍幾乎可以到達(dá)艦艇任一部位，有利于全艦廣泛布置消防栓；5）消防水在艦艇上可作為工作水應(yīng)用于噴水系統(tǒng)、甲板泡沫滅火系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、艙底疏排水系統(tǒng)、設(shè)備冷卻等系統(tǒng)。水消防系統(tǒng)的不足之處主要有：1）面對機艙油火，水霧可用于降低艙內(nèi)溫度，但滅火效果不足，且不可與帶電設(shè)備發(fā)生接觸；2）海水用于滅火或者訓(xùn)練的同時，容易對艙內(nèi)設(shè)備造成腐蝕、引發(fā)電氣設(shè)備故障等，副作用明顯；3）水消防管路容易因艦艇發(fā)生事故、戰(zhàn)斗等原因受損，此時必須采取隔離、管路重構(gòu)等措施，維持消防水壓力處于規(guī)定值。

2.2 噴水系統(tǒng)

噴水系統(tǒng)又稱噴淋系統(tǒng)，一般安裝于艦艇的彈藥艙、導(dǎo)彈艙、魚雷庫等場所，用于彈藥的冷卻降溫以及撲滅彈藥火災(zāi)。也有部分艦艇將其安裝在機艙值班部位、主輔機艙出入口以及應(yīng)急脫險通道出入口，形成水簾用于防火隔離。噴水系統(tǒng)的工作方式包括自動啟動和人工啟動2種方式。水的來源可以是水消防系統(tǒng)，也可以通過設(shè)置專門的壓力水柜和水泵供應(yīng)淡水。采用水消防系統(tǒng)供水可以極大地方便管路的布置，但海水對管路、裝備具有腐蝕性，增加了系統(tǒng)的維護成本；若采用淡水供應(yīng)，則需要設(shè)置專門的艙室或空間用以布置水柜、水泵，并安裝獨立的管路。

2.3 氣體滅火系統(tǒng)

艦艇內(nèi)部往往通過甲板和艙壁分隔成相對獨立的艙室，易于形成密閉的空間。結(jié)合這一結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)窒息滅火的原理，對于一些重要的、易發(fā)生火災(zāi)的艙室，配備全淹沒式氣體滅火系統(tǒng)。此類滅火裝置（見圖1）具有滅火高效、原理簡單、易于操作執(zhí)行的特點，目前已廣泛運用于軍用和民用的艦船?！杜灤酪蟆芬?guī)定，水面艦船應(yīng)當(dāng)在主輔機艙、鍋爐艙配備鹵代烷滅火系統(tǒng)/二氧化碳滅火系統(tǒng)/泡沫滅火系統(tǒng)[2]。鹵代烷（哈龍）滅火劑作為氣體滅火系統(tǒng)曾廣泛應(yīng)用于船舶機艙滅火，具有低毒、高效、穩(wěn)定和便于存儲等特點，但由于哈龍滅火劑對大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，隨著20世紀(jì)80年代2個重要公約——《保護臭氧層維也納公約》和《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾協(xié)議書》的通過，哈龍滅火劑被停止使用，各國也開始不約而同地積極尋找替代滅火劑[3]。

圖1 氣體滅火裝置（滅火站）

氣體滅火系統(tǒng)在機艙滅火應(yīng)用中存在的問題主要有：1）全浸沒式滅火系統(tǒng)對艙室密閉的要求較高，然而機艙由于其頂部設(shè)置有進(jìn)排氣道，雖然部分艦艇的機艙頂部設(shè)置有開閉裝置，但仍很難滿足這一點，進(jìn)而影響封艙滅火效果；2）機艙一般具有較大的空間，垂直方向上往往從下層甲板貫穿至上層甲板，這有利于火勢的發(fā)展。此外，燃燒的同時往往形成上升氣流，氣體滅火劑進(jìn)入機艙后受到煙氣運動的影響，滅火效能大打折扣[4]；3）當(dāng)前，氣體滅火系統(tǒng)通常在封艙滅火戰(zhàn)術(shù)運用的背景下使用，該戰(zhàn)術(shù)的運用須遵循一套基本的流程，包括易燃易爆物品的搬離、重要文書資料的攜帶、停止動力電力設(shè)備工作、關(guān)閉通風(fēng)裝置、密閉艙室、人員全部撤出等步驟。從滅火系統(tǒng)的開啟到滅火劑進(jìn)入機艙的耗時往往以分鐘計，在滅火時機上存在著不可忽略的延遲；4）由于二氧化碳?xì)怏w對人體而言有毒，已發(fā)生過多起因誤操作而引發(fā)的人員傷亡事故[5]，因此，在日常管理和滅火應(yīng)用中都需要注意。

2.4 局部細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)（見圖2）被普遍認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的滅火系統(tǒng)之一。

圖2 水霧滅火系統(tǒng)控制機構(gòu)

近年來，各國海軍紛紛開始將細(xì)水霧引入到軍用艦艇上來。細(xì)水霧最初在20世紀(jì)40年代開始應(yīng)用到消防領(lǐng)域[6]，90年代初，芬蘭、美國、加拿大和德國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家開始研發(fā)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)[7]。美國于1996年由消防聯(lián)合會細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)委員會發(fā)布了NFPA750《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》，對于指導(dǎo)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用起到了積極的推動作用[8]。同時，2000年通過的“SOLAS公約”修正案中規(guī)定：500 t及以上的客船和2 000 t及以上的貨船，容積超過500 m3的A類機器處所均應(yīng)設(shè)置固定式局部水基滅火系統(tǒng)。用來對下述危險失火區(qū)域進(jìn)行保護：主機/發(fā)電機/內(nèi)燃機可能失火部位、鍋爐燃燒器部位、焚燒爐和加熱油濾器等。

將細(xì)水霧應(yīng)用于機艙滅火具有諸多優(yōu)點：1）細(xì)水霧系統(tǒng)產(chǎn)生的霧滴顆粒更細(xì)，汽化快，因而吸熱效率相比普通水霧大大提高，具有很好的冷卻降溫作用。因此，細(xì)水霧系統(tǒng)可以迅速、有效地控制火災(zāi)艙室溫度，滅火后不會復(fù)燃；2）相比于海水滅火造成的高腐蝕性以及導(dǎo)電性對電氣設(shè)備和滅火人員帶來的危害，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)采用淡水作為滅火介質(zhì)，能有效地?fù)錅鏏類、B類火災(zāi)和電氣火災(zāi)，不會對保護區(qū)域的電氣設(shè)備造成損害；3）細(xì)水霧系統(tǒng)的耗水量少，且滅火后基本沒有排放積水的要求，不會對艦艇的穩(wěn)性產(chǎn)生影響；4）細(xì)水霧對人體無害，火災(zāi)發(fā)生后可立即啟動細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，人員不必撤離現(xiàn)場，為進(jìn)一步采取滅火措施贏得寶貴的時間；5）滅火后不會帶來額外的有害或有毒氣體，且對于火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧具有吸附作用，有利于艦員在艙內(nèi)展開滅火行動。

2.5 空氣泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫滅火劑通過表面覆蓋以及一定的冷卻降溫效果達(dá)到滅火的目的，可用于撲滅液體火災(zāi)?？諝馀菽b置（見圖3）的發(fā)泡量大，可在短時間內(nèi)覆蓋燃燒液體的表面，因而特別適合用于撲滅艦艇大艙室甚至敞開空間的油火。目前，國內(nèi)外艦艇已經(jīng)廣泛將固定式泡沫滅火裝置應(yīng)用于直升機起降平臺、飛行甲板、機庫等敞開空間的滅火以及人員營救。鑒于泡沫滅火劑在撲滅油火中的獨特優(yōu)勢，一些艦艇也在機艙配備了空氣泡沫滅火裝置，其組成主要包括裝有泡沫混合液的泡沫罐、壓縮空氣瓶、泡沫輸送軟管以及泡沫槍等，均設(shè)置在機艙內(nèi)，并可在機艙內(nèi)啟動和使用。

圖3 甲板泡沫滅火裝置（泡沫原液罐）

將空氣泡沫滅火裝置應(yīng)用于機艙滅火，面臨2個問題：1）機艙內(nèi)電氣設(shè)備多，在艙內(nèi)設(shè)備暫未斷電的情況下，使用過程中應(yīng)避開電氣設(shè)備，避免泡沫大量進(jìn)入帶電設(shè)備引發(fā)不良后果；2）機艙油火通常燃燒猛烈，泡沫在上升熱煙氣以及機艙設(shè)備、結(jié)構(gòu)等障礙的影響下是否能夠順利到達(dá)起火部位并形成有效的覆蓋層[9]。

3 從滅火戰(zhàn)術(shù)角度考察機艙滅火裝備的配備與應(yīng)用

1）配齊手提式滅火器，強化對于機艙初火的處置。

手提式滅火器具有便捷、高效、單人可操作的特點，可以在人員力量單薄的情況下第一時間迅速處置火情。電氣設(shè)備火災(zāi)，其實質(zhì)是電氣系統(tǒng)工作溫度超出了安全值，導(dǎo)致設(shè)備以及線路中的橡膠、斷路器等固體可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒。因此，面對電氣設(shè)備火災(zāi)，手提式滅火器可用于迅速撲滅初火，甚至可以在設(shè)備帶電的情況下直接滅火，提高了滅火效率，減小因為采取區(qū)域斷電等滅火措施對機艙其他設(shè)備帶來的不利影響。對于油火，由于液體火災(zāi)易蔓延，起火面迅速擴大，手提式滅火器的滅火效果往往不夠理想；但由于其取用的便利性和易于操作的特點，對于初始階段的油火，手提式滅火器仍然是艦員首先使用的滅火設(shè)備。另外，機艙空間開闊，使用手提式滅火器有利于支援人員從機艙不同方向接近火源，最大程度發(fā)揮滅火人員和滅火器的數(shù)量優(yōu)勢。

2）氣體滅火系統(tǒng)滅火效果有限，且不利于充分發(fā)揮人員和滅火裝備的效用。

封艙滅火，利用了艦艇艙室易于封閉這一結(jié)構(gòu)特點，是艦艇滅火行動中的一項重要滅火戰(zhàn)術(shù)。其滅火原理是窒息滅火：一方面通過密閉艙室阻止新鮮空氣進(jìn)入起火艙室，另一方面通過向艙室內(nèi)釋放惰性氣體，進(jìn)一步強化窒息滅火的效果。然而，封艙滅火措施運用于機艙滅火并不托底。一方面，由于機艙需要布置原動機附屬的進(jìn)排氣空氣管道，因而機艙頂棚設(shè)有大開口。雖然部分艦艇在機艙頂部設(shè)置有風(fēng)道關(guān)閉裝置，仍難以做到完全阻止機艙與外界空氣的連通，影響了艙室密閉的效果，進(jìn)而導(dǎo)致封艙滅火效果大打折扣。關(guān)于這一點，在海軍某艦艇的一次機艙滅火行動中已經(jīng)得到了印證。此外，采用封艙滅火措施，要求艙內(nèi)人員迅速撤出，對機艙采取關(guān)閉艙門、艙口蓋等封閉措施，此時，滅火人員可以采取的直接滅火行動非常有限，艦員能夠開展的工作僅僅是在外圍密切關(guān)注機艙周圍艙壁的溫度并視情使用消防水進(jìn)行冷卻，而大量滅火人員和滅火設(shè)備卻無法投入到滅火的行動當(dāng)中。

3）配備細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可以壓制火勢，掩護艦員在艙內(nèi)的滅火行動。

機艙油火的來源，主要是由于管路破裂或接頭、閥門破損等導(dǎo)致壓力油泄露或噴濺，接觸機艙動力機械或鍋爐等裝備的高溫部件引發(fā)燃燒。這類油火往往起火突然，易蔓延，短短幾十秒時間即可在艙內(nèi)形成大火。油液燃燒往往伴有大量濃煙，導(dǎo)致滅火人員視線嚴(yán)重受阻，且機艙空間較大，起火初期充足的空氣條件有利于燃燒的發(fā)展并形成機艙高溫的環(huán)境，給滅火人員的心理上和行動上帶來較大挑戰(zhàn)。細(xì)水霧滅火的一個重要特點是通過極細(xì)小的水霧對煙氣有吸附作用，一定程度上達(dá)到凈化空氣的效果，便于滅火人員進(jìn)入機艙到達(dá)預(yù)定部位滅火或營救人員。細(xì)水霧蒸發(fā)時吸熱效果明顯，有利于控制機艙溫度，壓制火勢，利于艦艇充分發(fā)揮人員和滅火裝備優(yōu)勢進(jìn)入機艙開展滅火行動。2.2 節(jié)中提到，氣體滅火裝置在機艙出現(xiàn)嚴(yán)重火災(zāi)時難以確保滅火效果；借助氣體滅火系統(tǒng)運用封艙滅火戰(zhàn)術(shù)，在滅火資源的運用上并不充分；CO2滅火系統(tǒng)在保管、檢修以及滅火釋放過程中均存在一定的安全隱患。對比而言，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有諸多明顯優(yōu)勢，這也是當(dāng)前其受到廣泛關(guān)注的重要原因之一。

4 結(jié)論

艦艇火災(zāi)時有發(fā)生，且由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部空間相對獨立，使得火災(zāi)的發(fā)生相對隱蔽，容易錯過撲滅初火的有利時機。加之艦艇在海上相對孤立，往往難以在短時間內(nèi)獲得及時支援，一旦對火災(zāi)控制不利，對艦艇的航行和執(zhí)行任務(wù)帶來極為不利的影響。機艙是火災(zāi)發(fā)生的重要源頭，對于機艙滅火系統(tǒng)的配備，不能孤立地從滅火裝置自身的功能/結(jié)構(gòu)特點/滅火性能出發(fā)，還應(yīng)當(dāng)在結(jié)合艦艇使命任務(wù)、機艙火災(zāi)特點的基礎(chǔ)上，深入分析和研究艦艇滅火戰(zhàn)術(shù)的特點，將艦艇滅火的硬件資源與艦艇的人力資源有機結(jié)合起來，最大化地發(fā)揮艦艇有限的滅火資源，提升艦艇整體防火與滅火能力。