关于船舶机舱火灾的海上救助的一些思考.pdf

消 防 安 全Maritime Safety 水上安全93作者简介：张亮，男，本科，中级职称，研究方向为海上救助。关于船舶机舱火灾的海上救助的一些思考张 亮（交通运输部东海救助局，上海 200090）摘要：随着航运科技的发展，船舶趋于大型化，自动化程度越来越高，而大量新型燃料船舶也投入运行，船舶火灾救助面临着新的考验。船舶机舱承担着船舶航行动力、船舶电力供应、油水处理供应，机舱是燃料、热、电最为集中的位置，并且各种机器和管理汇集，发生火灾不易扑灭。在此，通过归纳船舶机舱火灾的相关知识，为船舶机舱火灾的海上救助提供一些参考。关键词：机舱火灾；大型二氧化碳灭火系统；灭火时间；开舱时间0 引言交通运输部等二十三个部门和单位关于进一步加强海上搜救应急能力建设的意见提出加强船舶火灾救援能力建设，提升船舶火灾救援设备现代化水平。随着船舶现代化的发展，船舶火灾救援能力建设更大地依赖于科技进步、设备更新，对船舶火灾特点和船舶灭火设备进行研究将有利于救援行动的开展，提升救助成效。本文概述火灾、机舱火灾以及船舶大型二氧化碳的相关知识，并且建议船舶大型二氧化碳系统管系上设置二氧化碳灭火剂通用接头，用于外部输入二氧化碳灭火剂对机舱或货舱进行灭火剂补充。1 机舱火灾1.1 火灾相关1.1.1 火灾火灾是指在时间或空间上不受控制的灾害性燃烧。通俗地说，在不应该燃烧的时间发生了燃烧，在不该燃烧的地方发生了燃烧，在当前技术条件下，不能以人的意愿对其进行控制，对船舶设施造成破坏，对船舶人员的生命造成威胁，财产受到损失。1.1.2 燃烧需要氧气燃烧可分为完全燃烧和不完全燃烧，完全燃烧就是燃料中碳、氢、硫与氧反应后生成了 CO2、H2O、SO2，而不完全燃烧中燃料可能生成 CO2、CO、H2O、H2、SO2、CH4等可燃气体及固体可燃物。燃料中主要成分为碳、氢、硫、氧、氮组成，按照完全燃烧来计算理论空气量，生成产物为 CO2、H2O、SO2。即 CO2形成一个碳原子与两个氧原子结合，一个碳原子 12，一个氧原子 16，需要氧的重量为32C/12，同理，形成 H2O 需要氧的量为 16H/2，形成SO2需要氧的量为 32S/32。依此，可以通过燃料中碳、氢、硫、氧的质量比例来求得每公斤燃料完全燃烧需氧气量的质量。以氧气量的质量可求得燃料燃烧的理论空气量。1 kg 液体燃料的理论空气量为 10 11 m3。1.1.3 空气含氧量对燃烧的影响可燃物在着火状况下，现场含氧量低于 16%时，便不足以维持其燃烧，含氧量低于 15%，就会熄灭。可燃物质不同，燃烧所需要的含氧量也不同，如汽油燃烧需要的最低含氧量为 14.4%，煤油燃烧需要的最低含氧量为 15%，甲烷燃烧需要的最低含氧量为 12%，氢气燃烧需要的最低含氧量为 5.9%。1.1.4 燃烧放出的热量可燃物在氧气或空气中完全燃烧，由燃烧的氧化反应中放出热量。热量将以直接传导、热辐射、热对流的方式传递加热物体，使周边温度提高。温度是监控火灾的重要参数，以温度信息对火灾阶段、火灾蔓延、火灾复燃、结构受热变形等进行判断。1.2 机舱火灾的特点机舱火灾初期难发现，发展速度快，容易蔓延，扑救难度大，易出现爆炸。机舱着火初期，因机舱设备分布复杂存在很多视觉盲区，不容易被发现。起火后，机舱存在大量的燃油、润滑油等燃料，火势发展速度很快，并将沿着机器设备、电线、油管等向四周及上部生活区蔓延，一旦火势增大，不仅消耗大量氧气生产高温气体，并且会产生大量有毒浓烟，能见度低，很难判断起火点。机舱结构复杂、设备多，很难靠近对其进行灭火。机舱内有大量高压油路、高压储消 防 安 全水上安全 2023 年 第11期94气瓶等受热膨胀，极易形成物理爆炸，部分区域可燃油气聚集，容易被引燃发生轰燃1。1.3 机舱火灾的成因1）高温高压设备引起火灾。高温高压的油路破裂，喷射出的油气温度超过了燃点，接触机舱内的空气，立即引起燃烧；或因机械故障和操作不当等原因导致锅炉压力超出安全范围，引起锅炉爆炸引发火灾。2）电气设备引起火灾。机舱内的电器线路短路过热、过载超负荷过热、绝缘破坏漏电、出现电火花或电弧等引燃电器电路设备或附近可燃物而造成火灾。3）自燃引起火灾。机舱需要大量棉布、清洁回丝等进行日常清洁，这些物品被长时间遗忘在机舱某个角落，在机舱的高温中内部不断储存热量引起自燃，从而引发机舱起火。4）人为因素引起火灾。违规作业造成明火引起火灾，如违规在机舱进行电气焊等；吸烟、纵火等引起火灾。2 船舶固定式大型二氧化碳灭火系统为了预防船舶火灾，对船舶防火结构、探火设备、火灾报警、灭火设备等都作了要求，船上不仅要配备灭火器、水灭火系统，还应配备固定式灭火系统。而二氧化碳灭火剂以价格低廉，清洁灭火剂、使用方便等优点，固定式二氧化碳灭火系统在现代化船舶上使用较为普遍。2.1 二氧化碳灭火剂特点二氧化碳可稀释火场氧气浓度，有良好的浸入性，有一定的制冷降温作用，是清洁的灭火剂。另外可以稀释可燃气体的浓度，从而使可燃气体浓度小于爆炸下限，起到抑制爆炸的作用。2.2 固定式大型二氧化碳系统中二氧化碳的量按照 SOLAS 公约和消防安全系统规则的规定，固定式大型二氧化碳的量如下：1）除非另有规定，货物处所的二氧化碳量应足以放出至少等于该船最大的装货处所总容积 30%的自由气体。2）机器处所可用的二氧化碳量应足以放出体积至少等于下列两者中较大者的自由气体：被保护的最大机器处所总容积的 40%，该容积不包括机舱棚上部，该部分从舱棚的一个水平面起算，该水平面的面积等于或小于从舱顶到舱棚最低部分的中点处的舱棚水平截面面积的 40%。或被保护的最大机器处所包括舱棚在内的总容积的 35%。小于 2 000 总吨的货船上，至少等于下列两者中的较大值：被保护的最大机器处所总容积 35%，该容积不包括机舱棚上部，该部分从舱棚的一个水平面起算，该水平面的面积等于或小于从舱顶到舱棚最低部分的中点处的舱棚水平截面面积的 35%。被保护的最大机器处所包括机舱棚在内的总容积 30%。为什么规定大型二氧化碳量为场所总容积的 30%、35%或 40%？因为当这些比例的二氧化碳在注入场所后，混合气体含氧量将降至 16%或 15%。而可燃物在着火状况下，现场含氧量低于 16%时，便不足以维持其燃烧，含氧量低于 15%，就会熄灭。以二氧化碳自由气体的容积应以 0.56 m3/kg 换算成所需的质量，按照计算质量充装至高压储存气瓶内2。3 机舱灭火根据机舱火灾的特点，火灾初期可用手提灭火器、消防皮龙、水幕系统、泡沫喷枪等设备进行灭火。当火势较大时，应进行封舱、释放大型二氧化碳等措施进行灭火。3.1 封舱封舱可以有效地阻断机舱外的空气进入，机舱内的空气的氧气在燃烧中被消耗，从而机舱内的空气含氧量至 15%以下，到达机舱灭火作用。封舱效果将影响灭火成效，封舱是机舱灭火的关键。3.2 释放大型二氧化碳船舶大型二氧化碳系统在释放时，将切断机舱风油系统，可以自动关闭机舱通风设备，且切断油路，可有效控制机舱内进排风和可燃物的数量，高压的二氧化碳释放不仅会降低机舱内的氧气含量，还有一定的对火场降温、抑制爆炸的作用。3.3 舱壁冷却舱壁冷却，一般使用消防水系统，对舱壁进行大面积喷洒，使水附着在舱壁上，通过水的高比热特性及汽化吸热的物理性质，带走舱壁上的热量，对舱壁冷却的作用。舱壁冷却也是保证结构完整的有效手段。钢材虽然不易着火，但钢结构的耐火性能差。起火后，温度上升到 500 时，钢材强度将降低一半，至 900 时，钢材强度降低 80%，钢材受热变形会导致船壳变形、漏水。机舱位于船体的下部，机舱封舱后，热烟气无法顺利及时排出，舱室内热量不易散发，加之空间狭小，因此，舱室内温度升高很快。过高的温度将使钢材变形，机舱结构完整性将遭到破坏，防火结构也随之破坏，外界空气将大量进入。3.4 借助外部设施灭火船舶发生火灾将导致船上消防泵、应急消防泵失效以及部分管路破损，可通过国际通岸接头接入外部消 防 安 全Maritime Safety 水上安全95岸上消防水管或他船消防泵，利用自身消防管路进行灭火。救助船舶配置有消防炮，消防炮的射程远、流量大，可对失火船舶的外部进行灭火，且救助船舶配有泡沫灭火剂、燃料克星等灭火剂。3.5 对火场进行监控测温、测火场氧气浓度及燃烧产物的情况来可监控火场情况，其中温度检测和燃烧物辨识是主要方法，探火是对火场监控最为直接的方法。温度检测不仅是测量火场周边的温度高低，还需关注温度的变化。火灾分别为初起阶段、发展阶段、猛烈燃烧阶段、衰减阶段、熄灭阶段。初起阶段为小范围高温，周边升温较慢；发展阶段将随着时间，火场和周边温度将升高，并且温度升高的速率将逐渐增加；猛烈燃烧阶段，火场及周边温度将到达最高值，船舶结构将有可能破坏或垮塌；衰减阶段，火势逐渐减弱，温度逐渐下降；熄灭阶段，火场及周边温度下降至无复燃可能的温度。通过持续测温度的变化，可对火灾蔓延的方向、火势蔓延、火灾的剧烈程度等进行判断。探火即进入火场查验灭火效果，过早地进入火场将带入新鲜空气，有可能造成复燃，而且开启舱门时，有可能受到热浪冲击威胁人员安全。船舶结构强度受火灾影响将大幅降低，探火时容易造成人员伤亡事故。选择探火时机尤为重要，通常选择火灾场所渗出的烟气由黑色变浅至无烟，附近的舱壁温度降至正常。3.6 开舱时间在进行火场探火以后，确认火灾已经扑灭，温度下降至火场无复燃可能，方可开舱通风，进行排出火场有毒的烟气，清理火场。若对火灾是否扑灭没有把握，确实不可操之过急，贸然开舱。4 大型二氧化碳释放灭火中可能出现的问题4.1 维护保养不足大型二氧化碳系统一般采用钢瓶常温储存高压二氧化碳的方式，该方式维护成本较低，但是对储存温度要求较高。温度升高，钢瓶内气体压强将增大，当超过钢瓶安全工作压力时，钢瓶将可能炸裂，为此每个钢瓶设有安全泄压阀，一旦超过设置压强，安全膜破损，通过泄压管路排放。二氧化碳间均放置温度计，用于观测储存温度是否满足要求。4.2 船舶多个舱室着火，二氧化碳灭火剂不足按照要求，在船舶上 CO2保护机舱及多个货舱，那么可用的二氧化碳气体的数量不必多于最大一个货舱的需要量或机器处所的需要量中的较大值。当多个货舱着火时，船舶自身的二氧化碳气体的数量将不足。4.3 释放步骤不对释放步骤不对，在未打开通往舱室的主阀的情况下，打开了钢瓶的释放阀，以致连接瓶体的管路内压力较大，冲开了管路上的泄压阀，导致二氧化碳灭火剂泄露，最终造成释放至舱室内的二氧化碳灭火剂不能达到相应的浓度3。4.4 封舱不严密当封舱不严密，有新鲜空气进入火场，并且二氧化碳灭火剂也可能泄露，从而导致不能降低火场内氧气浓度，导致灭火失败。4.5 LNG 燃料船投入使用大量的液化天然气（liquefied natural gas，LNG）燃料船舶或双燃料船舶投入运营，随着 LNG 燃料的使用逐渐增多，由于 LNG 泄露进而引发火灾甚至爆炸的可能性也逐渐增高4。二氧化碳灭火剂可以更好地与气体燃料混合，降低可燃气体浓度及氧气浓度，达到抑制火灾及抑制爆炸的作用。5 建议建议船舶大型二氧化碳系统进行改进，以便救助船舶对船舶机舱火灾进行二氧化碳灭火剂补充灭火。在实际工作发现，部分船舶在大型二氧化碳气瓶和通入舱室的管理上设有泄压管路，可通过对该管路改进，以便满足从泄压口进行外部二氧化碳灭火剂进行补充，外部泄压设固定标准的通用接头，方便救助船舶或岸基对其进行灭火剂补充，对失火船舶进行内部灭火，提高海上灭火成效。6 结束语船舶机舱火灾是船舶火灾的中最高占比的事故，通过阐述火灾的相关知识，分析船舶机舱火灾特点，以及船舶大型二氧化碳系统灭火情况，为海上救助、海上消防提供参考。并建议通过改进船舶大型二氧化碳的管路，以满足进行二氧化碳灭火剂外部补充。7 参考文献1 郑春生.船舶火灾及灭火救援的探讨 J.消防科学与技术,2011,30(6):536-540.2 方明树.船用 CO2灭火系统的操作及管理维护 J.价值工程,2023,42(20):28-30.3 胡成刚.浅谈船舶固定二氧化碳灭火系统安全管理 J.中国水运,2021(7):36-39.4 娄春景,蒯晶晶,李志鹏,等.LNG 双燃料远洋大型集装箱船消防灭火系统设计J.应用科技,2018,45(3):76-80.