噴氣燃料艙安全性設計

劉亞琴 潘錦平 董茂盛

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

噴氣燃料艙安全性設計

劉亞琴 潘錦平 董茂盛

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

噴氣燃料艙屬于高危險性艙室。從噴氣燃料艙總體布置、安全監控、噴氣燃料艙氣體惰化、隔離艙防爆通風、氣體抑爆、噴淋及浸水7個方面對噴氣燃料艙的安全性進行設計分析。

噴氣燃料艙；防爆；安全性；設計；船舶

1 引言

現代船舶設計建造過程中，噴氣燃料艙越來越常見。由于噴氣燃料閃點低，易揮發，其揮發的油氣與空氣混合形成可燃性氣體，當氣體達到一定濃度時，遇明火就會引起燃燒和爆炸。另外，噴氣燃料在流動、過濾、混合、加注、晃動時，以及噴氣燃料艙在噴霧、噴射、沖洗等情況下，靜電負荷的積累也會引起燃燒和爆炸［1］。基于噴氣燃料艙屬于高危險性和易爆炸區域，其安全性關乎船舶的生命力，噴氣燃料艙的安全性設計顯得尤為重要。

2 噴氣燃料艙安全性設計保障

噴氣燃料艙的安全性保障除在燃料中添加抗靜電劑來抑爆外，還應從總體布置和消防系統設計兩個方面進行考慮。

2.1 總體布置

噴氣燃料艙一般按以下基本原則進行總體布置。

1）噴氣燃料艙一般應布置在主船體內，應盡可能遠離機器處所和有較大失火危險的服務處所，以及可能構成著火危險的機械和設備；

2）噴氣燃料艙周圍應設置隔離艙，以便與其他艙室分開［2］，但在與噴氣燃料泵艙、加油站和輔油料貯藏艙相鄰時除外。條件許可時，舷側應設置結構防護設施；

3）噴氣燃料艙距任何熱表面距離應不小于0.45 m；

4）噴氣燃料艙的形狀應使其盡可能減少自由液面的影響，并應采取措施以最大限度地減少靜電的產生；

5）噴氣燃料的靜電應能傳導到船體；

6）噴氣燃料艙應設置通氣管，管口伸向露天甲板并背向大功率輻射源；

7）固定噴氣燃料艙人孔蓋的螺栓螺母應用不產生火花的材料制成；

8）管路穿過噴氣燃料艙或隔離艙時，應采取措施保證與艙壁有相同等級的耐火完整性。

2.2 消防系統設計

噴氣燃料艙消防系統設計包括安全監控系統、氣體惰化系統、隔離艙防爆通風系統、氣體抑爆系統、噴淋及浸水系統設計5個方面。整個消防系統和設施布置如圖1所示。

圖1 滅火設施布置圖

2.2.1 安全監控系統

噴氣燃料艙的安全狀態由安全監控系統實時監控［3］，安全監控系統設計的主要功能有以下幾點：

1）對噴氣燃料油氣和空氣混合形成的可燃性氣體進行連續監測并進行實時控制。當被檢測油氣濃度達到或超過限定值時，設備可自動發出聲光報警，同時啟動風機或切斷油泵以確保安全。

2）對隔離艙的溫度變化實時監控。當艙室溫度達到或超過限定值時，設備可自動發出聲光報警，提醒操作人員采取應對措施。

3）對噴氣燃料艙內大氣壓力及氧氣濃度進行實時檢測。當氣體壓力或氧氣濃度達到或超過限定值時，設備可發出聲光報警，提醒操作人員采取應對措施。

4）對噴氣燃料艙艙底水位高度進行實時檢測。當液位高度達到或超過限定值時，設備可發出聲光報警，提醒操作人員采取應對措施。

5）對浸水系統、噴淋系統、風機的狀態進行監測，并在顯控臺上實時顯示。

6）能夠提供浸水系統、噴淋系統、氣體抑爆系統遙控啟動功能，并可在顯控臺上直接控制相應設備的開啟。

2.2.2 氣體惰化系統

向噴氣燃料艙加注噴氣燃料時，一般情況下噴氣燃料不會加注到滿艙，這時燃料艙頂部與液面之間會形成一定的空氣層，此空氣層的油氣含量一般都在爆炸下限以上，如果遇到明火、靜電火花或其他不安全因素時，會造成災難性后果。為保證噴氣燃料艙的安全，需要對噴氣燃料艙內部的空氣成份進行適當的控制。大型油船的油艙等一般采取向油艙輸入含氧量極低的惰性氣體來抑爆［4］。將氮氣等惰性氣體注入到噴氣燃料艙頂部，使噴氣燃料艙的氧氣濃度保持在較低的水平，可實現噴氣燃料艙的阻燃、隔爆，確保安全［5］。另外，充注惰性氣體，有效減少燃料艙內的氧氣濃度，可以減緩噴氣燃料的氧化速度，延長燃料保存期限。氣體惰化系統一般情況下要保證噴氣燃料艙氧氣的體積濃度不超過8%。在正常作業中，噴氣燃料艙內的壓力應處于正壓狀態，這樣空氣無法進入。由于噴氣燃料艙在實際運行過程中不停地進行燃料的抽取與注入等工作，惰化控制方式建議可采用全自動方式實現，即實時檢測噴氣燃料艙的壓力變化，實現閉環控制，同時應具有手動控制功能。惰性氣體系統至少應能以船舶最大卸油率125%的速率（以體積計），向噴氣燃料艙輸送惰性氣體。

2.2.3 防爆通風系統

①防爆風機；②空氣格柵；③氣動關閉閥；④出風口；⑤抽風口

隔離艙的防爆通風設計主要是排除從燃料艙中揮發出來的含有油氣的空氣，一般要求是采用機械抽風，自然進風。通風系統設計原理圖見圖2。噴氣燃料隔離艙的換氣次數：抽風為20～25次／h，進風10～15次／h。在自然進風較困難時，也會采用機械進風的方法。考慮進出風量的平衡，進／抽風次數可設計成相同。隔離艙的防爆通風系統要求設計成獨立通風系統，即它的進／排氣口、通風設備以及系統控制，均獨立于船上其他通風系統。其風機必須采用防爆風機，并放置在隔離艙外。吸風口應設置在可燃氣體可能積聚的地方且不產生死角；排風口應設置在遠離熱源或者電氣設備的處所，并在其端口設置可拆卸的防火保護網，如銅絲網等［6］。通風系統設計原理圖見圖2。

由于噴氣燃料揮發時產生的氣體主要是碳氫化合物，其分子式相對于空氣而言較大，油氣一般會沉積在較低的區域，因此抽風口一般布置在艙底，艙頂布置送風口。風口布置形式見圖3。

圖3 通風口布置圖

2.2.4 氣體抑爆系統

氣體抑爆系統的作用是防止不完全燃燒產物與進入被保護艙室內的新鮮空氣混合而引發爆炸。抑爆系統通過噴入滅火劑，降低氧氣的濃度以改變艙內氣體的爆燃值，并通過中斷燃燒的鏈式反應使燃燒停止。船舶上抑爆系統的服務對象為與噴氣燃料使用、輸送相關的艙室。當該艙室油氣濃度達到危險情況時，通過向相關艙室施放一定體積濃度的滅火劑氣體，使其氣相空間惰性化，從而達到抑制燃燒和爆炸的作用。滅火劑一般要求高效、低毒、無污染。國內此類艙室一般選用鹵代烷滅火劑，如1211，1301［7］等。

2.2.5 噴淋及浸水系統

在有關區域設置水噴淋及水浸裝置，當某區域的溫度探測器探測到溫度過高時，適時啟動水噴淋裝置，如對噴氣燃料艙外表面的水噴淋裝置，在周邊艙室發生火災的情況下，可有效降低周圍環境溫度對噴氣燃料安全的影響。噴水系統的噴水量應保證每平方米被保護面積的耗水量不少于9 L／min。在周邊艙室火災較大時，為確保安全，還可緊急啟動水浸裝置將噴氣燃料艙的隔離艙用水淹沒，以確保噴氣燃料艙的安全。

3 結論

噴氣燃料艙屬于高危險區域，在船舶論證、設計和建造中必須綜合考慮各種有效的控制措施進行防火防爆。本文主要從設計的角度就噴氣燃料艙的安全性應注意的事項進行了闡述，從結構設計和綜合消防兩大方面進行了論述。實船中應把預防工作放在首要地位，將預防和撲救有機地結合起來，立足于自防自救，積極做好各項滅火準備，一旦發生火災，應有有效措施迅速將火災撲滅在初期蔓延區域，以最大限度地減小損失。

［1］李海平.艦載噴氣燃料綜合安全保障技術［J］.艦船科學技術，2007，29（4）：86－88.

［2］王志國，仲夏華，等.艦船火災的特點與對策［J］.船舶技術設計交流，2004（2）：43－46.

［3］韓偉，周佳宇，劉克容.艦船損管監控系統的設計考慮［J］.中國艦船研究，2007，2（5）：58－71.

［4］張松鶴，張金宙，吳宇.大型油船采用惰性氣體防爆的分析［J］.航海技術，1995（3）：38－42.

［5］王海福，馮順山.防爆學原理［M］.北京：北京理工大學出版社，2004.

［6］《船舶設計實用手冊冷藏通風》編寫組.船舶設計實用手冊［M］.第6分冊.北京：國防工業出版社，1975.

［7］邱金水.艦船防火滅火系統現狀與發展 ［J］.中國造船，2004，45（12）：325－330.

Safety Design of Aviation Bunker in Surface Ships

Liu Ya-qin Pan Jin-ping Dong Mao-sheng
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

Aviation Bunker is a very dangerous bank.A study is carried out on the aviation bunker safety design with regard to seven aspects，such as the general arrangement，safety monitoring，gas indolent，ventilation design of segregate cabin，explosion suppression by gas extinguishing agent，spray water and immergence.

aviation bunker；explosion protection；safety；design；ship

U664.88

：A

：1673－3185（2009）01－64－03

2008－07－25

劉亞琴（1981－），女，助理工程師，碩士。研究方向：船舶輔助系統。E-mail：Liuyaqiandut＠163.com潘錦平（1972－），男，高級工程師。研究方向：船舶輔助系統