艦船直升機飛行甲板干粉滅火系統的應用及設計

趙 楠劉 偉（. 海軍駐上海地區艦艇設計研究軍事代表室 上海000；.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海000）

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艦船直升機飛行甲板干粉滅火系統的應用及設計

趙 楠1劉 偉2
（1. 海軍駐上海地區艦艇設計研究軍事代表室 上海200011；2.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011）

［摘 要］根據艦船直升機飛行甲板易發生油類火災的特點，結合干粉的滅火機理特性，分析干粉滅火系統對直升機飛行甲板撲滅油類火災的適用性。結果表明：干粉滅火系統與水成膜泡沫系統聯用，對于直升機甲板上油類火災的撲滅可以取得較好效果。并且，根據干粉滅火系統在國內外艦船直升機飛行甲板的應用情況和相關規范規定，提出了艦船直升機飛行甲板干粉滅火系統的設計要點和使用要點。

［關鍵詞］直升機甲板；滅火；干粉；設計

劉 偉（1988-），男，工程師，碩士，研究方向：船舶輪機設計。

引 言

直升機飛行甲板上的直升機往往攜帶大量噴氣燃料，并且對于直升機的加油和泄油等操作往往都是在飛行甲板上進行，因此直升機飛行甲板是易發生油類火災的高危區域。如果在火災的發生初期不對其進行及時撲滅，會嚴重威脅到甲板上其他直升機以及艦船的安全。所以直升機飛行甲板滅火系統的設計歷來深受重視。目前直升機飛行甲板上對于油類火災的撲滅主要依賴于水成膜泡沫系統。由于空氣泡沫比重比油輕，泡沫可浮在燃油的表面自由展開，形成泡沫層覆蓋在燃燒的油面上，防止火災復燃的能力很強，但其控火能力相對有限，特別是當直升機甲板發生油類火災時，因為噴氣燃料揮發性高，會使著火區產生一定的轟燃效應，泡沫對于此類油氣火的滅火效果不佳，因此有必要采用控火能力較強的滅火系統與之聯用，以有效撲滅直升機飛行甲板的油類火災。而干粉滅火系統因其良好的滅火性能和效率備受推崇［1］。

1 干粉滅火機理

干粉滅火劑一般包括碳酸氫鈉干粉、改性鈉鹽干粉、鉀鹽干粉、磷酸二氫銨干粉、磷酸氫二銨干粉、磷酸干粉和氨基干粉滅火劑等。主要是通過在加壓氣體作用下噴出的粉霧與火焰接觸、混合時發生的物理、化學作用滅火。滅火機理：一是靠干粉中的無機鹽的揮發性分解物，與燃燒過程中燃料所產生的自由基或活性基團發生化學抑制和副催化作用，使燃燒的鏈反應中斷而滅火；二是靠干粉的粉末落在可燃物表面，發生化學反應，并在高溫作用下形成一層玻璃狀覆蓋層隔絕氧氣，進而窒息滅火；同時，也具備有部分稀釋氧氣和冷卻作用，對滅火產生積極作用。

通過分析干粉的滅火機理可以看出，干粉的控火能力極強，在撲滅油類火時具有很高的滅火效率。對于撲滅噴氣燃料這種揮發性較高的油類火災，干粉滅火劑顆粒的小尺寸效益，使其比表面積增大，且易于分散，經噴射后懸浮于空氣中形成相對穩定的氣溶膠，微小顆粒在火焰中受熱分解加速，因而對油氣火的滅火效能高。但其冷卻效果有限，不能阻止火災的復燃。因此，在直升機飛行甲板上設置干粉滅火系統，對于防止復燃能力很強而控火能力有限的水成膜泡沫滅火系統是一個很好的補充。將干粉滅火的快速有效性和水成膜泡沫滅火的徹底性有效結合，對于直升機甲板上易發的噴氣燃料類火災的撲滅可以取得較好的效果。

2 干粉滅火系統在國內外艦船上的應用

美國是最早在艦船飛行甲板上采用干粉滅火系統的國家。20世紀60年代后期美國艦船上的一系列飛行甲板火災事故，促使美國開始重視飛行甲板上滅火系統的設計，水成膜泡沫滅火系統和干粉滅火系統開始在其艦船上得以應用。飛行甲板上除了設置固定式水成膜泡沫系統、攜帶水成膜泡沫和干粉的消防車外，還配置水成膜泡沫-干粉（PKP）聯用裝置。水成膜泡沫-干粉聯用裝置還應用于機艙區域的滅火。因泡沫和干粉對于垂向的火災及機艙區域的火災撲滅效果有限，1978年，氣體滅火系統開始在美國艦船上應用，但主要用于機艙區域，泡沫-干粉聯用裝置依然保留使用。80年代末期，為更好地撲滅立體空間的火災，美國艦船飛行甲板消防車內攜帶的干粉滅火劑被氣體滅火劑替代。但是，由于干粉滅火系統對于撲滅甲板面上的油類火災具有極佳的效果，美國艦船在其飛行甲板上一直保留設置干粉滅火裝置。

法國海軍也很重視干粉滅火系統的應用。法國的兩棲攻擊艦直升機飛行甲板上配置2輛采用柴油發動機驅動的MB30C消防車，消防系統由底盤上的貯壓式混合液罐與干粉罐組成，可以攜帶300 L 的AFFF混合液和250 kg哈龍滅火劑及一定量干粉。各種液罐采用標準積木式安裝方式，可以快速更換與補充。消防噴射系統由一個最大流量6 L/s的水槍以及一個25 mm接口和30 m管路構成，可連接水成膜混合液。消防車從混合液罐或外接系統向水槍供給水成膜混合液，一個手動操縱桿可以在0～6 L/s間調解流量。另一套消防噴射系統由一個干粉噴槍和一個32 mm接口組成，30 m管路還可連接哈龍滅火劑。

我國對于干粉滅火系統在船舶上的應用日趨重視。我國現行規范規定：設有直升機艦面系統的船舶其直升機起降平臺需配置固定式水滅火系統和水成膜或甲板泡沫滅火系統，其中水成膜或甲板泡沫滅火系統需與干粉聯用。為增強泡沫滅火系統的滅火效能，在規模不大的被保護場所或者無法設置固定式噴灑系統的較大規模的保護處所設置的軟管噴槍泡沫滅火系統也可采用水成膜-干粉組合滅火系統。CCS鋼質海船入級規范（2012）中規定直升機甲板的防火與滅火應滿足SOLAS公約第II-2/18條的要求：在緊靠直升飛機甲板處，應至少配備2個干粉滅火器，總容量不小于45 kg［2］。但由于以往在艦船的消防系統設計過程中對直升機甲板干粉滅火系統的重視程度不夠，往往沒有根據艦船本身的直升機飛行甲板的特點和布局、滅火需要以及干粉滅火系統的使用方式等來進行針對性設計和研究，對于干粉滅火劑用量、噴灑速率和射程等參數的選取等方面存在一些不合理現象，通常只是在直升機甲板配置一些常規的手提式干粉滅火器，噴射距離、噴射時間都比較有限。因此，我國配置有直升機飛行甲板的艦船，特別是搭載直升機較多、飛行甲板面積較大的艦船，已開始重視干粉滅火系統的設計。

3 直升機飛行甲板干粉滅火系統的設計要點

3.1 干粉滅火系統類型

干粉滅火系統按應用方式分為全淹沒滅火系統和局部應用滅火系統。全淹沒滅火系統是固定的管道、固定的噴嘴與固定的干粉儲罐連成一體的干粉滅火系統。局部應用滅火系統是由噴嘴通過管道與干粉儲罐連接，將干粉直接噴射到保護對象上的干粉滅火系統。滅火系統可以通過人力或其他動力來移動至保護對象附近進行滅火［3］。

美國、日本、德國、英國等工業發達國家制定的相關標準都規定兩種系統的不同應用范圍，全淹沒滅火系統只能應用在封閉的空間里，而局部應用滅火系統既可應用在封閉的空間，也可以應用在敞開的空間或非空間。但二者都是撲滅表面火。因此，直升機飛行甲板干粉滅火系統應選用局部應用滅火系統。

3.2 干粉滅火劑的選取

除撲滅金屬火災的專用干粉滅火劑外，干粉滅火劑一般分為BC干粉滅火劑和ABC干粉兩大類：BC干粉滅火劑包括碳酸氫鈉干粉等，主要用于撲救各種非水溶性和水溶性可燃易燃液體的火災，以及天然氣和液化石油氣等可燃氣體的火災或一般帶電設備的火災；ABC干粉滅火劑包括磷酸銨鹽干粉等，磷酸銨鹽干粉滅火劑比BC類干粉滅火劑用途更廣泛，除具有BC滅火劑的滅火功能外，還可撲滅A類固體火災，不但能撲滅平面火災，還能撲滅三維立體空間火災［4］。此外，磷酸銨鹽干粉滅火劑因滅火高效快速，原料來源廣泛，對環境、人員無毒害，不需要特殊動力及使用溫度寬廣等，已經獲得很廣泛應用。而且磷酸銨鹽干粉滅火劑可以與水成膜泡沫有效聯合，用于撲滅非水溶性液體火災；因此，可以選取磷酸銨鹽干粉作為直升機甲板干粉滅火系統的滅火劑。

值得注意的是，在對于磷酸銨鹽干粉的選取應用過程中，需重點關注其含水量、吸濕率、抗結塊性、粒度分布等技術指標，其中，含水量、吸濕率、抗結塊性是決定干粉在貯藏期內是否發生結塊而影響正常使用的重要指標。根據GB15060-2002《磷酸銨鹽干粉滅火劑》，酸銨鹽干粉滅火劑的含水率不得大于0.25%，吸濕率不得大于3%，抗結塊性（針入度）不得小于16 mm。粒度分布則是表征磷酸銨鹽干粉滅火效能的一個重要參數。每種滅火粒子都存在上限臨界粒徑，小于臨界粒徑的粒子全部起滅火作用。大于臨界粒徑的粒子其動量大，通過空氣對小粒子產生空氣動力學拉力，迫使小粒子緊隨其后，撲向火焰中心，而不是未到火焰就被熱氣流吹走，降低滅火效率。故當大小粒子存在最佳比例時，所有大粒子帶著全部小粒子沖向火焰，滅火效能最佳，滅火劑用量最少。關于粒度分布，根據GB15060-2002，在40～63 μm，63～125 μm之間的量與生產廠公布值的差值分別不得大于樣品總量的±6%；留在125 μm篩上的量與生產廠公布值的差值不得大于樣品總量的±3%［5］。

3.3 驅動方式

干粉滅火系統應借助惰性氣體壓力驅動，并由這些氣體攜帶干粉滅火劑形成氣粉兩相混合流，通過管道輸送經噴嘴噴出。鑒于我國現在配置有大型直升機飛行甲板的艦船上一般都設有氮氣供應裝置，考慮到維護性，可選擇氮氣作為干粉滅火系統的動力源。氮氣的壓力不得大于干粉罐的最高工作壓力，同時，對氮氣的品質也有一定要求，應盡量降低氮氣中的含水量。

3.4 移動方式

根據前述，直升機飛行甲板應采用局部應用滅火系統，可采用手推車式、動力驅動或配掛在消防車等方式移至保護對象附近進行滅火。在能盡快到達飛行甲板任一起火點的原則下，根據直升機飛行甲板的大小，局部應用滅火系統的數量、布置位置、質量來進行統籌考慮局部應用滅火系統的移動方式。

3.5 參數選定

由于直升機飛行甲板是平直的表面，對于其局部應用滅火系統的參數設計可采用面積法。可根據直升機飛行甲板上單個直升機起降點的大小來評估干粉滅火系統的干粉覆蓋面積S。

我國現行規范規定：干粉的噴灑速率應在0.6～5倍的泡沫混合液噴射速率中選取。泡沫混合液的噴灑速率為不小于4.1 L/min·m2，計算時可選取4.1 L/min·m2。干粉的噴灑速率ν可在2.46～20.5 L/min·m2中選取。

GB50347-2004《干粉滅火系統設計規范》中規定室外局部應用滅火系統的干粉噴射時間t不應小于60 s。但在實船干粉滅火系統的設計中，考慮到實船干粉局部應用滅火系統只是作為水成膜泡沫滅火系統的補充，噴射時間可適當降低。

局部應用滅火系統的干粉總容量可按Q=S×ν×t計算求得。

式中： Q為干粉總容量，L；S為甲板面積，m2；ν為噴灑速率，L/min·m2；t為噴灑時間，s。

4 直升機飛行甲板干粉滅火系統使用要點

船舶在海上航行時，采用干粉滅火系統對油類火災進行滅火時，需要考慮到直升機飛行甲板上的風向，應迅速將局部應用滅火系統移至上風方向距離著火點10～20 m處，通過干粉噴槍對準油料燃燒處的火焰根部進行掃射。如果是油類在直升機甲板上流淌燃燒，需要對準火焰根部由近及遠，并左右掃射。

5 結 論

干粉滅火系統由于其對于油類火災極強的控火能力和較高的滅火效率，可作為防止復燃能力很強而控火能力有限的水成膜泡沫滅火系統的良好補充，應用于直升機飛行甲板油類火災的滅火。在對實船的干粉滅火系統進行設計過程中，應注重其參數的計算選定和實船使用方法及流程的研究，并在條件允許的情況下，通過陸上模擬試驗等手段進行驗證和評估。

［參考文獻］

［1］ 周榕.船舶直升機甲板泡沫滅火系統設計［J］.船海工程，2007（4）：32-34.

［2］ 中國船級社.鋼質海船入級規范［S］. 2014.

［3］ GB50347-2004，干粉滅火系統設計規范［S］. 2004.

［4］ 錢恒寬.干粉滅火裝置的設計思考［J］.消防科技與設計，2005（6）：728-729.

［5］ GB15060-2002，磷酸銨鹽干粉滅火劑［S］. 2002.

Application and design of dry powder fi re extinguishing system on helicopter fl ight deck

ZHAO Nan1LIU Wei2
(1. Navy Representative Room of ship Design and Research Stationed in Shanghai, Shanghai 200011, China;
2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Abstract:Oil fire is a common threat to the helicopter flight deck. This paper analyses the applicability of dry powder fire extinguishing system against the oil fire on the helicopter flight deck according to the fire extinguishing mechanism of the dry power. The results show that the combination of the dry powder fire extinguishing system and the aqueous film-forming foam system can achieve a better effect for the extinguishing of the oil fire on the helicopter flight deck. The key points of the design and usage of the dry power extinguishing system on the helicopter flight deck is proposed based on the national and international applications of this system and the relevant rules and regulations.

Keywords:helicopter flight deck; fire extinguishing; dry powder; design

［作者簡介］趙 楠（1978-），男，工程師，研究方向：船舶輪機工程。

［收稿日期］2015-09-11；［修回日期］2015-11-17

［中圖分類號］U664.88

［文獻標志碼］A

［文章編號］1001-9855（2016）01-0064-04