港口大型裝卸機械火災原因及防火設計

■ 郇 超 翟 強

港口大型裝卸機械火災原因及防火設計

■ 郇 超 翟 強

0 引 言

隨著港口經濟的快速發展，提高裝卸效率成為港口企業追求的目標。大型裝卸機械以其優異的性能，被越來越多地應用到港口的生產建設當中。隨著大型裝卸機械在港口的廣泛應用，消防安全問題逐漸凸顯，火災事故也頻頻發生。以某港口為例：2009年至2015年，大型裝卸機械發生一般火災事故共4起，其中橋式卸船機火災事故2起，門機火災事故2起。這些大型裝卸機械內部電氣設備多為國外進口，且造價昂貴。如橋式卸船機，每臺價值人民幣1 000余萬元，一旦發生火災，將造成巨大直接經濟損失，加上延誤的工作量和載貨班輪因停工而滯留的時間所產生的間接經濟損失更加難以估量。在此情形下，港口大型裝卸機械的消防安全顯得尤為重要。

1港口大型裝卸機械火災防控現狀

目前，國家現行的消防設計規范對港口大型裝卸機械并沒有明確的消防技術要求，港口消防監督人員通常根據自身的工作經驗和每個港口不同的生產特點進行管理，采用的方式和方法也各有所別。現今，在港口大型裝卸機械上設置火災自動報警系統已經成為國內外設計及生產廠家和港口消防監督人員的共識，而選取感煙火災探測器和全淹沒、管網式氣體滅火系統對電氣設備進行保護成為主流觀點。但是，通過分析近幾年的火災案例可以看出，僅依靠單一的感煙火災探測器來預警，通過全淹沒、管網式氣體滅火系統來滅火，實際效果并不理想。如何在沒有現行消防設計規范要求的情況下確保港口大型裝卸機械的消防安全，采用何種火災探測器和滅火系統才能切實有效地保護電氣設備、降低火災造成的損失，已成為港口消防工作的重要內容之一。

圖1 橋式卸船機

表1 某港2009—2015年大型裝卸機械火災事故統計

2 近幾年某港口大型裝卸機械火災事故分析

綜合表1中的4起火災案例，港口大型裝卸機械火災事故呈現出兩個特點：首先是起火部位相同，均在電氣機房；其次是火災原因單一，均屬于電氣火災。

2.1 起火部位分析

某港口2009年至2015年發生的4起大型裝卸機械火災事故，起火部位均在電氣機房。電氣機房作為大型裝卸機械的重要部位，是整個機械運行的中樞系統，其內部集中安裝了大型裝卸機械的主要電氣設備、控制設備和電氣線路。電氣機房作為大型裝卸機械的重要組成部分，是火災事故高發的地點。以橋式卸船機為例：橋式卸船機的電氣機房位于機體的上層，距離地面約50 m，空間相對封閉。在運行過程中除了駕駛員每次換崗時進行巡視以外，基本處于無人值守的狀態，容易出現火災隱患，且難以及時發現。由此可見，港口大型裝卸機械的電氣機房不僅是消防安全的重點部位，而且還是火災事故頻發的關鍵部位。

2.2 火災原因分析

分析表1中的火災案例可以發現，港口大型裝卸機械火災原因比較單一，均為電氣火災。電氣火災是指電氣設備、線路出現故障或因安裝、使用、維護不當而造成的火災。這類火災的共同特點是電能轉換為熱能后，作為點火源引發火災。導致電氣火災的原因主要有短路、接觸不良和過負荷等。

2.2.1 電氣線路短路

短路是指電氣線路中電位不同或不同相的兩點直接碰撞或被阻抗（或電阻）非常小的導體接通時，引起電流突然大量增加的現象。由于短路時電阻突然減少，電流突然增大，其瞬間的發熱量非常巨大。短路電弧的瞬間溫度可達2 000 ℃以上，不僅能使絕緣層迅速燃燒、金屬導線熔化，甚至可以造成導線金屬融滴的飛濺，引起附近的可燃物燃燒，導致火災發生。例如，某港口2009年和2010年發生的兩次門機火災事故均是因電氣線路老化、破損引起短路所造成的。沿海港口的大型裝卸機械因長期處于沿海潮濕環境，加上機械設備長時間高負荷運行，電氣線路絕緣層老化、破損的現象較為普遍，火災幾率較大。

2.2.2 電氣線路接觸不良

電氣線路接觸不良是指在電氣線路的接頭部位因連接不好而形成的接觸電阻過大的故障。由于接觸電阻過大，可以使這一部位異常發熱，一方面可能損害附近的絕緣層而造成短路，另一方面可能引燃周圍可燃物而造成火災。導致電氣線路接觸不良的原因有很多，例如：導線連接的接觸面沾有雜質或被腐蝕、接點處長期運行而缺乏檢修等。例如，某港口2012年11號泊位1號橋式卸船機火災事故，就是因電氣線路銅鋁混接的接點在長期負載下產生氧化、電腐蝕作用，使得接觸點電阻過大而產生過熱引起火災。這種情況一般出現在使用年限較長且缺乏檢修的機械設備上。

2.2.3 電氣線路過負荷

電氣線路過負荷是指線路中的電流超過了線路的安全載流量的一種故障。用電設備故障、粘連性短路等都有可能造成線路的過負荷。導線過負荷時，由于電流過大，或者導線的散熱條件不好，會使整個回路中導線過熱。常用單股絕緣導線通過2倍額定電流時，銅線溫度超過300 ℃，鋁線溫度超過200 ℃；通過3倍額定電流時，銅線溫度超過800 ℃，鋁線溫度超過600 ℃。當銅、鋁導線通過的電流大于2倍時就足以使聚氯乙烯絕緣導線絕緣分解，起泡，局部開始冒煙，絕緣層熔軟下垂，進而引發火災。某港口2015年11號泊位4號卸船機火災事故，正是由于設備運行時電氣線路過負荷，而應起到保護作用的裝置卻因電氣元件老化出現故障，不能及時預警或保護線路，導致線路長時間處于過負荷狀態，進而過熱引發火災。

圖2 線型感溫火災探測器

圖3 線型光纖感溫探測器應用原理

3 港口大型裝卸機械的防火設計

在港口大型裝卸機械上設置火災自動報警系統，已經成為國內外的生產廠家和港口消防監督人員的共識。結合此類火災的特點，在此僅對采用何種火災探測器、使用何種滅火系統和需要采取的防火分隔措施提出個人意見。

3.1 在火災自動報警系統中增設線型感溫火災探測器

諸多關于港口大型裝卸機械防火的學術文獻中，對火災探測器的選用和安裝方面要么未作詳細說明，要么提出在電氣機房內安裝感煙火災探測器。參照實際火災案例，通過在電氣機房內安裝感煙火災探測器來達到預警的效果是不理想的。電氣機房內的電氣設備和線路不是安裝在設備柜內就是敷設在夾層中，等煙氣達到報警濃度時，設備柜內的電氣設備和夾層中的線路通常已經完全燒毀。以某港口2015年12月30日11號泊位4號橋式卸船機火災為例，凌晨2時10分整機出現斷電，此時火災已經在2號變頻柜內和夾層中的導線上發生，直到2時20分電氣機房內的感煙火災探測器才發出報警信號，使火情整整延誤了10 min。由此可見，采用更加及時有效的火災探測器是應對報警延誤的關鍵。因港口大型裝卸機械火災基本上是電氣火災，所以對其電氣線路進行預警才是最佳方案，而線型感溫火災探測器能夠符合這方面的要求。在港口大型裝卸機械的電氣線路和高低壓配電柜處采用線型感溫火災探測器，可以在導線出現高溫時就提前預警，避免報警出現時間延誤的現象。綜合上述分析，在火災自動報警系統中同時采用感煙火災探測器和線型感溫火災探測器，可以有效地提高港口大型裝卸機械的防火預警能力。

3.2 在電氣設備柜處安裝火探管式自動探火滅火裝置

電氣機房作為港口大型裝卸機械火災事故高發的重點部位，對此處采取防火、控火措施是保障消防安全的關鍵。主流觀點認為應該將電氣機房作為一個防護區，設置全淹沒、管網式氣體滅火系統。然而在實際運用中，全淹沒、管網式氣體滅火系統卻有很多弊端：

1）安裝環境不理想。港口大型裝卸機械處于運行狀態時產生的振動非常大，而長時間的振動會影響系統的精密性和穩定性，容易造成系統的損壞和失效；

2）手動控制不方便。火災發生后，因電氣線路或設備受損會出現機械整機斷電的情況。例如某港口2015年12月30日11號泊位4號橋式卸船機火災，整機斷電后駕駛員只能爬出駕駛室，沿機臂摸索著到達起火的電氣機房；而地面工作人員只能通過高度近50 m的爬梯到達，所用時間均在5 min左右；現場工作人員不能及時到達現場確認火災并啟、停系統。

3）自動控制不理想。通過3.1中的案例來看，如果采用兩處感煙火災探測器報警信號作為系統啟動信號，在響應時間上會存在約10 min的延誤；實際案例中10 min內火勢蔓延至兩處電氣設備柜和一處變壓器箱，導致價值人民幣40余萬的設備受損。

如果采用兩處線型感溫火災探測器報警信號作為系統啟動信號，會出現火災尚未發生、系統提前動作的情況。無論采用何種方式自動啟動，結果均不理想，不能很好地控制火勢和撲滅火災，實現降低損失的目的。

綜合全淹沒、管網式氣體滅火系統的種種弊端，采用火探管式自動探火滅火裝置更加適合在港口大型裝卸機械的電氣機房使用。

圖4 火探管式自動探火滅火裝置

火探管式自動探火滅火裝置較全淹沒、管網式氣體滅火系統更為輕便和易于安裝，且受機械振動影響不大。作為一套結構簡單、成本較低的獨立自動探火滅火系統，該類滅火裝置采用柔性可彎曲的火探管作為火災的探測報警部件，同時這種火探管還可兼做滅火劑的輸送及噴放管道，柔性的火探管可以很方便地布置到每一個潛在的著火點附近。一旦發生火災，在火災初期，著火點附近火探管受熱破裂，立即釋放滅火劑滅火。該裝置不會出現全淹沒、管網式氣體滅火系統在手動、自動啟停時的弊端，更加適合在港口大型裝卸機械的電氣機房使用。綜上所述，在電氣機房的電氣設備柜處安裝火探管式自動探火滅火裝置，采用分塊保護的方式，以每個箱柜作為一個防護區，直接對電氣設備進行保護，是較為理想的選擇方式。

3.3 在電氣機房內采用防火隔熱材料進行分隔

在建筑防火設計中，通常采用防火隔熱材料對建筑物的內部空間進行防火分隔。港口大型裝卸機械的電氣機房也可以采用類似的方式來達到防火阻燃的目的。很多港口大型裝卸機械雖然在其電氣機房內部進行了分隔，但使用的材料卻五花八門。如橋式卸船機，其電氣機房被分隔為PLC室、電氣室和機房3個部分，可是使用的分隔材料卻是彩鋼泡沫夾芯板，根本不具備防火隔熱的性能，無法實現防火阻燃的效果，甚至在發生火災時還會加劇火勢的蔓延。例如某港口2015年12月30日11號泊位4號橋式卸船機火災事故：起火部位在電氣室，由于電氣機房內采用彩鋼泡沫夾芯板作為隔斷，結果導致泡沫受高溫融化，進而發生燃燒；火勢從彩鋼板內部開始，逐步蔓延至各個房間；最終不僅使整個電氣室遭受損失，還導致與其貼臨的PLC室受到了火災的影響。結合上述案例可以看出，原有的彩鋼泡沫夾芯板直接導致了火勢的加劇，增大了火災的損失。如果改用防火隔熱材料(如彩鋼巖棉夾芯板等)進行分隔，可以在很大程度上限制火勢的蔓延，降低火災的損失。因此，在電氣機房內采用防火隔熱材料進行分隔，是港口大型裝卸機械防火的必要措施。

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