海工項目火氣控制分析

陳 萍

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

火災是海洋工程項目中威脅人員及設備安全的重大災害之一[1]，為了保證人員的安全和生產的連續，一套可靠的火氣自動探測及關斷系統必不可少。該系統需要對船舶特別是生活樓進行防火區域劃分，綜合考慮通風、消防、防火艙壁等因素，合理布置火氣探測器，制定火氣關斷原則，以便在發生火災的初始階段，能迅速自動識別火災，準確定位，并能快速切斷相關通風、輸油系統，使因單個區域發生火災或探測到可燃氣體泄露對整個生活樓區域乃至全船的影響降低到最小。

本文將以某海工項目生活樓為例，闡述火氣自動探測及關斷系統的設計原則和控制邏輯。

1 防火分區

在設計船舶火氣控制系統之初，首先要制定全船防火區域劃分，完成防火區域劃分圖。防火區域劃分是指根據相關規范和船東的要求，根據每個區域的實際功能和防火分隔設計原則，將全船劃分成若干個區域，將相似的區域歸于同一個防火分區，以便在進行火氣關斷時統一控制，是整個火氣控制系統的基礎。中國船級社海上浮式裝置入級規范[2]規定控制站、服務處所和起居處所可以作為一個分區，A類機器處所作為另一個分區。

在生活樓中，初步準備將除應急發電機室外的其他區域作為一個防火分區，但考慮到在失火的時候，通風系統將統一關閉，會影響人員逃生和重要設備[3]的工作，因此該項目把控制站、易著火處所、應急情況下仍需要工作的設備存放處所、通風空調系統與其他區域分隔開，形成一個個單獨的防火分區，具體如下：

Z01：服務和起居處所，包括所有的房間及內走廊。

Z02：生活樓主梯道，特指人員逃生所使用的主通道。

Z03：空調機室，房間內布置服務于生活樓的中央空調機組。

Z04：重要設備處所，包括中控室、通信設備間、儀表間、無線電室。

Z05：蓄電池間，指獨立的存放蓄電池的單獨房間，該房間在蓄電池充電時會有氫氣釋放的可能。

Z06：應急發電機室，位于生活樓的機器設備間。

Z07：廚房。

2 火氣自動探測系統

火災自動探測系統是火氣控制系統設計的第一步，該系統使用火災探測器作為探測原件，能自動檢測生活樓內每一個失火地點的火災，盡可能探知火災的初期階段，探測器的選取應適合于處所的環境、性質和潛在的失火征兆[4]。

火災探測器主要有差定感溫探測器、光電感煙探測器、火焰探測器、組合式探測器、手動報警按鈕等。

差定溫型探測器的差溫元件利用室內局部溫度升高異常狀態時可發生報警信號，同時在溫度上升到一定限值時，又能發出定溫的報警信號。

光電感煙探測器是利用火災產生的煙霧改變光敏元件受光的強弱而發出報警信號。

火焰探測器利用火災產生火焰的輻射光，通常是紅外光或紫外光，實現火災的探測。

由于各種探測器的敏感元件均有各自的特點和局限性，為了達到早期報警的作用，同時又要保證探測器功能的可靠性，可以在感煙探測器內部增加感溫原件組成煙溫組合式探測器。

手動報警按鈕是人工手動報警，由船上工作人員手動操作，并觸發報警電信號。

生活樓區域綜合考慮了每個房間的可燃物性質，發生火災時初期的表象，結合船檢及船東的要求，依據以下原則布置了火災探測器：

1）在房間和通道處所布置了可尋址式光電感煙探測器。

2）在應急發電機室布置了可尋址式感煙探測器，火焰探測器。

3）在所有重要房間和主通道的出口處布置了手動報警按鈕。

4）在電池間增布了氫氣探測器。

由于海工項目存在可燃氣體泄漏風險，并可以進入生活區的通風系統，加大生活區的失火風險，因此需要在通風入口處布置可燃氣體探測器，用以檢測是否有可燃氣體泄露并進入生活區。

火災發生時，煙霧彌漫，溫度升高，火光沖天，各種探測器各司其職，在探測器敏感原件探測到相關變化后，及時把報警信息輸送給火災報警控制箱。為防止火器探測器發生誤報警，導致不當的后續關斷動作，該項目對探測器探測到的火警信號在火災報警控制箱采用了如下表決策略，相關防火分區是否有火災發生或可燃氣體泄漏由表決結果確定。

1）手動報警按鈕。1ooN（N為該防火分區內探測器的數量），任何一個報警按鈕觸發，定為確認的火警信號。

2）感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器。2ooN，2個探測器觸發，定為確認的火警信號；

3）當防火分區內只有 1個探測器時，不論該探測器的類型，采用1ooN，當探測器觸發，即定為確認的火警信號；

4）當防火分區內有2個探測器時，其中1個發生故障時，采用1ooN，當該正常工作的探測器觸發，即定為確認的火警信號；

5）對于防火分區Z04重要設備處所，采用1ooN，任何一個探測器觸發，定為確認的火警信號。

6）對于蓄電池間的氫氣探測器，在探測器檢測到氫氣濃度為15%LEL（最低爆炸下限），定為監測到氫氣泄露。

7）對于通風系統進口處的可燃氣體探測器，根據監測到的可燃氣體濃度不同，執行如下表決邏輯。

（1）2ooN，當有2個探測器檢測到在可燃氣體濃度等于或高于20%LEL，定為監測到可燃氣體泄露。

（2）1ooN，當有1個探測器檢測到在可燃氣體濃度等于60%LEL，定為監測到可燃氣體。

各類經過表決確認后的報警信號輸送到火氣關斷控制箱，并根據關斷邏輯，觸發相應的火氣關斷功能。

3 火氣關斷

根據中國船級社海上浮式裝置入級規范要求，由火災或可燃氣體探測系統探測到的異常情況自動或經人工確認后手動地啟動火氣關斷?；饸怅P斷應關斷該防火分區內的風機、空調、輸油裝置、燃油設備、防火風閘等設備，但消防設施、通信設備、直升機甲板邊界燈、障礙燈、霧燈、霧笛、應急照明及發電和供電設備應保持工作狀態。

火氣關斷風機、空調和防火風閘的目的是切斷失火區內空氣的供給，但非失火區通風空調系統可保持正常運行。生活樓根據通風空調專業的設計原理，簡要繪制的7個防火分區的通風氣流流向，如圖1所示。

圖1 通風氣流流向圖

Z01服務和起居處所由主空調機組集中供空調風，由排風機排風到室外。

Z02生活樓主梯道由主空調機組供空調風，由排風機排風到室外，另外設置單獨的加壓風機提供室外新風，以保證Z01區域失火時主梯道內沒有煙氣進入，為人員的逃生提供安全保障。

Z03空調機室用于放置主空調機組并負責整個生活樓的空調供風，設置2個彼此遠離的進風口，由排風機排風到室外。

Z04重要設備間平時由主空調機組供空調風，但在每個房間內單獨設置獨立空調機組，采用2×100%的冗余配置方案，保證主空調機組發生故障時，不對該區域產生影響，由排風機排風到室外。

Z05蓄電池間、Z06應急發電機室和Z07廚房設置各自獨立的送風和排風系統。

在清晰了每個防火區的通風情況，明確了防火分區內的設備種類后，根據基本火氣關斷原則，分區制定火氣控制邏輯圖如圖2所示，為最終的因果邏輯表奠定基礎。

圖2 火氣控制邏輯圖

具體火氣控制邏輯分析如下：

1）Z01區域內失火時，關斷該區域內所有風機、防火風閘、空調設備。同時關斷通往其他區域的風道上的防火風閘。如果在Z01區域失火時，Z02區域未發生火災，則啟動 Z02區域內的加壓風機，使主梯道內形成正壓，便于人員從該區域逃生。此時Z其他區域內的設備正常運行，不受影響。

2）Z02區域確認失火時或通風進口檢測到可燃氣體時，關斷該區域內所有風機、防火風閘和關斷通往其他區域風道上的防火氣密風閘。其他區域的設備正常運行，不受影響。

3）Z03區域為整個生活區提供集中空調供風，因此僅監測到一個通風進口有可燃氣體時，則關閉該處的防火氣密風閘，主空調機組保持正常工作。只有在2處通風進風口都檢測到可燃氣體，或者該房間失火時，才關閉該房間的所有防火氣密風閘及停止空調機組運行。同時需關斷Z01和Z02區域的排風機。保證這2個區域不至產生過大負壓。

4）Z04區域啟動獨立空調進行送風，該區域內的風機、防火風閘正常工作，不受影響。

5）Z04區域失火時或通風進口檢測到可燃氣體時，關斷該區域內的所有風機、防火氣密風閘，獨立空調設備。其他區域的設備正常運行，不受影響。

6）Z05區域內失火時或通風進口檢測到可燃氣體時，關閉該區域內的所有風機、防火氣密風閘。當檢測到氫氣泄露時，啟動備用送風機和排風機，增強通風，降低氫氣濃度，同時停止給電池充電。

7）Z06區域失火時或通風進口檢測到可燃氣體時，在應急發電機未工作時，關斷該區域內所有風機、防火氣密風閘及燃油滑油泵；當應急發電機在工作時，不做任何關斷動作，僅在火警控制板處提供報警，由船上工作人員決定是否采取關斷動作。

8）Z07區域失火時或檢測到可燃氣體時，關閉該區域內的所有風機、防火風閘及廚房設備。

根據以上的基本邏輯分析，針對生活樓內具體的每個風機，防火風閘、空調及其他設備，制作因果邏輯表。某一防火分區的因果邏輯表如圖3所示。

圖3 因果邏輯表

該邏輯表詳細列出了本分區內的所有探測器、防火風閘、風機等設備，并具體體現了之上所述的火氣關斷控制邏輯關系。

5 結論

發生火災時，無論采用何種檢測方法、關斷邏輯，最終都是要在火勢可控的時候及時撲滅火災。海工項目中滅火方式有很多種，通常有滅火器、消防水滅火系統、固定式水噴淋系統、高壓水霧滅火系統、固定式泡沫滅火系統、直升機甲板固定式泡沫滅火系統、機器處所使用的高倍泡沫系統、干粉滅火系統、固定式氣體滅火系統等。選擇何種滅火系統取決于該系統所保護的區域類型及船級社和船東的相關要求。

所有火氣控制系統的最終目的是使火災所產生的后果減至最低程度，以最大程度保證人員、環境、設備和設施的安全。因此如何設計一套迅速、高效的火氣控制系統是值得所有相關環節工程設計人員不斷總結，深入探索的。