船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能研究

尚緒同，吳屹飛

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226116）

0 引言

伴隨著船舶建造行業(yè)的不斷進步，社會經(jīng)濟發(fā)展對船舶耐火結(jié)構(gòu)建設(shè)也提出了更高的要求，而且結(jié)構(gòu)防火也是控制船舶火災(zāi)發(fā)展蔓延的重要手段，對確保船舶工作人員以及乘客的生命安全有著非常重要的作用。但當(dāng)前的船舶防火結(jié)構(gòu)的設(shè)計與建設(shè)還存在有一定的問題，受到多方面因素的影響，制約了其進一步的發(fā)展。

1 船舶結(jié)構(gòu)防火的概念

船舶結(jié)構(gòu)防火是借助鋼材或其他能起到相同效果的材料，根據(jù)不同船型和可預(yù)見的火災(zāi)類型將船體分隔成一個個單獨的空間，這樣的結(jié)構(gòu)能在火災(zāi)發(fā)生時將煙塵以及火勢進行隔離，防止火勢蔓延到其他艙室，盡快撲滅火災(zāi)，盡可能降低火災(zāi)損失。在船舶的設(shè)計建造中，船體、艙壁等部件均一般用高導(dǎo)熱鋼制造。初始火災(zāi)主要依靠對流熱蔓延，隨著火災(zāi)的發(fā)展，溫度會上升，熱量通過熱輻射傳遞，傳遞速度十分迅速。如果艙壁有開口或絕緣不良，火就會蔓延到其他艙室，增大船只、貨物的損失和人員傷亡。

這些因素在船舶結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計中是需要著重注意的，在結(jié)構(gòu)艙壁上放置耐熱材料，在甲板上涂敷耐熱涂層，同時將每個區(qū)域的門、窗和穿孔及位置分開。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，耐熱材料可以控制火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的火勢，防止火勢蔓延到其他地方，提供寶貴的逃生和滅火時間。

2 船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)的缺點

結(jié)合船舶建造工程的行業(yè)特征與實踐經(jīng)驗，總結(jié)目前船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計與安裝中存在的問題。

2.1 耐火材料鋪設(shè)位置不當(dāng)

行業(yè)內(nèi)普遍存在將隔熱層設(shè)置在船舶的艙壁或甲板火警危險較輕的一側(cè)，也就是將隔熱材料放置在艙壁外側(cè)。雖然目前對于耐火保溫材料的放置還沒有明確規(guī)定，但國際標(biāo)準(zhǔn)是必須要選用經(jīng)權(quán)威機構(gòu)和耐火實驗后批準(zhǔn)的不燃材料和隔熱材料，在一定時間內(nèi)回火表面的平均溫度不得超過一定水平。在船舶結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗中，只需將艙壁或甲板的試樣在同一標(biāo)準(zhǔn)時間和溫度曲線上置于加熱爐中，即可確定結(jié)構(gòu)的耐火等級是否符合規(guī)范要求。然而，根據(jù)古斯塔夫的經(jīng)驗公式，外部機艙的火災(zāi)風(fēng)險遠(yuǎn)低于機艙的火災(zāi)風(fēng)險，因此，機艙的防火材料層應(yīng)置于機艙艙壁內(nèi)。同時，防火層還能保護構(gòu)成艙壁的鋼板免受高溫加熱，延緩鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化，提高船舶的穩(wěn)定性。

2.2 隔熱材料不符合標(biāo)準(zhǔn)

在隔熱材料的處理上需要選用國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的不燃材料進行鋪設(shè)，然而目前國內(nèi)還有許多船舶制造商選用不符合標(biāo)準(zhǔn)的不燃材料，對船舶的安全有很大影響。許多船舶建造時采用普通硅酸鹽水泥作為艙室之間的防火甲板隔熱材料。例如，普通硅酸鹽水泥的導(dǎo)熱系數(shù)為0.29，而珍珠巖和巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.031 和0.038。可以明顯發(fā)現(xiàn)，普通硅酸鹽水泥的導(dǎo)熱系數(shù)約為其他兩種隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的10 倍。根據(jù)傅立葉定律，單位時間內(nèi)通過給定橫截面的熱量增量隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加而成比例增加。普通硅酸鹽水泥比珍珠巖、巖棉等保溫材料導(dǎo)熱性好。普通硅酸鹽水泥的市場銷售尚未得到法定機構(gòu)對船舶結(jié)構(gòu)防火材料類型的認(rèn)可。

2.3 生活區(qū)裝飾材料選用問題

在船舶的生活起居處所的裝飾材料選用上，建造方并未考慮到火災(zāi)發(fā)生時可能出現(xiàn)的某些問題。大量易燃裝飾材料出現(xiàn)在生活起居處所內(nèi)，并且一些裝飾材料在燃燒時會產(chǎn)生大量的有毒氣體，危及船員和乘客的生命安全。在生活區(qū)域內(nèi)，需要使用A、B 類不燃材料進行防火隔離。船上住人艙室的室內(nèi)裝飾、天花板和襯板應(yīng)采用不燃材料。未經(jīng)批準(zhǔn)，應(yīng)完全杜絕木材的使用，特別是廚房和船員室。同時，船舶內(nèi)未經(jīng)允許禁止私拉電線、使用功率較大的電器，消除火災(zāi)隱患。因一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢很容易迅速蔓延。

2.4 其他問題

在船舶內(nèi)裝板耐熱結(jié)構(gòu)的實際設(shè)置過程中還存在著許多細(xì)節(jié)上的問題，如絕緣材料的鋪設(shè)在厚度上和鋪設(shè)面積上都存在與設(shè)計圖紙不一致的問題，固定釘?shù)氖褂糜袝r也會出現(xiàn)密度不足的問題，絕緣接頭也有可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)防火試驗的要求，更有一些不法供貨商提供的材料和取得證書的耐火材料不一致，渣球含量過多，材料不環(huán)保。穿過艙壁和甲板的電纜在孔眼處處理不到位，孔眼未用經(jīng)批準(zhǔn)的耐火填料密封或堵塞。機艙花鋼板下面沒有連續(xù)的消防系統(tǒng)。機艙燃油箱的快速切斷閥在艙壁之間通過，沒有絕緣填充。一些船舶在防火門的安裝上會使用未經(jīng)批準(zhǔn)的產(chǎn)品甚至低等級產(chǎn)品，并不符合船舶結(jié)構(gòu)防火的規(guī)定。

3 船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)問題的處理

消防裝備的短缺一直是船舶安全的一個重要問題。消防設(shè)備的短缺絕大多數(shù)都能夠在保養(yǎng)、維修和保養(yǎng)中進行補充，可以迅速糾正。然而，船舶結(jié)構(gòu)防火隔板雖然存在的缺陷數(shù)量較少，但主要缺陷被掩蓋，不能直接判斷。確定某些缺陷需要專業(yè)檢查才能夠發(fā)現(xiàn)問題。然而，這通常是船舶被扣留的依據(jù)。這種缺陷是由于在設(shè)計和建造的過程中不夠嚴(yán)謹(jǐn)造成的，也可能是對于相關(guān)的規(guī)定沒有進行準(zhǔn)確的解讀，理解不明確，所以存在許多爭議。

3.1 提高船舶檢驗規(guī)范的可操作性

船舶耐火安全的保障首先就要提高船舶建造者的合同履行能力，制定更多船舶建造檢驗規(guī)程。現(xiàn)行的《船舶和海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則》是根據(jù)有關(guān)國際公約編制的。有些條文的解釋因人而異，沒有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。隔墻只需用批準(zhǔn)的不燃材料絕緣，以便在給定的時間內(nèi)回火表面溫度低于140 ℃。然而，目前尚不清楚是否應(yīng)在有大火源面或小火源面的艙壁或甲板上，或在任何一側(cè)放置絕緣材料。為了提高其有效性，在新的法定檢驗技術(shù)規(guī)程及其修訂通知的實施中應(yīng)引入相應(yīng)的條款和解釋。

3.2 加強對船舶檢驗部門的管理

船舶檢驗部門的管理工作直接影響著船舶檢驗工作的效率與質(zhì)量，對船舶檢驗至關(guān)重要。絕大多數(shù)的船舶結(jié)構(gòu)的防火隔離缺陷都是由于設(shè)計建造時的不規(guī)范引起的，因此在船舶建造過程中要嚴(yán)格按照內(nèi)裝板耐熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計來執(zhí)行，采用符合相關(guān)規(guī)定的耐熱材料，同時要將分隔材料的產(chǎn)品相關(guān)資料進行保存，確保在船舶檢驗過程中能夠提供材料被認(rèn)可使用的證明。在船舶建造完成后檢驗部門需要確認(rèn)防火分隔建設(shè)是否有效以及在未來年度防火隔離中確認(rèn)結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)。

3.3 開發(fā)新型耐火材料

除了在相關(guān)建造規(guī)范以及檢驗標(biāo)準(zhǔn)上進行完善改進之外，還需要對船舶結(jié)構(gòu)耐火材料以及船舶耐火技術(shù)進行研究以及開發(fā)，探索更有效的結(jié)構(gòu)耐火材料。美國海軍為了船舶在降低升溫速度以及抵抗沖擊力上有所提高，對其艦船的結(jié)構(gòu)防火等級進行了提高。商業(yè)貨船防火材料雖然沒有抗沖擊的要求，但有可能開發(fā)出更適合船舶使用的防火材料。此外，水幕防火系統(tǒng)已被證實，可為船舶結(jié)構(gòu)防火提供更安全及更合適的材料或系統(tǒng)。

3.4 加強防火結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢查力度

在船舶實際運營過程中，對其內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場檢查十分必要，能夠有效將船舶低標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的現(xiàn)象進行杜絕。海事部門應(yīng)當(dāng)對船舶結(jié)構(gòu)的防火室開展專項檢查活動，對防火室的意外缺陷進行調(diào)查和處理，并采取滯留措施，督促船舶所有人按照相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)對傳播內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)進行整改。應(yīng)嚴(yán)格按照船舶相關(guān)檢驗規(guī)定對缺陷進行檢驗。加強與船舶設(shè)計院的溝通，組織海事執(zhí)法人員開展船舶結(jié)構(gòu)防火隔離的現(xiàn)場教學(xué)，了解防火隔離的典型缺陷，為現(xiàn)場執(zhí)法提供技術(shù)支持，更好地為船舶服務(wù)。

4 內(nèi)裝板結(jié)構(gòu)設(shè)計

復(fù)合巖棉板在造船板材中最為常見，許多船舶采用它作為防火分隔板。它用巖棉夾在兩層鋼板中間制成。巖棉密度較大，為了達(dá)到輕量化的目的，采用低密度鋁蜂窩進行代替，但鋁蜂窩防火等級比較低。為了獲得更高的耐火性和更輕的重量，在鋁蜂窩芯材與鋼板之間加一層氣凝膠保溫材料。氣凝膠的密度略高于巖棉，但導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于巖棉。

防火間距是指船舶的熱阻與其結(jié)構(gòu)之間的界限，防火間距在船舶防火中至關(guān)重要。例如，船舶被劃分為幾個主要的垂直防火區(qū)，居住區(qū)與船舶其他部分分開。在火災(zāi)發(fā)生時能夠有效防止其蔓延到其他區(qū)域，降低火災(zāi)造成的損失。船的內(nèi)部用作艙壁，在大多數(shù)情況下，防火分區(qū)功能是必需的。這是一個典型的消防結(jié)構(gòu)。確定耐火材料及其厚度在內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。

傳統(tǒng)的耐火空間結(jié)構(gòu)設(shè)計方法是指使用國內(nèi)外確定耐火材料厚度和接縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。確定材料厚度后進行一系列模擬試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)形式、保溫材料厚度和連接方式，確定方案后進行標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗。這種方式下耐火隔墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要經(jīng)歷很長一段時間，并投入大量的人力物力。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段船舶內(nèi)裝板耐火分隔結(jié)構(gòu)的處理還要受到耐火材料、設(shè)計方案、工作人員素質(zhì)以及施工技術(shù)水平等多個方面的影響和限制，而且這些方面或多或少都存在一些問題。基于此，針對船舶結(jié)構(gòu)防火設(shè)計建造的具體情況提出幾點完善的措施，從規(guī)定、管理、建造、檢驗等角度著手加強船舶耐火分隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計與建造。