俄罗斯舰船弹药舱气体抑制系统设计探讨

1 引 言

关于如何在舰船总体设计中保障弹药舱的综合安全性，是各国海军十分关注的安全性设计问题之一。从目前所收集掌握的技术情报资料反映，国外相关设计单位从未停止对舰上弹药储存安全措施的研究工作，但是，此类试验研究和设计更新多集中在如何改进和提高喷淋、浸水效果和系统快速反应方面。

近年来，随着对俄罗斯相关设计资料的收集和掌握，我们注意到在俄舰上普遍设有弹药舱气体抑制系统。按字面理解，对弹药舱设气体抑制系统似乎有悖常理，因此，围绕着该系统的问题和争议较多。本文旨在探讨俄罗斯原设计思想，分析其系统组成和功能目标，并在此基础上提出改进和完善系统设计的初步方案建议。

2 俄罗斯舰船弹药舱气体抑制系统技术状态

2.1 前期抑制系统的技术状态

根据掌握的俄罗斯技术资料，对弹药舱抑制系统的用途有这样的文字描述：“可自动启动的抑制系统用于防止未充分燃烧的可燃物和新鲜空气混合后引起的爆炸，这些新鲜空气是当发生事故时从排气盖进入弹库的”。

弹药舱的抑制系统包括带有气动启动装置的抑制剂瓶、气动球阀、金属护套软管、电磁换向阀、压力信号发送器、喷头、压缩空气瓶、截止阀、截止止回阀及抑制剂输送管路、填充管路、泄放管路和气动控制管路。典型功能原理如图1所示。

图1 俄罗斯舰船弹药舱气体抑制系统典型原理图

在系统中，其抑制剂通常采用与舰上常规气体灭火系统通用的赫冬拉114B2(即哈龙2402)，抑制剂瓶的气动启动介质和瓶内的充压介质均采用压缩空气。

抑制系统的控制采用自动、遥控和手动3种方式，对系统的施放控制通常可在3个部位实施，即：弹药舱监控部位，实施集中监测和自动、遥控控制；弹药舱门外，实施现场就地控制；抑制站，实施应急手操控制。

2.2 新设计抑制系统的状态变化

近年来，俄罗斯舰船设计部门在其出口产品的设计中，针对弹药舱的气体抑制系统设计在技术状态方面进行了一些明显的调整，其中主要反映在传感器配置、抑制剂更新和舱内喷头布置3个方面。

在俄传统设计中，弹药舱内一般配置空气温度传感器和气压传感器。温度传感器主要用于实时监测弹药舱内空气温度，当温度超标时发出报警信号。气压传感器主要用于当弹药舱内大气压力和气压增速超过设定值时发出报警信号。据介绍，俄设计部门在为印度海军的设计中，除配置上述两种传感器外，还在弹药舱内配置了火警传感器。

在俄传统设计中，用于弹药舱的抑制剂通常采用赫冬拉114B2。在其新型产品项目的技术文件中，用于弹药舱的抑制剂采用了对臭氧层没有破坏作用的赫冬拉227ea(即七氟丙烷)。

在俄传统设计中，气体抑制系统的喷头集中布置在弹药舱的排气盖所在局部区域。在其新型产品项目的技术文件中，气体抑制系统的喷头除集中布置在弹药舱的排气盖所在局部区域外，还在舱内的一侧或两侧均匀布置有更多数量的喷头。如图2所示。

图2 俄罗斯新设计资料中的弹药舱抑制系统喷头典型布置图

3 对俄罗斯系统设计资料的技术解读

3.1 系统设置的必要性

在传统的概念中，弹药就是各种类型的炸药。炸药的燃烧与一般可燃物不同，一般可燃物燃烧需要氧气，而炸药的分子或混合物中既含有可燃的碳元素和氮元素，又含有助燃的氧元素或氧化剂。因此，当炸药发生燃烧或爆炸时是不需要外界供氧的。基于此，各国传统的弹药舱消防设计均采用喷水和浸水系统，其主要思想是利用水的冷却、降温和隔离作用，使舱内弹药避免因火灾(温度)引起爆炸。

实际上，现代舰船所装载的弹药已远非传统的炮弹、水雷等仅含炸药类危险物的火工品。随着作战需求的牵引和军事技术的发展，弹药的种类和其内部装填的危险介质十分复杂，舰上弹药舱内的危险事故也远非炸药爆炸这么简单。例如：导弹和其它火箭助推武器的发动机液体燃料和推进剂泄漏事故；弹药转运机械的液压油泄漏事故；燃烧弹、照明弹等特种弹药携带的固体可燃物散落等。对此问题的认识，俄舰船消防设计部门似乎更加深刻，针对弹药舱设置气体抑制系统反映出其防险设计更加细致、周密。

在俄资料中，将舰上弹药舱和储存部位细分为三大类，10多种。其中，明确要求配置抑制系统的弹药舱占三分之一。

3.2 系统功能目标分析

从接触的技术资料分析，俄弹药舱气体抑制系统的设计最初主要用于当舱内发生事故触发排气盖开启动作时，通过在舱口处施放抑制剂，以防止外界空气通过舱口进入舱内。从这个意义上讲，该系统应该称为“气体隔离系统”更加合适。但在其新的系统设计中，除将喷头集中针对排气盖布置外，还在舱内的一侧或两侧均匀布置有更多数量的喷头，如果再加上舱内火警传感器的配置，这样的系统应兼有“局部气体隔离”和“全淹没气体灭火”的双重功能。这种在设计细节上的变化反映出其设计指导思想的演变与更新。从预想的危险场景分析，弹药舱的各种意外事故中至少有三类危险情况可采用气体消防措施进行事前抑制和初期控制，其一是舱内耗氧可燃物液体泄漏或固体散落，但未发生燃爆；其二是舱内耗氧可燃物发生明火燃烧；其三是舱内可燃物发生气爆，冲开排气盖后，外界空气进入舱内与剩余耗氧可燃物接触。

3.3 俄罗斯系统设计存在的缺憾

对于兼有“局部气体隔离”和“全淹没气体灭火”双重功能的弹药舱抑制系统而言，俄资料反映的系统设计尚存在一些缺憾，主要表现在双重功能在时间控制要求方面的冲突和采用压缩空气对舱内安全的副作用。

为保证对开启舱口的气体隔离作用，需要系统在保障隔离效果的基础上尽可能延长喷射时间，一般为几分钟。为保障对舱内的淹没式灭火效果，要求系统应尽可能缩短灭火剂的施放时间，一般为数10 s。由于采用同一组抑制剂瓶兼顾上述两种功能，若抑制剂施放缓慢，则可能减缓和削弱对燃烧或爆炸的抑制效果；若抑制剂快速施放，当随后非可控气爆发生时，外界空气会因舱内负压进入舱室，造成二次事故隐患。

由于俄系统设计中采用压缩空气对抑制剂瓶进行充压，在抑制剂施放的后期，势必造成大量含氧空气通过输送管路进入舱内，这种设计可能会削弱安全保护效果，或为了克服压缩空气的负面影响额外增加抑制剂配量。

4 对俄罗斯系统设计的改进建议

鉴于对俄系统设计的缺憾分析，借鉴常规消防设计经验，特提出如下改进建议：

1) 管路系统按功能分解，即在系统设计中针对“局部隔离”和“舱内全淹没”两种功能分别配置相互独立的功能设施。

2) 采用氮气充压和氮气驱动，即采用填充压缩氮气的方式对抑制剂瓶内的抑制剂进行增压，并采用压缩氮气实现对抑制系统的气动控制。

3) 调整监控方式，即主要采用火警信号，兼顾可燃气体浓度监测的必要性和可行性，联动控制全淹没系统的施放；主要采用排气盖开启信号联动控制局部隔离系统的施放。

4) 取消输送总管隔离阀，即图1中的气动球阀。因为，俄系统设计中，安装在输送总管上的气动球阀在平时似乎没有明显隔离的必要，在紧急施放时反而多一个故障隐患。

5 结束语

舰船弹药舱的综合安全事关重大，具有俄罗斯特色的气体抑制系统设计从一个侧面启迪了我们的安全设计和研究思路，值得我们的反思和借鉴。但是，鉴于舰载弹药的复杂性和气体灭火效果的局限性，弹药舱的气体抑制系统并不能完全保证对弹药事故的有效控制。就目前技术而言，对弹药的消防安全措施仍然需要考虑以喷淋和浸水为主要手段，气体抑制系统只能作为一种补充手段根据需要进行配置。

[1] 郑治仁. 液体推进剂防火防爆问题综述[J]. 中国航天, 2000 (2).