港口大型装卸机械火灾原因及防火设计

■ 郇 超 翟 强

港口大型装卸机械火灾原因及防火设计

■ 郇 超 翟 强

0 引 言

随着港口经济的快速发展，提高装卸效率成为港口企业追求的目标。大型装卸机械以其优异的性能，被越来越多地应用到港口的生产建设当中。随着大型装卸机械在港口的广泛应用，消防安全问题逐渐凸显，火灾事故也频频发生。以某港口为例：2009年至2015年，大型装卸机械发生一般火灾事故共4起，其中桥式卸船机火灾事故2起，门机火灾事故2起。这些大型装卸机械内部电气设备多为国外进口，且造价昂贵。如桥式卸船机，每台价值人民币1 000余万元，一旦发生火灾，将造成巨大直接经济损失，加上延误的工作量和载货班轮因停工而滞留的时间所产生的间接经济损失更加难以估量。在此情形下，港口大型装卸机械的消防安全显得尤为重要。

1港口大型装卸机械火灾防控现状

目前，国家现行的消防设计规范对港口大型装卸机械并没有明确的消防技术要求，港口消防监督人员通常根据自身的工作经验和每个港口不同的生产特点进行管理，采用的方式和方法也各有所别。现今，在港口大型装卸机械上设置火灾自动报警系统已经成为国内外设计及生产厂家和港口消防监督人员的共识，而选取感烟火灾探测器和全淹没、管网式气体灭火系统对电气设备进行保护成为主流观点。但是，通过分析近几年的火灾案例可以看出，仅依靠单一的感烟火灾探测器来预警，通过全淹没、管网式气体灭火系统来灭火，实际效果并不理想。如何在没有现行消防设计规范要求的情况下确保港口大型装卸机械的消防安全，采用何种火灾探测器和灭火系统才能切实有效地保护电气设备、降低火灾造成的损失，已成为港口消防工作的重要内容之一。

图1 桥式卸船机

表1 某港2009—2015年大型装卸机械火灾事故统计

2 近几年某港口大型装卸机械火灾事故分析

综合表1中的4起火灾案例，港口大型装卸机械火灾事故呈现出两个特点：首先是起火部位相同，均在电气机房；其次是火灾原因单一，均属于电气火灾。

2.1 起火部位分析

某港口2009年至2015年发生的4起大型装卸机械火灾事故，起火部位均在电气机房。电气机房作为大型装卸机械的重要部位，是整个机械运行的中枢系统，其内部集中安装了大型装卸机械的主要电气设备、控制设备和电气线路。电气机房作为大型装卸机械的重要组成部分，是火灾事故高发的地点。以桥式卸船机为例：桥式卸船机的电气机房位于机体的上层，距离地面约50 m，空间相对封闭。在运行过程中除了驾驶员每次换岗时进行巡视以外，基本处于无人值守的状态，容易出现火灾隐患，且难以及时发现。由此可见，港口大型装卸机械的电气机房不仅是消防安全的重点部位，而且还是火灾事故频发的关键部位。

2.2 火灾原因分析

分析表1中的火灾案例可以发现，港口大型装卸机械火灾原因比较单一，均为电气火灾。电气火灾是指电气设备、线路出现故障或因安装、使用、维护不当而造成的火灾。这类火灾的共同特点是电能转换为热能后，作为点火源引发火灾。导致电气火灾的原因主要有短路、接触不良和过负荷等。

2.2.1 电气线路短路

短路是指电气线路中电位不同或不同相的两点直接碰撞或被阻抗（或电阻）非常小的导体接通时，引起电流突然大量增加的现象。由于短路时电阻突然减少，电流突然增大，其瞬间的发热量非常巨大。短路电弧的瞬间温度可达2 000 ℃以上，不仅能使绝缘层迅速燃烧、金属导线熔化，甚至可以造成导线金属融滴的飞溅，引起附近的可燃物燃烧，导致火灾发生。例如，某港口2009年和2010年发生的两次门机火灾事故均是因电气线路老化、破损引起短路所造成的。沿海港口的大型装卸机械因长期处于沿海潮湿环境，加上机械设备长时间高负荷运行，电气线路绝缘层老化、破损的现象较为普遍，火灾几率较大。

2.2.2 电气线路接触不良

电气线路接触不良是指在电气线路的接头部位因连接不好而形成的接触电阻过大的故障。由于接触电阻过大，可以使这一部位异常发热，一方面可能损害附近的绝缘层而造成短路，另一方面可能引燃周围可燃物而造成火灾。导致电气线路接触不良的原因有很多，例如：导线连接的接触面沾有杂质或被腐蚀、接点处长期运行而缺乏检修等。例如，某港口2012年11号泊位1号桥式卸船机火灾事故，就是因电气线路铜铝混接的接点在长期负载下产生氧化、电腐蚀作用，使得接触点电阻过大而产生过热引起火灾。这种情况一般出现在使用年限较长且缺乏检修的机械设备上。

2.2.3 电气线路过负荷

电气线路过负荷是指线路中的电流超过了线路的安全载流量的一种故障。用电设备故障、粘连性短路等都有可能造成线路的过负荷。导线过负荷时，由于电流过大，或者导线的散热条件不好，会使整个回路中导线过热。常用单股绝缘导线通过2倍额定电流时，铜线温度超过300 ℃，铝线温度超过200 ℃；通过3倍额定电流时，铜线温度超过800 ℃，铝线温度超过600 ℃。当铜、铝导线通过的电流大于2倍时就足以使聚氯乙烯绝缘导线绝缘分解，起泡，局部开始冒烟，绝缘层熔软下垂，进而引发火灾。某港口2015年11号泊位4号卸船机火灾事故，正是由于设备运行时电气线路过负荷，而应起到保护作用的装置却因电气元件老化出现故障，不能及时预警或保护线路，导致线路长时间处于过负荷状态，进而过热引发火灾。

图2 线型感温火灾探测器

图3 线型光纤感温探测器应用原理

3 港口大型装卸机械的防火设计

在港口大型装卸机械上设置火灾自动报警系统，已经成为国内外的生产厂家和港口消防监督人员的共识。结合此类火灾的特点，在此仅对采用何种火灾探测器、使用何种灭火系统和需要采取的防火分隔措施提出个人意见。

3.1 在火灾自动报警系统中增设线型感温火灾探测器

诸多关于港口大型装卸机械防火的学术文献中，对火灾探测器的选用和安装方面要么未作详细说明，要么提出在电气机房内安装感烟火灾探测器。参照实际火灾案例，通过在电气机房内安装感烟火灾探测器来达到预警的效果是不理想的。电气机房内的电气设备和线路不是安装在设备柜内就是敷设在夹层中，等烟气达到报警浓度时，设备柜内的电气设备和夹层中的线路通常已经完全烧毁。以某港口2015年12月30日11号泊位4号桥式卸船机火灾为例，凌晨2时10分整机出现断电，此时火灾已经在2号变频柜内和夹层中的导线上发生，直到2时20分电气机房内的感烟火灾探测器才发出报警信号，使火情整整延误了10 min。由此可见，采用更加及时有效的火灾探测器是应对报警延误的关键。因港口大型装卸机械火灾基本上是电气火灾，所以对其电气线路进行预警才是最佳方案，而线型感温火灾探测器能够符合这方面的要求。在港口大型装卸机械的电气线路和高低压配电柜处采用线型感温火灾探测器，可以在导线出现高温时就提前预警，避免报警出现时间延误的现象。综合上述分析，在火灾自动报警系统中同时采用感烟火灾探测器和线型感温火灾探测器，可以有效地提高港口大型装卸机械的防火预警能力。

3.2 在电气设备柜处安装火探管式自动探火灭火装置

电气机房作为港口大型装卸机械火灾事故高发的重点部位，对此处采取防火、控火措施是保障消防安全的关键。主流观点认为应该将电气机房作为一个防护区，设置全淹没、管网式气体灭火系统。然而在实际运用中，全淹没、管网式气体灭火系统却有很多弊端：

1）安装环境不理想。港口大型装卸机械处于运行状态时产生的振动非常大，而长时间的振动会影响系统的精密性和稳定性，容易造成系统的损坏和失效；

2）手动控制不方便。火灾发生后，因电气线路或设备受损会出现机械整机断电的情况。例如某港口2015年12月30日11号泊位4号桥式卸船机火灾，整机断电后驾驶员只能爬出驾驶室，沿机臂摸索着到达起火的电气机房；而地面工作人员只能通过高度近50 m的爬梯到达，所用时间均在5 min左右；现场工作人员不能及时到达现场确认火灾并启、停系统。

3）自动控制不理想。通过3.1中的案例来看，如果采用两处感烟火灾探测器报警信号作为系统启动信号，在响应时间上会存在约10 min的延误；实际案例中10 min内火势蔓延至两处电气设备柜和一处变压器箱，导致价值人民币40余万的设备受损。

如果采用两处线型感温火灾探测器报警信号作为系统启动信号，会出现火灾尚未发生、系统提前动作的情况。无论采用何种方式自动启动，结果均不理想，不能很好地控制火势和扑灭火灾，实现降低损失的目的。

综合全淹没、管网式气体灭火系统的种种弊端，采用火探管式自动探火灭火装置更加适合在港口大型装卸机械的电气机房使用。

图4 火探管式自动探火灭火装置

火探管式自动探火灭火装置较全淹没、管网式气体灭火系统更为轻便和易于安装，且受机械振动影响不大。作为一套结构简单、成本较低的独立自动探火灭火系统，该类灭火装置采用柔性可弯曲的火探管作为火灾的探测报警部件，同时这种火探管还可兼做灭火剂的输送及喷放管道，柔性的火探管可以很方便地布置到每一个潜在的着火点附近。一旦发生火灾，在火灾初期，着火点附近火探管受热破裂，立即释放灭火剂灭火。该装置不会出现全淹没、管网式气体灭火系统在手动、自动启停时的弊端，更加适合在港口大型装卸机械的电气机房使用。综上所述，在电气机房的电气设备柜处安装火探管式自动探火灭火装置，采用分块保护的方式，以每个箱柜作为一个防护区，直接对电气设备进行保护，是较为理想的选择方式。

3.3 在电气机房内采用防火隔热材料进行分隔

在建筑防火设计中，通常采用防火隔热材料对建筑物的内部空间进行防火分隔。港口大型装卸机械的电气机房也可以采用类似的方式来达到防火阻燃的目的。很多港口大型装卸机械虽然在其电气机房内部进行了分隔，但使用的材料却五花八门。如桥式卸船机，其电气机房被分隔为PLC室、电气室和机房3个部分，可是使用的分隔材料却是彩钢泡沫夹芯板，根本不具备防火隔热的性能，无法实现防火阻燃的效果，甚至在发生火灾时还会加剧火势的蔓延。例如某港口2015年12月30日11号泊位4号桥式卸船机火灾事故：起火部位在电气室，由于电气机房内采用彩钢泡沫夹芯板作为隔断，结果导致泡沫受高温融化，进而发生燃烧；火势从彩钢板内部开始，逐步蔓延至各个房间；最终不仅使整个电气室遭受损失，还导致与其贴临的PLC室受到了火灾的影响。结合上述案例可以看出，原有的彩钢泡沫夹芯板直接导致了火势的加剧，增大了火灾的损失。如果改用防火隔热材料(如彩钢岩棉夹芯板等)进行分隔，可以在很大程度上限制火势的蔓延，降低火灾的损失。因此，在电气机房内采用防火隔热材料进行分隔，是港口大型装卸机械防火的必要措施。

［1］陈彤兵.火灾自动报警及灭火系统在集装箱装卸桥上的应用［J］.上海消防，2001（10）：83-84.

［2］徐放.大型港口装卸机械火灾隐患及应采取的对策［J/OL］.慧聪网，2004-04-06.

［3］刘国栽.浅谈火灾自动报警系统及灭火系统在大型装卸机械上的应用［J］.消防科学与技术，2001（2）：27-28.

［4］陈南.电气防火教程［M］.北京：中国人民公安大学出版社，2008.

［5］JT/T 93—2008.港口装卸机械电气设备安装及检测规范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［6］ GB/T 11022—2011.高压开关设备和控制设备标准共用技术要求［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［7］GB 16280—2005.线型感温火灾探测器［S］.北京：中国标准出版社，2006.