防排烟系统在改装舰艇的应用

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(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

目前，战斗舰艇普遍采用全封闭结构，内部舱室和通道相对狭窄，人员相对密集，烟气对人员的影响问题更为突出，控制火灾烟雾蔓延对人员逃生、火场救援、保障过火区域人员生命安全均具有非常重要意义。为增强舰艇战斗力保障舰员及装备的生命力，对现役尚无防排烟设施的水面舰艇进行火灾烟雾控制系统改装，是现阶段比较迫切和确有必要的一项工作。

排烟系统是一个繁杂而系统的工程，因舰船空间狭小，烟雾产生原因复杂，排烟通道一般应在总体布置时给予统筹考虑，并在设计初期对整船的防烟区划进行顶层规划。现役舰船的改装工程不可能对总布置情况进行大范围调整，还需考虑具体改装工程将受改装工期、改装经费等客观条件的约束，需要设计部门因地制宜，有所侧重地对排烟改装方案进行统筹规划。方案宜依托原舰的防火主竖区和防火边界搭建防烟区划，合理搭配组合各种防排烟设施，对重点区段内火灾烟气进行有效阻隔，并排至舰外。实现以点带面，优先重要舱室和典型舱室的排烟系统改装思路。

1 消排烟技术方案

由于舰船环境特殊，各类舰船的功能、舱室结构及开口等各有不同，改装舰船很难制定统一的排烟设计规范。依据每一型改装舰艇的舰总体布置特点，制定符合其自身特点的舰船火灾防排烟方案，是一个必然的选择。在进行改装舰船防排烟系统设计时，基本的排烟原理和可供选择的排烟手段具有通用性和借鉴性。

烟气控制系统的基本方式一般包括自然排烟、机械排烟、主动消烟等三类方法。

1.1 自然排烟方式

自然排烟是借助室内外气体温度差引起的热压作用和室外风力所造成的风压作用而形成的室内烟气和室外空气之间的对流运动。

舰船往往没有专门的排烟通道可以直接利用，利用烟雾蔓延方向受舱内气流组织影响，排烟区域气体温度差具有热压作用的特征，充分利用原舰的舱壁门洞和梯道开口，通过调整水密门及舱口盖的启闭或在开口部位设置挡烟卷帘，调控排烟区域的压力场和气流场方向朝向露天部位开口，根据外部风向适时调整船舶方向，引导火灾烟雾自然向露天部位流动，达到良好的效果。

1.2 机械排烟方式

机械排烟是借助排烟风机的作用对着火处进行强迫送风并同时排气，以排出火灾中的烟气，是火灾烟雾控制系统中最为常用的一种排烟方式。机械排烟需要维持一定量的新鲜空气进入着火区域，以确保排烟效果。

改装舰船难以实现机械排烟的主要原因是防火防烟系统的功能要求与舰上既有的空调通风系统有一定差距。常规暖通系统设计需要满足的所有要求均来自舰员以及设备对居住性和环境舒适度的需求，不仅被要求在功能上要具备湿度适当、风速适当，还被要求要能保证室内环境的清洁度。机械排烟系统重点是排烟量是否满足烟雾生成速度，能否尽快在局部范围内建立压力差和是否有足够的隔离组件能迅速阻挡和隔离烟雾沿风管蔓延。通常情况下，机械排烟系统和原舰的空调通风系统难以兼容，或者需要采用较大代价进行改装。重新设置独立的机械排烟设施和管路难度较大，对总体布置影响非常大，与原舰的设施管线也必然严重相互干涉，因此需要设计者慎重决策，控制好改装范围和改装目的。

1.3 主动消烟方式

在受控的火灾烟雾弥漫区域设置烟雾消除装置，采取主动消烟措施恢复区域内的能见度，是近年来提出的对舰船火灾烟雾控制的一种新的思路。

根据舰船舱室众多，分隔较为细致的结构特点，通常在水密甲板以上设置有纵向贯穿的内部主通道用于连接各水密区段和重要舱室。通道又是舰船主要的进出路线,烟气在通道中的集聚、蔓延阻碍了火灾扑救和人员的逃生,造成人员伤亡和火势蔓延[1]。舰船舱室内空间狭小、密闭，光线昏暗，通风性能较差，火灾所产生的浓烟不易被排出，致使舰员探明火情、扑救火灾的难度加大[2]。针对舰船的主通道是烟雾集聚高危区域，对人员逃生救援影响大，且不易排出的问题，借鉴外军经验提出以消代排的控烟思路。

在火灾烟雾常见聚集部位以及人员通行必经处所设置若干专用消排烟装置，当火灾区域烟雾向外部蔓延时，损管人员应及时封闭火场周边通道及各进出口，对火场周边的毗邻区域进行防排部署，防止烟雾沿内部通道继续向其他区域蔓延，将烟雾控制在一定的区域范围内。开启该区域内的烟雾清除装置(可通过感烟探头自动启动或由舰员手动打开)，采用内循环冷却通风的形式将区域内已聚集的烟雾通过吸附、过滤、水雾喷淋等物理措施在较短时间内予以消除或降低浓度，从而达到迅速恢复该区域能见度，降低烟雾温度，减少烟尘对人体的危害的目的，有利于逃生人员和救援人员能及时辨明方向，快速集结并迅速、安全地通过该区域。

2 防烟区划确立

为抑制火灾烟雾的危害，舰员和消防损管人员必须了解烟雾在舰上所有可能的迁移途径，控制火灾烟雾在本舰内蔓延，确立舰船防烟区划。我国对水面舰船舱室的密性要求有水密、气密和油密等。在美国相关规范中，除以上所述内容外，还明确提出了烟密的概念，英国在全舰生存性结构图中，对火灾的区域设计也提出烟密要求[3-5]。预先划分有效的烟密区是实现舰船火灾烟雾影响范围控制的重要保证，舰船防烟分隔应在防火分隔的基础上开展。防火主竖区应达到烟密，要有利于舰船防火、灭火的有效性。防火主竖区的前后端壁是水密主隔壁，一个主竖区内要含有若干水密主隔壁[6]。研究结果表明，在通道处设置挡烟帘，在舰船内部形成有效的烟雾边界，阻止火灾烟雾扩散，提升舰船消防能力。应在主要的纵向甲板通道烟密分隔处设置挡烟帘以，形成烟密缓冲区，确保火灾后人员进出时，该烟密区仍能保持烟密。

改装舰船的防烟分区划分可以借鉴原舰防火区划及设施。防火区域划分是全舰区域划分的基础，水密主隔壁的位置沿纵向将主船体分成纵向长度不大于约48 m的若干区段，并将分隔各区段的主隔壁作为防火主竖区进行重点防护，以保证火灾时可从大范围内有效隔绝火焰和火灾烟雾[7]。原舰防火分区的边界及隔离设施可以直接用于挡烟使用。

烟管区的控制和形成需要烟雾边界。根据以上划分原则，通常依托原舰的防火主隔壁及防火主隔壁上的防火门，纵向将舰艇分隔为若干相对独立的防烟区段。在每个防烟区段内，根据舱室的火灾危险程度，对容易产生火灾及舰艇指挥、情报部门等重点舱室进行重点隔离防护。

3 防排烟设施设置

3.1 挡烟设施设置

通过对国内外防烟分隔技术的研究现状调研发现，挡烟方式主要有防火门及挡烟帘。

设置防火门及挡烟帘的目的主要是在舰船内局部区域形成有效的烟雾边界，确保火灾后人员进出该区域时该防烟分区仍能保持较好的隔烟性。

在重点区域或重点部位加装挡烟帘是现役舰艇改装方案中最常见的方式之一。挡烟帘结构简单，使用方便且安装受舰总体资源限制少，对阻隔烟雾蔓延具有较好效果，配合移动式排烟组件使用。挡烟帘与防火门在阻烟功能上相似，由于舰船火灾烟气流动特性，挡烟帘与防火门在阻烟作用上有区别。

防火门只有完全关闭才能起到挡烟作用，且会阻挡人员通行。使用挡烟帘通常封闭上部开口部位2/3，使新鲜空气得以从下部进入，冷空气与热烟雾会自然分层，烟雾在顶部聚集，有利于排烟设备集中抽吸，也有利于消防损管人员从相邻区域敷设消防水带、携带消防工具快速进行火场支援。

在设有防火门、水密门的部位，根据人员聚集情况和门使用频率，设置挡烟帘依然非常必要。

3.2 固定消排烟设施设置

固定式排烟设施通常采用加压送风和强制抽风方式，利用加压送风机或负压排风风机对被保护区域进行送风和抽风，使其保证一定压力梯度，以避免着火处的烟气借助各种动力向被保护区蔓延。加压送风或强制抽风需设置大流量、高风压、耐高温的专用通风系统(排烟风机)。

根据欧美等发达国家的舰船烟雾控制研究成果，从其防排烟技术研究的顺序可见，舰船排烟技术首先围绕机舱区域展开，通过大量实际火灾烟气控制实验，最后系统建立完整的全舰排烟系统。动力舱作为防控火灾烟雾的重点部位是应优先考虑的。

常见的动力舱通风系统均设置独立的、较大流量的风机及进排风系统，实现对动力舱的机械通风换气能力。通风机一般设置在机舱外部或机舱棚、烟囱等较高部位，在原理上，原舰动力舱的排风系统有利于实现机舱区域烟雾对外排放。现有舰船动力部位通风系统因风机耐温能力实际达不到排烟需求，无法兼任排烟作用。目前国内已有部分厂家正在研制大排量的舰用排烟风机，要求能在一定温度(280 ℃)下正常运行一段时间(不低于30 min)不损坏，可用于动力舱的区域烟雾排除工作，还能作为日常通风换气的通风机使用。采取直接换装耐温型排烟风机替代原舰排风风机是一种较为简便可行的改装方式。设计中应重点校核排烟风机的通风量是否能兼顾日常通风和排烟通风需要。

3.3 移动消排烟设施设置

由于舰艇装载的危险品较多、舱室较复杂，除动力舱外的其他部位存在发生小型火灾的可能性，为确保灭火的顺利进行以及人员的撤离，在破损甲板或损管甲板主通道人员易达部位配置相应的可移式消排烟装备、消烟模块、耐高温排烟软管等装备。当形成烟密区划以后，可以结合挡烟帘、防烟罩的合理搭配，将火灾区域的烟气排至舰外或消除。

常见的移动型排烟风机主要为电力和水力两种驱动方式。水力驱动型可直接利用舰上水灭火系统作为动力源，因其风量风压较小，仅适用于火灾造成区域失电或必须人工断电的情况下使用；电气驱动型相对风压和排风量较大，使用需要具备可靠的电源动力，适用于火灾未造成电力中断的情况下使用。

排烟风机、消烟模块以及配套排烟软管，储藏在损管队员易于到达的地方。为配合电力排烟风机的使用，在上述排出部位配置排烟机专用插座。为可靠使用移动排烟风机，插座除由正常配电系统供电外，还应能从本舰的应急电网设施获得应急电源。水力驱动风机还需要设置相应的排水接口，将驱动水源排至舷外，避免对舰总体造成危害。

3.5 主动消烟设施设置

目前国内船舶针对火灾烟气控制设备主要以抽排为主。由于船舶的结构特点，实际发生火灾时，部分区域尤其是甲板以下区域难以直接通达向露天部位，导致需要铺设的排烟管线较长且弯折较多，当排烟延程阻力过大，超过排烟风机的能力时，排烟效果难以满足消防需求。排烟管一般需要穿过多个区域，如本身出现破损时，将直接导致烟雾通过排烟管向经过的区域泄漏扩散。对于此类排烟困难的部位，设置能就地消烟的装置。不同于机械排烟过程，烟雾消除装置是采用封闭内循环方式消烟，在消烟过程不会产生新鲜空气及氧气的补充，对于封闭火场隔绝空气，防止火灾进一步扩大十分有利。

排烟系统设计，通常可将经过重点防排烟区域的主通道设置为烟雾缓冲区作为逃生通道或救援集结区域。设置烟雾缓冲区的目的是将火灾区域与安全区域进一步隔离，通过两道以上的挡烟措施，将烟雾蔓延的速度进一步释缓，为逃生人员和救援人员集结和采取对策争取时间。

如果在缓冲区内设置有火灾烟雾快速清除装置，当其探测到防护区域内烟雾超过一定浓度值时，可以自动或手动遥控启动，火灾烟雾通过装置内置的风机吸入，经烟雾及有毒、有害气体过滤模块处理后排出。火灾烟雾在舱室内循环通过烟雾快速清除装置后实现火灾烟气快速清除提高，短期内提升能见度，方便该区域的人员及时发现逃生出口和火灾现场入口，并进一步减缓烟雾蔓延速度。

火灾烟雾快速清除通常设置于较封闭的区域或需要在发生火灾时进行封闭的处所，有利于消防人员集结和火场人员疏散。

4 结论

文中讨论了对于改装舰船防烟区划的划分方法以及各类消排烟设施的特点与设置策略。在现役水面舰艇改装设计时，应将防排烟系统的设计侧重于优先实现烟区分隔能力建设，再确立以重点舱室、重点部位为防范对象，贯彻以挡烟为主，机械排烟与消排结合的火灾烟雾防控思路。立足现有技术，注重系统先进性和工程可实施性的相对关系，符合改装工程的客观条件和实际情况。