岸边集装箱起重机消防方案

上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

港口装卸设备正在快速进入自动化时代，大量的精密电气设备应用于自动化岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)。如果电气设备不慎失火，将会造成设备长期停机，甚至人员伤亡，给码头运营带来巨大损失[1]。因此，岸桥消防安全的重要性不言而喻。消防方案分为预防火灾和消灭火灾2个部分，有针对性地分析火灾发生的潜在诱因，方能更好地给出解决方案。

2 消防对象与消防环境

2.1 消防的对象

岸桥是由电气设备控制驱动的金属机械活动机构。相对于金属机构，消防的对象主要是各类电气设备元件和电缆材料[2-3]。

电气设备材料在以下方面存在发生火灾的隐患：

(1)控制系统(各类模块、继电器、接触器)因虚接等原因产生的短路火花[4]。

(2)驱动系统(变频驱动设备内部的IGBT、电容)因故障等原因产生的爆燃。

(3)化学反应(UPS电池)产生的爆燃隐患。

(4)电力电缆因载流量过大，造成电缆的异常发热，甚至外绝缘熔毁[5]。

(5)变压设备、驱动电机因负载过大，造成线圈击穿，甚至整体燃烧。

(6)因雷击造成的大电流放电形式对电气设备的损害。

(7)人为施工(对金属结构的电焊、切割等)造成的明火。

2.2 消防环境

电气设备分布于起重机的各个角落，但是最为重要的控制驱动核心布置在机房和电气房内部。机房内部主要布置中压开关设备、变压设备和驱动电机[6]。电气房内部主要布置控制系统(各类模块、继电器)、驱动系统(各类变频驱动设备)和监控系统(PLC、电脑)。

机房和电气房属于不同的应用环境。机房采用风机通风的热交换方式，属于开放环境。电气房采用空调制冷的热交换方式，属于相对封闭环境。

3 现有消防措施

3.1 监控措施

当前，岸桥的消防监控措施主要分为2种：温度传感器和烟雾传感器。

温度传感器多采用热敏电阻，当温度超过预置温度时，导电回路断开。烟雾传感器多采用放射离子，当放射离子被烟雾干扰时，导电回路断开。温度传感器和烟雾传感器根据控制形式不同，分为串联回路连接和并联回路连接2种。串联回路连接可以保证任意传感器发生动作，切断整个信号回路；并联回路可以实现地址编码[7-8]。

3.2 灭火设备

消防设备按灭火介质，主要分为喷水灭火、泡沫灭火、干粉灭火、气体灭火4大类。由于喷水灭火会对电气设备造成严重的附带损失，且存在一定的触电隐患，因此喷水灭火设备不适用于岸桥设备。泡沫具有较强的导电特性，为规避触电隐患，泡沫灭火设备也被排除在外。因此，干粉灭火和气体灭火成为目前在岸桥设备上的主流应用。

机房内部高度超过5 m，内部空间较大。钢丝绳出槽口、机房风机通风口等多个开放位置，使得在机房内部直接采用气体灭火的可操作性极低。因此，较多采用手提干粉灭火器的形式。手持灭火器通常布置在机房内部各个通道位置。

灭火气体主要有卤代烷和二氧化碳2种形式。机房内部的中压开关柜，具备SF6气体灭弧功能。电气房属于封闭环境，手提式灭火器仍然可以满足基本的灭火要求。在此基础上，也有用户考虑采用气体灭火方案。值得注意的是，如果采用二氧化碳灭火，气体浓度需要达到40%，将超出20%的人体耐受浓度，故二氧化碳方案不适用岸桥环境。

4 推荐消防方案

4.1 消防监控方案

火灾自动报警系统的设计应符合火灾自动报警系统设计规范的有关规定。岸桥属于在火灾发生初期极易产生烟雾，且需要早期或极早期对火灾进行探测的场所。因此，空气采样烟雾探测报警系统应作为岸桥火灾自动报警系统的优先选项。

每个电气火灾监控控制器的监控区域不宜超过1个防火分区，机房和电气房作为2个独立防火分区，应当采用不同的监控控制器。

岸桥机房区域的火灾隐患主要是中压设备(开关柜、变压器)。中压开关柜中压室已具备气体灭弧功能，正常情况下不会发生剧烈燃烧。如有必要，可以在开关柜内部的低压侧，由制造商预留检测元件(烟雾传感器和温度传感器)。在低压室内部可以安装干粉触发包。当检测元件动作时，触发干粉喷剂，在狭小空间内部实现灭火。

中压变压器根据防护等级分为裸变或者罩壳形式。裸变通常安装在专门的变压器房内部，可以在变压房内部安装相关检测元件，配以气体灭火装置。如果变压器配有罩壳，则需制造商在罩壳内部预留相关检测元件，气体灭火系统的喷管需要从上方深入罩壳内部，因此需要注意避开变压器线圈位置。

电气房内部的柜体分为驱动柜和控制配电柜2种。出于安全原因，驱动柜相对封闭和紧凑。检测元件和气体灭火装置无法深入驱动柜内部。考虑到灭火效率，控制柜应当取消柜门，使之处于敞开状态，与电气房内部空间融为一个整体。灭火元件应平均分布于电气房顶部。由于驱动柜顶部和电气房顶部处于同一空间，因此没有必要在驱动柜顶部的防尘罩处安装检测装置。

电气房地板下部空间主要用于电缆敷设，需在地板下部空间安装温度传感器、烟雾传感器，以及气体喷头，对电缆进行防火保护。

4.2 消防联动控制方案

灭火系统的消防设备联动控制系统应符合《GB50370气体灭火系统设计规范》。设有火灾自动报警系统的岸桥，应将以下部分的装置组成消防联动系统：①火灾报警探测系统；②自动灭火系统的控制系统；③空调通风系统；④火灾报警装置；⑤火灾应急照明系统；⑥电梯控制系统。

探测器的定位应考虑空气流动路径，布置在烟雾最可能经过的路线上。烟雾传送时间应通过计算确定，烟雾传送时间不得大于120 s。电气火灾监控探测器的温度报警值不应超过140 ℃。火灾报警探测系统分有烟感一级报警和温感二级报警。

在收到烟感一级报警信号后，自动灭火系统的控制系统应在1 s内启动火灾报警装置，通知防火区域内的人员及时逃离。在3 s内切断空调通风系统，为气体灭火系统创造密闭环境。在电梯就近楼层停靠后，切断电梯运行允许命令。

在收到温感二级报警信号后，在3 s内发出气体灭火系统的启动信号；在受控设备动作10 s内应收到反馈信号[9]。在15 s内完成火灾应急照明系统的电源转换。

当火灾发生时，消防系统需要具备明确的疏散指引能力。通常疏散指引设备的布局，应当根据消防系统供应商的建议，并结合当地消防安全规范综合考虑。主要的布局要求如下：

(1)每个单独的户内空间均需要布置声光报警设备。

(2)户内空间通道门位置需要布置声光报警设备。

(3)户内与户外通道门位置需要布置警铃类报警设备。

(4)消防系统覆盖空间的入口需要布置气体状态指示灯。

4.3 防火保护措施

电气房作为主要的气体灭火区域，应当在其围棚结构设计方面注意2点：

(1)尽量选用复合防火保护措施。在原有的隔音材料的围棚基础上，内芯隔热材料应优先选用柔性毡状隔热材料，墙壁内侧采用防火板包覆或者涂覆防火涂料。防火保护材料不应发生结构性破坏，仍能保持原有的保护作用直至规定的耐火时间。

(2)尽量选用密封对接形式。不推荐采用多层铆钉层叠对接形式。围棚材料需要选用有一定厚度且便于对接的材料。在现场拼装对接的基础上，再增加相应的密封措施。门窗、穿线孔等特殊位置亦需要采取相应的密封措施。

(3)需要采用空气负压测试进行密封验收。保证气体灭火区域的空气逃逸速率满足气体灭火系统的技术要求，从而保证灭火气体的密度，最终有效地实现气体灭火。

4.4 电缆的选用

当火灾发生时，整个消防系统的检测、灭火、报警均需要保证正常工作。例如要为灭火媒介的释放和人员的逃生留有充足的时间。因此，选用消防系统的电缆时，需要充分考虑耐火时间。根据耐火时间的不同，电缆分为耐火型和防火型2种。耐火型以橡胶外绝缘为主，防火型以矿物外绝缘为主。由于外绝缘材料特性限制，橡胶绝缘电缆柔韧性优于矿物绝缘电缆。

为避免火灾过程中电缆对人体的二次伤害，选用的电缆需要具备无烟无卤的特性。用于消防设备的控制线路、火灾自动报警系统的信号传输线路等可采取下列方式之一：

(1)电线穿金属管或阻燃型硬质塑料管暗敷时，可采用阻燃电缆。

(2)电线穿金属管明敷时，应采用耐火电缆。

(3)电线在金属线槽内敷设时，应采用耐火电缆。

电缆防火封堵根据各不同情况可采用防火胶泥、耐火隔板、填料阻火包、防火帽等方式和方法[10]。

4.5 应急照明系统与消防系统

随着岸桥的大型化趋势，应急照明系统采用不间断电源集中供电的模式逐渐成为主流。当消防系统发现火灾隐患开始工作时，灭火区间内的应急照明系统，应当采用延时关闭模式，保证空间内部人员能够在短时间内快速疏散。灭火区间外的应急照明系统，应当采用持续工作模式，保证人员及时有效地疏散到地面。疏散照明的持续供电时间不少于30 min，备用照明的持续供电时间不少于120 min。地面水平最低照度不低于10 lx。

应急照明系统如果采用铅酸蓄电池，考虑到充电过程中释放出的氢气，在密闭空间中存在爆炸风险，则需要将电池组布置在灭火区域以外具备良好通风条件的地方。

5 结语

岸桥消防系统直接影响到码头作业的可持续性，其重要性日益凸显。在岸桥这一特殊环境中，更好地应用楼宇消防理念，实现岸桥消防系统的合理性配置及可实施性应用，是今后岸桥消防系统的重要设计方向。