关于固定CO2灭火系统教学模型的建立

□ 黄锦鹏 许金辉

据不完全统计，船舶火灾占海难事故总数的11%，居第四位，但所造成的损失排在所有海难事故之首。船舶一旦发生火灾，将是船毁、人亡和环境污染等灾难性损失。为此，我国《船舶与海上设施法定检验规则》规定：2 000 GT及以上货船的装货处所 （除载运危险货物外）；油船货泵舱以及超过4m3的油漆间和易燃液体物料间等处均应装设固定式灭火系统。CO2是一种惰性气体，对大多数物质没有破坏作用，灭火后能很快散逸，不留痕迹，来源丰富，价格低廉。因此，除了油船装设固定泡沫灭火系统及载运危险货物船装设干粉等固定灭火系统之外，绝大多数远洋货船都装设了固定CO2灭火系统。为此，国家海事局根据《STCW78／95公约》和 《SOLAS1974公约》要求，在船员培训中 （包括驾驶、轮机和电气等所有水上专业）开设了 “防火灭火”和 “高级消防”两项证书培训用于预防和扑灭船舶火灾。

笔者对大连海事大学、上海海事大学、上海海事职业技术学院、江苏海事职业技术学院以及南通航运职业技术学院相关高级消防训练课程进行调查，虽然各院校都有实训场地，但考虑到培训成本，固定CO2灭火系统基本上是一种摆设或在单项训练中给予释放方法的讲解，几乎就没有释放过；即使是海上船舶消防演习，该套设备的演习使用频率也是零。因此，研发一套教学式固定CO2灭火系统，采取低成本、低损耗模式，将是使学员熟悉设备的灭火原理、使用方法、检查和保养，提升船员灭火技能和降低船舶火灾损失的重要保障。

1.固定二氧化碳的灭火原理

固定CO2灭火系统由气瓶组、启动装置和通往各舱室的分配阀、专用管路以及喷嘴等组成 （如图1所示）。20℃时将CO2气体加压到5.6 MPa即成液态 （固态俗名干冰），专用钢瓶平时借助于安全膜片和工作膜片，将二氧化碳密封在贮存瓶内。释放时，打开驱动气体控制阀，借助驱动气体N2使连接在CO2钢瓶组上的钢丝绳作用，使该组所有瓶头阀自动打开，瓶内液态CO2在驱动气体的作用下，压力急剧升高达到某一额定值时，安全膜片自动破裂，液态CO2转化为气态，压力瞬间膨胀为原来的450倍；接通总阀和着火舱室分配阀，气体通过管路和喷嘴释放到着火舱室。由于CO2由液态转化为气态需要吸收大量的热，因而能降低火场的温度，起到冷却灭火作用；同时，大量的CO2气体释放到火场，迅速充斥舱室，降低助燃气体O2的浓度，起到窒息灭火作用。

图1 固定CO2系统示意图

为了安全和经济，船舶CO2集中存放在固定CO2间，分成若干组，每组一般不超过12瓶。当某一舱室着火后决定释放固定CO2气体时，根据舱室容积确定释放固定CO2气体的组数。释放时，只要打开驱动气体控制阀、总阀和分配阀，该组气体即自动释放到着火舱室，从而能够迅速起到灭火效果。

2.固定CO2灭火系统的演习建模

笔者对多家船舶消防安全设备公司进行询价，其中生产和安装一套固定CO2灭火系统设备报价最低的是上海金盾消防安全设备有限公司 （大概在25万元左右）。建设费用除外，假设3m3的实训舱室释放一次该气体，根据公式1计算需要1瓶该气体，该公司充装40lCO2气体大概需要2千元左右，高职班学生一般为50

根据 《船舶与海上设施法定检验规则》要求，每一钢瓶的容量为40 l（目前也有些船舶装设68 l容量），约27 kg左右，每千克液态CO2变成气体后容积为0.56 m3，CO2气体只要占舱室30%以上 （机舱为40%），就能使火灾窒息。因此，着火舱室所需的CO2气体的最少瓶数（大于1则取2，并非四舍五入）：人，分成2组进行演习，仅演示就需4千元，还有即使每组演习一次，考试时每组一次，则一个班级仅施放该设备就需1.2万元；何况高级消防训练中还有固定泡沫灭火系统、固定干粉灭火系统、自动喷水系统以及各类手提式、舟车式灭火器的使用，培训费用相对较高。因此，构建一套相对仿真的教学固定CO2灭火系统，对学员掌握该设备的灭火原理、使用方法和检查保养等具有重要意义。

（1） 实训场地的选择

建设一个大舱室，为便于演习后场地清洗，可用防火玻璃分割成2 m3的独立密闭舱室A、B、C、D等， （其中B、C、D等舱室用于固定泡沫、固定干粉灭火系统以及自动喷水系统的场景模拟），在A舱室装设一扇气密门和窗。根据公式1，该舱室需要约4.3 kg（5 kg钢瓶）的CO2气体。在大舱室附近再建设一个小舱室模拟固定灭火系统存放间。

图2MTZ5型手提式CO2灭火器

（2） 定制5kg固定CO2钢瓶

目前，绝大多数厂家都生产MTZ5型手提式CO2灭火器 （即5 kg的手提式CO2灭火器，经询价，往该设备充装气体只需200元） （见图2），定制5kg固定CO2钢瓶只需在MTZ5型的喷筒管上安装与固定灭火系统专用管路连接的接口。

（3）固定CO2灭火系统的教学安装

在喷筒管与管路上安装通往各个舱室的分配阀，通过管路连接到密闭舱室A，并在舱室顶端安装一个CO2喷嘴 （见图3）。当模拟舱室A发生火灾后，人员打开分配阀、总阀、瓶头阀 （驱动气体释放阀和瓶头阀二合一），CO2气体将一次性全部足量释放到着火舱室A。同时，在B、C、D等舱室还可以模拟固定泡沫、固定干粉以及自动喷水等灭火系统。从而在相对仿真的基础上最大限度地节约教学成本。

图3 教学用固定CO2模拟场景示意图

3.固定CO2灭火系统的演习模型可行性分析

在模拟舱室中建设相关设备模型，如模拟机舱，可装设主机、辅机、锅炉等简易模型，学员能够在模拟舱室中了解设备的具体布置以及火灾易发部位。并可了解固定CO2间内气瓶的构造、使用步骤、检查保养以及存放方法。低成本低损耗能够使学员更直观更全面的了解该设备使用过程中的注意事项，以解决在以往高级消防演习中对固定灭火设备只讲解不演示的弊端。

4.用固定CO2灭火系统灭火的演习场景模拟

场景：A舱室 （可能是机舱、货舱或船员房间）可燃物着火：

（1）巡船人员发现火情，迅速关闭门，并按附近手揿式警铃报警 （发现者的行动）；

（2）驾驶台听到警报后向全船发出火灾警报，船长上驾驶台并向外界通报船舶动态 （驾驶台的行动）；

（3）先赶到人员迅速搬开周围可燃易燃物和关闭通风口窗户 （人员不足时的行动：防护周围和封堵火势战术）；

（4）人员集合后派人下舱探火 （先探明火情、后采取行动），发现是某部位某可燃物着火；同时启动消防泵冷却舱壁 （先控制，后消灭）；

（5）根据探火提供的信息确定火势太大，决定施放固定CO2气体 （间接扑灭战术）；

（6）鸣放警铃撤离人员，清点全船人数，确保无人员受困；并根据舱室总舱容确定释放气体组数；

（7）打开分配阀、总阀、驱动气体控制阀，释放固定CO2气体 （固定CO2系统释放方法）；

（8）检查着火舱室密封情况 （防止漏气）；

（9）火势被控制的情况下，不断检查舱壁冷却情况；

（10）当温度恢复正常时，派人下舱探火；

（11）确保火已熄灭时，对舱室通风和停止冷却；

（12）对舱室测氧测爆，确保随后进入清理火场人员的安全；

（13）报告损失、讲评和撰写火灾事故报告。

总之，固定式CO2灭火系统是船舶扑灭火灾的重要设备，只有在消防教学和演习中掌握其原理和使用方法，对其灭火状况有亲身体会，才能在船舶火灾事故中临危不乱，并且周密、冷静地使用该系统。