舰船直升机飞行甲板干粉灭火系统的应用及设计

赵 楠刘 伟

（1. 海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海200011；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

舰船直升机飞行甲板干粉灭火系统的应用及设计

赵 楠1刘 伟2

（1. 海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海200011；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

根据舰船直升机飞行甲板易发生油类火灾的特点，结合干粉的灭火机理特性，分析干粉灭火系统对直升机飞行甲板扑灭油类火灾的适用性。结果表明：干粉灭火系统与水成膜泡沫系统联用，对于直升机甲板上油类火灾的扑灭可以取得较好效果。并且，根据干粉灭火系统在国内外舰船直升机飞行甲板的应用情况和相关规范规定，提出了舰船直升机飞行甲板干粉灭火系统的设计要点和使用要点。

直升机甲板；灭火；干粉；设计

引言

直升机飞行甲板上的直升机往往携带大量喷气燃料，并且对于直升机的加油和泄油等操作往往都是在飞行甲板上进行，因此直升机飞行甲板是易发生油类火灾的高危区域。如果在火灾的发生初期不对其进行及时扑灭，会严重威胁到甲板上其他直升机以及舰船的安全。所以直升机飞行甲板灭火系统的设计历来深受重视。目前直升机飞行甲板上对于油类火灾的扑灭主要依赖于水成膜泡沫系统。由于空气泡沫比重比油轻，泡沫可浮在燃油的表面自由展开，形成泡沫层覆盖在燃烧的油面上，防止火灾复燃的能力很强，但其控火能力相对有限，特别是当直升机甲板发生油类火灾时，因为喷气燃料挥发性高，会使着火区产生一定的轰燃效应，泡沫对于此类油气火的灭火效果不佳，因此有必要采用控火能力较强的灭火系统与之联用，以有效扑灭直升机飞行甲板的油类火灾。而干粉灭火系统因其良好的灭火性能和效率备受推崇［1］。

1　干粉灭火机理

干粉灭火剂一般包括碳酸氢钠干粉、改性钠盐干粉、钾盐干粉、磷酸二氢铵干粉、磷酸氢二铵干粉、磷酸干粉和氨基干粉灭火剂等。主要是通过在加压气体作用下喷出的粉雾与火焰接触、混合时发生的物理、化学作用灭火。灭火机理：一是靠干粉中的无机盐的挥发性分解物，与燃烧过程中燃料所产生的自由基或活性基团发生化学抑制和副催化作用，使燃烧的链反应中断而灭火；二是靠干粉的粉末落在可燃物表面，发生化学反应，并在高温作用下形成一层玻璃状覆盖层隔绝氧气，进而窒息灭火；同时，也具备有部分稀释氧气和冷却作用，对灭火产生积极作用。

通过分析干粉的灭火机理可以看出，干粉的控火能力极强，在扑灭油类火时具有很高的灭火效率。对于扑灭喷气燃料这种挥发性较高的油类火灾，干粉灭火剂颗粒的小尺寸效益，使其比表面积增大，且易于分散，经喷射后悬浮于空气中形成相对稳定的气溶胶，微小颗粒在火焰中受热分解加速，因而对油气火的灭火效能高。但其冷却效果有限，不能阻止火灾的复燃。因此，在直升机飞行甲板上设置干粉灭火系统，对于防止复燃能力很强而控火能力有限的水成膜泡沫灭火系统是一个很好的补充。将干粉灭火的快速有效性和水成膜泡沫灭火的彻底性有效结合，对于直升机甲板上易发的喷气燃料类火灾的扑灭可以取得较好的效果。

2　干粉灭火系统在国内外舰船上的应用

美国是最早在舰船飞行甲板上采用干粉灭火系统的国家。20世纪60年代后期美国舰船上的一系列飞行甲板火灾事故，促使美国开始重视飞行甲板上灭火系统的设计，水成膜泡沫灭火系统和干粉灭火系统开始在其舰船上得以应用。飞行甲板上除了设置固定式水成膜泡沫系统、携带水成膜泡沫和干粉的消防车外，还配置水成膜泡沫-干粉（PKP）联用装置。水成膜泡沫-干粉联用装置还应用于机舱区域的灭火。因泡沫和干粉对于垂向的火灾及机舱区域的火灾扑灭效果有限，1978年，气体灭火系统开始在美国舰船上应用，但主要用于机舱区域，泡沫-干粉联用装置依然保留使用。80年代末期，为更好地扑灭立体空间的火灾，美国舰船飞行甲板消防车内携带的干粉灭火剂被气体灭火剂替代。但是，由于干粉灭火系统对于扑灭甲板面上的油类火灾具有极佳的效果，美国舰船在其飞行甲板上一直保留设置干粉灭火装置。

法国海军也很重视干粉灭火系统的应用。法国的两栖攻击舰直升机飞行甲板上配置2辆采用柴油发动机驱动的MB30C消防车，消防系统由底盘上的贮压式混合液罐与干粉罐组成，可以携带300 L的AFFF混合液和250 kg哈龙灭火剂及一定量干粉。各种液罐采用标准积木式安装方式，可以快速更换与补充。消防喷射系统由一个最大流量6 L/s的水枪以及一个25 mm接口和30 m管路构成，可连接水成膜混合液。消防车从混合液罐或外接系统向水枪供给水成膜混合液，一个手动操纵杆可以在0～6 L/s间调解流量。另一套消防喷射系统由一个干粉喷枪和一个32 mm接口组成，30 m管路还可连接哈龙灭火剂。

我国对于干粉灭火系统在船舶上的应用日趋重视。我国现行规范规定：设有直升机舰面系统的船舶其直升机起降平台需配置固定式水灭火系统和水成膜或甲板泡沫灭火系统，其中水成膜或甲板泡沫灭火系统需与干粉联用。为增强泡沫灭火系统的灭火效能，在规模不大的被保护场所或者无法设置固定式喷洒系统的较大规模的保护处所设置的软管喷枪泡沫灭火系统也可采用水成膜-干粉组合灭火系统。CCS钢质海船入级规范（2012）中规定直升机甲板的防火与灭火应满足SOLAS公约第II-2/18条的要求：在紧靠直升飞机甲板处，应至少配备2个干粉灭火器，总容量不小于45 kg［2］。但由于以往在舰船的消防系统设计过程中对直升机甲板干粉灭火系统的重视程度不够，往往没有根据舰船本身的直升机飞行甲板的特点和布局、灭火需要以及干粉灭火系统的使用方式等来进行针对性设计和研究，对于干粉灭火剂用量、喷洒速率和射程等参数的选取等方面存在一些不合理现象，通常只是在直升机甲板配置一些常规的手提式干粉灭火器，喷射距离、喷射时间都比较有限。因此，我国配置有直升机飞行甲板的舰船，特别是搭载直升机较多、飞行甲板面积较大的舰船，已开始重视干粉灭火系统的设计。

3　直升机飞行甲板干粉灭火系统的设计要点

3.1 干粉灭火系统类型

干粉灭火系统按应用方式分为全淹没灭火系统和局部应用灭火系统。全淹没灭火系统是固定的管道、固定的喷嘴与固定的干粉储罐连成一体的干粉灭火系统。局部应用灭火系统是由喷嘴通过管道与干粉储罐连接，将干粉直接喷射到保护对象上的干粉灭火系统。灭火系统可以通过人力或其他动力来移动至保护对象附近进行灭火［3］。

美国、日本、德国、英国等工业发达国家制定的相关标准都规定两种系统的不同应用范围，全淹没灭火系统只能应用在封闭的空间里，而局部应用灭火系统既可应用在封闭的空间，也可以应用在敞开的空间或非空间。但二者都是扑灭表面火。因此，直升机飞行甲板干粉灭火系统应选用局部应用灭火系统。

3.2 干粉灭火剂的选取

除扑灭金属火灾的专用干粉灭火剂外，干粉灭火剂一般分为BC干粉灭火剂和ABC干粉两大类：BC干粉灭火剂包括碳酸氢钠干粉等，主要用于扑救各种非水溶性和水溶性可燃易燃液体的火灾，以及天然气和液化石油气等可燃气体的火灾或一般带电设备的火灾；ABC干粉灭火剂包括磷酸铵盐干粉等，磷酸铵盐干粉灭火剂比BC类干粉灭火剂用途更广泛，除具有BC灭火剂的灭火功能外，还可扑灭A类固体火灾，不但能扑灭平面火灾，还能扑灭三维立体空间火灾［4］。此外，磷酸铵盐干粉灭火剂因灭火高效快速，原料来源广泛，对环境、人员无毒害，不需要特殊动力及使用温度宽广等，已经获得很广泛应用。而且磷酸铵盐干粉灭火剂可以与水成膜泡沫有效联合，用于扑灭非水溶性液体火灾；因此，可以选取磷酸铵盐干粉作为直升机甲板干粉灭火系统的灭火剂。

值得注意的是，在对于磷酸铵盐干粉的选取应用过程中，需重点关注其含水量、吸湿率、抗结块性、粒度分布等技术指标，其中，含水量、吸湿率、抗结块性是决定干粉在贮藏期内是否发生结块而影响正常使用的重要指标。根据GB15060-2002《磷酸铵盐干粉灭火剂》，酸铵盐干粉灭火剂的含水率不得大于0.25%，吸湿率不得大于3%，抗结块性（针入度）不得小于16 mm。粒度分布则是表征磷酸铵盐干粉灭火效能的一个重要参数。每种灭火粒子都存在上限临界粒径，小于临界粒径的粒子全部起灭火作用。大于临界粒径的粒子其动量大，通过空气对小粒子产生空气动力学拉力，迫使小粒子紧随其后，扑向火焰中心，而不是未到火焰就被热气流吹走，降低灭火效率。故当大小粒子存在最佳比例时，所有大粒子带着全部小粒子冲向火焰，灭火效能最佳，灭火剂用量最少。关于粒度分布，根据GB15060-2002，在40～63 μm，63～125 μm之间的量与生产厂公布值的差值分别不得大于样品总量的±6%；留在125 μm筛上的量与生产厂公布值的差值不得大于样品总量的±3%［5］。

3.3 驱动方式

干粉灭火系统应借助惰性气体压力驱动，并由这些气体携带干粉灭火剂形成气粉两相混合流，通过管道输送经喷嘴喷出。鉴于我国现在配置有大型直升机飞行甲板的舰船上一般都设有氮气供应装置，考虑到维护性，可选择氮气作为干粉灭火系统的动力源。氮气的压力不得大于干粉罐的最高工作压力，同时，对氮气的品质也有一定要求，应尽量降低氮气中的含水量。

3.4 移动方式

根据前述，直升机飞行甲板应采用局部应用灭火系统，可采用手推车式、动力驱动或配挂在消防车等方式移至保护对象附近进行灭火。在能尽快到达飞行甲板任一起火点的原则下，根据直升机飞行甲板的大小，局部应用灭火系统的数量、布置位置、质量来进行统筹考虑局部应用灭火系统的移动方式。

3.5 参数选定

由于直升机飞行甲板是平直的表面，对于其局部应用灭火系统的参数设计可采用面积法。可根据直升机飞行甲板上单个直升机起降点的大小来评估干粉灭火系统的干粉覆盖面积S。

我国现行规范规定：干粉的喷洒速率应在0.6～5倍的泡沫混合液喷射速率中选取。泡沫混合液的喷洒速率为不小于4.1 L/min·m2，计算时可选取4.1 L/min·m2。干粉的喷洒速率ν可在2.46～20.5 L/min·m2中选取。

GB50347-2004《干粉灭火系统设计规范》中规定室外局部应用灭火系统的干粉喷射时间t不应小于60 s。但在实船干粉灭火系统的设计中，考虑到实船干粉局部应用灭火系统只是作为水成膜泡沫灭火系统的补充，喷射时间可适当降低。

局部应用灭火系统的干粉总容量可按Q=S×ν×t计算求得。式中： Q为干粉总容量，L；S为甲板面积，m2；ν为喷洒速率，L/min·m2；t为喷洒时间，s。

4　直升机飞行甲板干粉灭火系统使用要点

船舶在海上航行时，采用干粉灭火系统对油类火灾进行灭火时，需要考虑到直升机飞行甲板上的风向，应迅速将局部应用灭火系统移至上风方向距离着火点10～20 m处，通过干粉喷枪对准油料燃烧处的火焰根部进行扫射。如果是油类在直升机甲板上流淌燃烧，需要对准火焰根部由近及远，并左右扫射。

5　结　论

干粉灭火系统由于其对于油类火灾极强的控火能力和较高的灭火效率，可作为防止复燃能力很强而控火能力有限的水成膜泡沫灭火系统的良好补充，应用于直升机飞行甲板油类火灾的灭火。在对实船的干粉灭火系统进行设计过程中，应注重其参数的计算选定和实船使用方法及流程的研究，并在条件允许的情况下，通过陆上模拟试验等手段进行验证和评估。

［1］ 周榕.船舶直升机甲板泡沫灭火系统设计［J］.船海工程，2007（4）：32-34.

［2］ 中国船级社.钢质海船入级规范［S］. 2014.

［3］ GB50347-2004，干粉灭火系统设计规范［S］. 2004.

［4］ 钱恒宽.干粉灭火装置的设计思考［J］.消防科技与设计，2005（6）：728-729.

［5］ GB15060-2002，磷酸铵盐干粉灭火剂［S］. 2002.

Application and design of dry powder fi re extinguishing system on helicopter fl ight deck

ZHAO Nan1LIU Wei2
(1. Navy Representative Room of ship Design and Research Stationed in Shanghai, Shanghai 200011, China; 2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Oil fire is a common threat to the helicopter flight deck. This paper analyses the applicability of dry powder fire extinguishing system against the oil fire on the helicopter flight deck according to the fire extinguishing mechanism of the dry power. The results show that the combination of the dry powder fire extinguishing system and the aqueous fi lm-forming foam system can achieve a better eff ect for the extinguishing of the oil fi re on the helicopter fl ight deck. The key points of the design and usage of the dry power extinguishing system on the helicopter fl ight deck is proposed based on the national and international applications of this system and the relevant rules and regulations.

helicopter fl ight deck； fi re extinguishing； dry powder； design

U664.88

A

1001-9855（2016）01-0064-04

2015-09-11；

2015-11-17

赵 楠（1978-），男，工程师，研究方向：船舶轮机工程。刘 伟（1988-），男，工程师，硕士，研究方向：船舶轮机设计。