船舶及海洋平台上防火风闸关断控制设计

郭 刚，陈 萍，任韶琦（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）



船舶及海洋平台上防火风闸关断控制设计

郭 刚，陈 萍，任韶琦
（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

摘 要：介绍了防火风闸在船舶及海洋工程上的控制关断原理，并结合实际案例进行分析，重点阐述了海洋平台上控制回路在发生故障时的设计要求。

关键词：防火风闸；通风系统；关断控制方法；控制回路

0 引言

随着船舶和海洋工程产品种类的多样化以及海上石油天然气向深海的逐步拓展，海上安全问题也愈发引起人们的重视，特别是对防火设计的要求也更加严格。

通风空调系统是船舶及海洋工程上不可缺少的重要系统，在生活区域需要由空调系统提供良好的空气品质来满足人员对舒适度的要求。在机械区域或是生产区域需要由通风系统提供足量的新鲜空气以满足设备的燃烧需求或及时带走工作区域所集聚的有毒有害气体及热量。由于通风空调系统采用了大量的风道贯穿所服务的处所，其在向房间提供送风和抽风的同时，也给防火安全设计带来了一定的隐患。一旦某一房间失火，则产生的火焰及烟气就会沿着贯通的风道蔓延到其它处所，造成火势的扩大。

防火风闸（挡火风闸）是船舶及海工产品在失火情况下用于切断通风管路的重要附件，一方面可以阻止火焰及烟气通过风道从失火处扩散到其它处所造成更大的火损或是人员窒息，另一方面也可以切断燃烧空气的供给，将失火区域进行隔离以开展后续的灭火扑救。

1 防火风闸构成及工作原理

防火风闸主要由以下几部分组成：闸板、框体、执行器、开闭指示器、熔断丝、密封条等。

根据SOLAS［1］及相关船级社的要求，防火风闸本身应为失效安全型，即当防火风闸发生故障时，应确保不因它的失效导致结构的耐火完整性受到影响，通俗讲就是当防火风闸失效时，其应该保持在关闭的状态，只有在关闭状态下对于结构的防火要求才是安全的。同时，防火风闸应可以自动工作，且能从舱壁或甲板的两侧手动关闭，闸体上应配置可显示风闸开闭状态的指示装置。

根据防火风闸操作动力的不同，防火风闸可分为手动型、气动型和电动型，其中气动型和电动型都可以采用遥控的方式对风闸进行远程操作。所有的防火风闸均要求在接收到关断信号后在最短的时间内将风闸关闭，对于海上石油天然气工业，相应的国际标准ISO 15138-2007［2］中对这一时间的要求是2 s之内。

各类防火风闸的控制原理如下：1）手动防火风闸通过现场就地操纵闸体上的手柄或拉索关闭防火风闸；2）气动防火风闸通过0.6 MPa左右的压缩空气推动气缸内的活塞打开风闸，此时活塞背侧的弹簧处于压缩状态，一旦失去压缩空气的动力，气缸内的活塞在弹簧推力的作用下运动而关闭风闸；3）电动防火风闸则是通过安装在闸体上的电动马达的作用力打开风闸，当失去电力时也是通过弹簧的推力使风闸关闭。为了满足防火风闸在失火情况下可以自动关闭，所有的防火风闸均需要在闸体内部安装熔断装置，当风道内的温度达到预先设定的72℃或其它要求的设定温度，熔断丝将受热脱离，风闸在弹簧力的作用下关闭。

通常情况下，以下任一方式均可关断防火风闸：1）从控制中心（ICS）或消防控制站远程给出关断信号；2）从本地操作关断手柄或切断舱壁/甲板两侧的任一手动按钮/开关；3）由于火气系统（F&G）的激活给出关断信号；4）由于风道内的温度达到了熔断丝熔断的温度而关断。

2 常规船舶上防火风闸的关断控制案例

以某大型远洋运输船为例，对其防火风闸的关断控制进行分析（见图1）。考虑到该船防火风闸数量较多且均需要遥控控制，所以采用气动型防火风闸。风闸按照区域分组设置，在消防控制站设置遥控装置，便于集中对防火风闸进行操作。来自于空气瓶的压缩空气经减压后通过不锈钢管送至防火风闸上的两位三通电磁阀○1。同时为满足SOLAS要求，在进入房间的舱壁两侧不锈钢管上每侧安装一个手动三通阀○2或○3，此三通阀一方面确保电磁阀故障时可以在舱壁的任意一侧关闭相应的防火风闸，另一方面也可以在远程关断信号发出前或是熔断丝烧断前，如果就近有人员发现舱室失火则可以迅速关断相应的防火风闸。

图1　防火风闸的关断控制

在正常工况下，电磁阀○1、手动阀○2和○3均保持开启，压缩空气被送入气动防火风闸执行器气缸打开防火风闸，同时闸体上安装的限位开关接通/断开，将风闸的开闭状态送到中控系统，整个通风系统保持正常运行。当被保护的舱室发生火灾时，感烟探头或火焰探头探测到失火舱室的起火情况，将信号传到中控系统，中控系统将根据事先设定的关断逻辑自动或手动远程发出关断命令，将电磁阀○1关断，由于提供动力的压缩空气被切断，防火风闸将在弹簧力的作用下关闭防火风闸，达到阻断空气流通的目的。

根据船级社对防火风闸需保证失效安全的原则，一旦控制电磁阀○1的控制电路发生故障或不锈钢压缩空气管路损坏，则防火风闸将立即关断。

3 海洋平台上防火风闸的关断控制案例

不同于常规的客船和货船，海洋平台上由于在作业中可能产生危险的可燃气体，此时的防火风闸不仅需要考虑在被保护房间失火的情况下进行关断，同时还需在所有新风主进口处发现危险可燃气体时进行关断，以避免危险气体进入室内因浓度过高而导致爆炸或对人员安全造成危害。

对于某些特殊的海洋平台或是海工船舶，为了提高其作业性能而安装了动力定位装置，以保证在受到外力影响时能保持船舶的艏向和作业范围。由于动力定位系统的重要性，当火气系统（F&G）或应急关断系统（ESD）的控制回路发生故障时（断电、线路短路、断线等等），必须使得动力定位系统处在最安全的状态。对各个系统在与ESD通讯故障时最安全的状态定义及对控制回路的配置要求可参见DNV海工规范［3］DNV-OS-A101，Sec.5所述。根据这一要求，对于不同的系统，应采用不同的控制方式（NE或NDE）来设计控制回路。对通风系统而言，即需要对火气系统（F&G）与防火风闸之间的控制回路进行考虑，以满足设计要求。

以某钻井平台为例，采用两种不同的设计方式来控制压缩空气管上的电磁阀的开闭，从而达到控制防火风闸的目的。

1）NDE（Normal De-energized）：适用于与动力定位系统有关的动力系统、配电系统和部分规范所要求的钻井系统中防火风闸的控制回路。正常情况下控制回路不带电，通过给电才能让电磁阀动作，关闭防火风闸。

2）NE（Normal Energized）：适用于上述NDE之外的其它系统的防火风闸控制回路。正常情况下控制回路带电，一旦失电将导致电磁阀动作，关闭防火风闸。

通过图2可以看出，无论采用哪种控制回路，对防火风闸动力侧（压缩空气管路）的控制与常规船舶上的控制过程完全相同，即在正常工况下，电磁阀○1、手动阀○2和○3均保持开启，压缩空气被送入气动防火风闸执行器气缸打开防火风闸，同时闸体上安装的限位开关接通/断开，将风闸的开闭状态送到中控系统，整个通风系统保持正常运行。当被保护的舱室发生火灾或是在通风主入口探测到危险气体达到报警浓度时，危险气体探头或感烟探头或火焰探头将探测到的信号传到中控系统，中控系统将根据事先设定的关断逻辑自动或是手动远程发出关断命令，将电磁阀○1关断，由于提供动力的压缩空气被切断，防火风闸将在弹簧力的作用下关闭防火风闸，达到阻断空气流通的目的。

采用NE和NDE最大的不同仅仅是考虑电磁阀和中控之间的控制回路，当这个回路发生故障时，要确保防火风闸处在规范所要求的最安全的状态。以和动力定位系统密切相关的机舱通风系统为例，一旦控制电路发生故障，规范所要求的最安全状态是打开风闸以保持机舱通风继续运行，如果采用NE设计则无法使相应的防火风闸处在打开状态，此时NDE才是正确的控制回路设计。考虑到采用NDE的控制回路正常情况下不带电，为了监测线路是否正常工作，在异常情况下及时发出报警信号，需要对控制回路进行断路检测。常用的断路检测方式可在控制回路中并联一个电阻，通过监控该电路的阻值变化来判断线路是否畅通。

图2　防火风闸的控制回路

4 结论

针对不同的船东、不同的规范和不同的船型，可能存在不一样的防火风闸控制方式。在具体的设计工作中应紧扣规范和建造规格书，及时与船东、船检和相关设计人员沟通，以得出各方面都满意的设计方案。

参考文献：

［1］ IMO. 国际海上人命安全公约［S］. 2009.

［2］ ISO. ISO 15138-2007 石油和天然气工业 海上生产装置 加热、通风和空气调节［S］. 2007.

［3］ DNV. DNV Offshore Standard DNV-OS-A101［S］. 2011.

中图分类号：U664.86

文献标志码：A

DOI：10.14141/j.31-1981.2016.03.004

作者简介：郭刚（1978—），男，工程师，研究方向：船舶及海洋工程通风空调制冷方面的设计研究。

Shut-off Control Design of Fire Damper in Ventilation System on Ship and Offshore Platform

Guo Gang， Chen Ping， Ren Shao-qi
（COSCO Shanghai Shipyard Co.， Ltd.， Shanghai 200231， China）

Abstract：The article introduces the control and shut-off theory of the fire damper in ventilation system on ship and offshore platform. It is analyzed by combining with actual example， especially the design requirements of the control loop in failure on offshore platform.

Key words：fire damper； ventilation system； control and shut-off method； control loop