海工项目火气控制分析

陈 萍

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

0 引言

火灾是海洋工程项目中威胁人员及设备安全的重大灾害之一[1]，为了保证人员的安全和生产的连续，一套可靠的火气自动探测及关断系统必不可少。该系统需要对船舶特别是生活楼进行防火区域划分，综合考虑通风、消防、防火舱壁等因素，合理布置火气探测器，制定火气关断原则，以便在发生火灾的初始阶段，能迅速自动识别火灾，准确定位，并能快速切断相关通风、输油系统，使因单个区域发生火灾或探测到可燃气体泄露对整个生活楼区域乃至全船的影响降低到最小。

本文将以某海工项目生活楼为例，阐述火气自动探测及关断系统的设计原则和控制逻辑。

1 防火分区

在设计船舶火气控制系统之初，首先要制定全船防火区域划分，完成防火区域划分图。防火区域划分是指根据相关规范和船东的要求，根据每个区域的实际功能和防火分隔设计原则，将全船划分成若干个区域，将相似的区域归于同一个防火分区，以便在进行火气关断时统一控制，是整个火气控制系统的基础。中国船级社海上浮式装置入级规范[2]规定控制站、服务处所和起居处所可以作为一个分区，A类机器处所作为另一个分区。

在生活楼中，初步准备将除应急发电机室外的其他区域作为一个防火分区，但考虑到在失火的时候，通风系统将统一关闭，会影响人员逃生和重要设备[3]的工作，因此该项目把控制站、易着火处所、应急情况下仍需要工作的设备存放处所、通风空调系统与其他区域分隔开，形成一个个单独的防火分区，具体如下：

Z01：服务和起居处所，包括所有的房间及内走廊。

Z02：生活楼主梯道，特指人员逃生所使用的主通道。

Z03：空调机室，房间内布置服务于生活楼的中央空调机组。

Z04：重要设备处所，包括中控室、通信设备间、仪表间、无线电室。

Z05：蓄电池间，指独立的存放蓄电池的单独房间，该房间在蓄电池充电时会有氢气释放的可能。

Z06：应急发电机室，位于生活楼的机器设备间。

Z07：厨房。

2 火气自动探测系统

火灾自动探测系统是火气控制系统设计的第一步，该系统使用火灾探测器作为探测原件，能自动检测生活楼内每一个失火地点的火灾，尽可能探知火灾的初期阶段，探测器的选取应适合于处所的环境、性质和潜在的失火征兆[4]。

火灾探测器主要有差定感温探测器、光电感烟探测器、火焰探测器、组合式探测器、手动报警按钮等。

差定温型探测器的差温元件利用室内局部温度升高异常状态时可发生报警信号，同时在温度上升到一定限值时，又能发出定温的报警信号。

光电感烟探测器是利用火灾产生的烟雾改变光敏元件受光的强弱而发出报警信号。

火焰探测器利用火灾产生火焰的辐射光，通常是红外光或紫外光，实现火灾的探测。

由于各种探测器的敏感元件均有各自的特点和局限性，为了达到早期报警的作用，同时又要保证探测器功能的可靠性，可以在感烟探测器内部增加感温原件组成烟温组合式探测器。

手动报警按钮是人工手动报警，由船上工作人员手动操作，并触发报警电信号。

生活楼区域综合考虑了每个房间的可燃物性质，发生火灾时初期的表象，结合船检及船东的要求，依据以下原则布置了火灾探测器：

1）在房间和通道处所布置了可寻址式光电感烟探测器。

2）在应急发电机室布置了可寻址式感烟探测器，火焰探测器。

3）在所有重要房间和主通道的出口处布置了手动报警按钮。

4）在电池间增布了氢气探测器。

由于海工项目存在可燃气体泄漏风险，并可以进入生活区的通风系统，加大生活区的失火风险，因此需要在通风入口处布置可燃气体探测器，用以检测是否有可燃气体泄露并进入生活区。

火灾发生时，烟雾弥漫，温度升高，火光冲天，各种探测器各司其职，在探测器敏感原件探测到相关变化后，及时把报警信息输送给火灾报警控制箱。为防止火器探测器发生误报警，导致不当的后续关断动作，该项目对探测器探测到的火警信号在火灾报警控制箱采用了如下表决策略，相关防火分区是否有火灾发生或可燃气体泄漏由表决结果确定。

1）手动报警按钮。1ooN（N为该防火分区内探测器的数量），任何一个报警按钮触发，定为确认的火警信号。

2）感烟探测器、感温探测器、火焰探测器。2ooN，2个探测器触发，定为确认的火警信号；

3）当防火分区内只有 1个探测器时，不论该探测器的类型，采用1ooN，当探测器触发，即定为确认的火警信号；

4）当防火分区内有2个探测器时，其中1个发生故障时，采用1ooN，当该正常工作的探测器触发，即定为确认的火警信号；

5）对于防火分区Z04重要设备处所，采用1ooN，任何一个探测器触发，定为确认的火警信号。

6）对于蓄电池间的氢气探测器，在探测器检测到氢气浓度为15%LEL（最低爆炸下限），定为监测到氢气泄露。

7）对于通风系统进口处的可燃气体探测器，根据监测到的可燃气体浓度不同，执行如下表决逻辑。

（1）2ooN，当有2个探测器检测到在可燃气体浓度等于或高于20%LEL，定为监测到可燃气体泄露。

（2）1ooN，当有1个探测器检测到在可燃气体浓度等于60%LEL，定为监测到可燃气体。

各类经过表决确认后的报警信号输送到火气关断控制箱，并根据关断逻辑，触发相应的火气关断功能。

3 火气关断

根据中国船级社海上浮式装置入级规范要求，由火灾或可燃气体探测系统探测到的异常情况自动或经人工确认后手动地启动火气关断。火气关断应关断该防火分区内的风机、空调、输油装置、燃油设备、防火风闸等设备，但消防设施、通信设备、直升机甲板边界灯、障碍灯、雾灯、雾笛、应急照明及发电和供电设备应保持工作状态。

火气关断风机、空调和防火风闸的目的是切断失火区内空气的供给，但非失火区通风空调系统可保持正常运行。生活楼根据通风空调专业的设计原理，简要绘制的7个防火分区的通风气流流向，如图1所示。

图1 通风气流流向图

Z01服务和起居处所由主空调机组集中供空调风，由排风机排风到室外。

Z02生活楼主梯道由主空调机组供空调风，由排风机排风到室外，另外设置单独的加压风机提供室外新风，以保证Z01区域失火时主梯道内没有烟气进入，为人员的逃生提供安全保障。

Z03空调机室用于放置主空调机组并负责整个生活楼的空调供风，设置2个彼此远离的进风口，由排风机排风到室外。

Z04重要设备间平时由主空调机组供空调风，但在每个房间内单独设置独立空调机组，采用2×100%的冗余配置方案，保证主空调机组发生故障时，不对该区域产生影响，由排风机排风到室外。

Z05蓄电池间、Z06应急发电机室和Z07厨房设置各自独立的送风和排风系统。

在清晰了每个防火区的通风情况，明确了防火分区内的设备种类后，根据基本火气关断原则，分区制定火气控制逻辑图如图2所示，为最终的因果逻辑表奠定基础。

图2 火气控制逻辑图

具体火气控制逻辑分析如下：

1）Z01区域内失火时，关断该区域内所有风机、防火风闸、空调设备。同时关断通往其他区域的风道上的防火风闸。如果在Z01区域失火时，Z02区域未发生火灾，则启动 Z02区域内的加压风机，使主梯道内形成正压，便于人员从该区域逃生。此时Z其他区域内的设备正常运行，不受影响。

2）Z02区域确认失火时或通风进口检测到可燃气体时，关断该区域内所有风机、防火风闸和关断通往其他区域风道上的防火气密风闸。其他区域的设备正常运行，不受影响。

3）Z03区域为整个生活区提供集中空调供风，因此仅监测到一个通风进口有可燃气体时，则关闭该处的防火气密风闸，主空调机组保持正常工作。只有在2处通风进风口都检测到可燃气体，或者该房间失火时，才关闭该房间的所有防火气密风闸及停止空调机组运行。同时需关断Z01和Z02区域的排风机。保证这2个区域不至产生过大负压。

4）Z04区域启动独立空调进行送风，该区域内的风机、防火风闸正常工作，不受影响。

5）Z04区域失火时或通风进口检测到可燃气体时，关断该区域内的所有风机、防火气密风闸，独立空调设备。其他区域的设备正常运行，不受影响。

6）Z05区域内失火时或通风进口检测到可燃气体时，关闭该区域内的所有风机、防火气密风闸。当检测到氢气泄露时，启动备用送风机和排风机，增强通风，降低氢气浓度，同时停止给电池充电。

7）Z06区域失火时或通风进口检测到可燃气体时，在应急发电机未工作时，关断该区域内所有风机、防火气密风闸及燃油滑油泵；当应急发电机在工作时，不做任何关断动作，仅在火警控制板处提供报警，由船上工作人员决定是否采取关断动作。

8）Z07区域失火时或检测到可燃气体时，关闭该区域内的所有风机、防火风闸及厨房设备。

根据以上的基本逻辑分析，针对生活楼内具体的每个风机，防火风闸、空调及其他设备，制作因果逻辑表。某一防火分区的因果逻辑表如图3所示。

图3 因果逻辑表

该逻辑表详细列出了本分区内的所有探测器、防火风闸、风机等设备，并具体体现了之上所述的火气关断控制逻辑关系。

5 结论

发生火灾时，无论采用何种检测方法、关断逻辑，最终都是要在火势可控的时候及时扑灭火灾。海工项目中灭火方式有很多种，通常有灭火器、消防水灭火系统、固定式水喷淋系统、高压水雾灭火系统、固定式泡沫灭火系统、直升机甲板固定式泡沫灭火系统、机器处所使用的高倍泡沫系统、干粉灭火系统、固定式气体灭火系统等。选择何种灭火系统取决于该系统所保护的区域类型及船级社和船东的相关要求。

所有火气控制系统的最终目的是使火灾所产生的后果减至最低程度，以最大程度保证人员、环境、设备和设施的安全。因此如何设计一套迅速、高效的火气控制系统是值得所有相关环节工程设计人员不断总结，深入探索的。