船舶内装板耐火分隔结构设计与性能研究

2021-01-29尚绪同吴屹飞

设备管理与维修 2021年18期

尚绪同，吴屹飞

（招商局重工（江苏）有限公司，江苏南通 226116）

0 引言

伴随着船舶建造行业的不断进步，社会经济发展对船舶耐火结构建设也提出了更高的要求，而且结构防火也是控制船舶火灾发展蔓延的重要手段，对确保船舶工作人员以及乘客的生命安全有着非常重要的作用。但当前的船舶防火结构的设计与建设还存在有一定的问题，受到多方面因素的影响，制约了其进一步的发展。

1 船舶结构防火的概念

船舶结构防火是借助钢材或其他能起到相同效果的材料，根据不同船型和可预见的火灾类型将船体分隔成一个个单独的空间，这样的结构能在火灾发生时将烟尘以及火势进行隔离，防止火势蔓延到其他舱室，尽快扑灭火灾，尽可能降低火灾损失。在船舶的设计建造中，船体、舱壁等部件均一般用高导热钢制造。初始火灾主要依靠对流热蔓延，随着火灾的发展，温度会上升，热量通过热辐射传递，传递速度十分迅速。如果舱壁有开口或绝缘不良，火就会蔓延到其他舱室，增大船只、货物的损失和人员伤亡。

这些因素在船舶结构的防火设计中是需要着重注意的，在结构舱壁上放置耐热材料，在甲板上涂敷耐热涂层，同时将每个区域的门、窗和穿孔及位置分开。当发生火灾时，耐热材料可以控制火灾区域内的火势，防止火势蔓延到其他地方，提供宝贵的逃生和灭火时间。

2 船舶内装板耐火分隔结构的缺点

结合船舶建造工程的行业特征与实践经验，总结目前船舶内装板耐火分隔结构设计与安装中存在的问题。

2.1 耐火材料铺设位置不当

行业内普遍存在将隔热层设置在船舶的舱壁或甲板火警危险较轻的一侧，也就是将隔热材料放置在舱壁外侧。虽然目前对于耐火保温材料的放置还没有明确规定，但国际标准是必须要选用经权威机构和耐火实验后批准的不燃材料和隔热材料，在一定时间内回火表面的平均温度不得超过一定水平。在船舶结构的标准耐火试验中，只需将舱壁或甲板的试样在同一标准时间和温度曲线上置于加热炉中，即可确定结构的耐火等级是否符合规范要求。然而，根据古斯塔夫的经验公式，外部机舱的火灾风险远低于机舱的火灾风险，因此，机舱的防火材料层应置于机舱舱壁内。同时，防火层还能保护构成舱壁的钢板免受高温加热，延缓钢结构内部的变化，提高船舶的稳定性。

2.2 隔热材料不符合标准

在隔热材料的处理上需要选用国际标准认可的不燃材料进行铺设，然而目前国内还有许多船舶制造商选用不符合标准的不燃材料，对船舶的安全有很大影响。许多船舶建造时采用普通硅酸盐水泥作为舱室之间的防火甲板隔热材料。例如，普通硅酸盐水泥的导热系数为0.29，而珍珠岩和岩棉的导热系数分别为0.031 和0.038。可以明显发现，普通硅酸盐水泥的导热系数约为其他两种隔热材料导热系数的10 倍。根据傅立叶定律，单位时间内通过给定横截面的热量增量随着导热系数的增加而成比例增加。普通硅酸盐水泥比珍珠岩、岩棉等保温材料导热性好。普通硅酸盐水泥的市场销售尚未得到法定机构对船舶结构防火材料类型的认可。

2.3 生活区装饰材料选用问题

在船舶的生活起居处所的装饰材料选用上，建造方并未考虑到火灾发生时可能出现的某些问题。大量易燃装饰材料出现在生活起居处所内，并且一些装饰材料在燃烧时会产生大量的有毒气体，危及船员和乘客的生命安全。在生活区域内，需要使用A、B 类不燃材料进行防火隔离。船上住人舱室的室内装饰、天花板和衬板应采用不燃材料。未经批准，应完全杜绝木材的使用，特别是厨房和船员室。同时，船舶内未经允许禁止私拉电线、使用功率较大的电器，消除火灾隐患。因一旦发生火灾，火势很容易迅速蔓延。

2.4 其他问题

在船舶内装板耐热结构的实际设置过程中还存在着许多细节上的问题，如绝缘材料的铺设在厚度上和铺设面积上都存在与设计图纸不一致的问题，固定钉的使用有时也会出现密度不足的问题，绝缘接头也有可能达不到标准防火试验的要求，更有一些不法供货商提供的材料和取得证书的耐火材料不一致，渣球含量过多，材料不环保。穿过舱壁和甲板的电缆在孔眼处处理不到位，孔眼未用经批准的耐火填料密封或堵塞。机舱花钢板下面没有连续的消防系统。机舱燃油箱的快速切断阀在舱壁之间通过，没有绝缘填充。一些船舶在防火门的安装上会使用未经批准的产品甚至低等级产品，并不符合船舶结构防火的规定。

3 船舶内装板耐火分隔结构问题的处理

消防装备的短缺一直是船舶安全的一个重要问题。消防设备的短缺绝大多数都能够在保养、维修和保养中进行补充，可以迅速纠正。然而，船舶结构防火隔板虽然存在的缺陷数量较少，但主要缺陷被掩盖，不能直接判断。确定某些缺陷需要专业检查才能够发现问题。然而，这通常是船舶被扣留的依据。这种缺陷是由于在设计和建造的过程中不够严谨造成的，也可能是对于相关的规定没有进行准确的解读，理解不明确，所以存在许多争议。

3.1 提高船舶检验规范的可操作性

船舶耐火安全的保障首先就要提高船舶建造者的合同履行能力，制定更多船舶建造检验规程。现行的《船舶和海上设施法定检验规则》是根据有关国际公约编制的。有些条文的解释因人而异，没有规范的标准。隔墙只需用批准的不燃材料绝缘，以便在给定的时间内回火表面温度低于140 ℃。然而，目前尚不清楚是否应在有大火源面或小火源面的舱壁或甲板上，或在任何一侧放置绝缘材料。为了提高其有效性，在新的法定检验技术规程及其修订通知的实施中应引入相应的条款和解释。

3.2 加强对船舶检验部门的管理

船舶检验部门的管理工作直接影响着船舶检验工作的效率与质量，对船舶检验至关重要。绝大多数的船舶结构的防火隔离缺陷都是由于设计建造时的不规范引起的，因此在船舶建造过程中要严格按照内装板耐热结构的设计来执行，采用符合相关规定的耐热材料，同时要将分隔材料的产品相关资料进行保存，确保在船舶检验过程中能够提供材料被认可使用的证明。在船舶建造完成后检验部门需要确认防火分隔建设是否有效以及在未来年度防火隔离中确认结构处于有效状态。

3.3 开发新型耐火材料

除了在相关建造规范以及检验标准上进行完善改进之外，还需要对船舶结构耐火材料以及船舶耐火技术进行研究以及开发，探索更有效的结构耐火材料。美国海军为了船舶在降低升温速度以及抵抗冲击力上有所提高，对其舰船的结构防火等级进行了提高。商业货船防火材料虽然没有抗冲击的要求，但有可能开发出更适合船舶使用的防火材料。此外，水幕防火系统已被证实，可为船舶结构防火提供更安全及更合适的材料或系统。

3.4 加强防火结构的现场检查力度

在船舶实际运营过程中，对其内装板耐火分隔结构进行现场检查十分必要，能够有效将船舶低标准作业的现象进行杜绝。海事部门应当对船舶结构的防火室开展专项检查活动，对防火室的意外缺陷进行调查和处理，并采取滞留措施，督促船舶所有人按照相关规定与标准对传播内装板耐火分隔结构进行整改。应严格按照船舶相关检验规定对缺陷进行检验。加强与船舶设计院的沟通，组织海事执法人员开展船舶结构防火隔离的现场教学，了解防火隔离的典型缺陷，为现场执法提供技术支持，更好地为船舶服务。

4 内装板结构设计

复合岩棉板在造船板材中最为常见，许多船舶采用它作为防火分隔板。它用岩棉夹在两层钢板中间制成。岩棉密度较大，为了达到轻量化的目的，采用低密度铝蜂窝进行代替，但铝蜂窝防火等级比较低。为了获得更高的耐火性和更轻的重量，在铝蜂窝芯材与钢板之间加一层气凝胶保温材料。气凝胶的密度略高于岩棉，但导热系数远低于岩棉。

防火间距是指船舶的热阻与其结构之间的界限，防火间距在船舶防火中至关重要。例如，船舶被划分为几个主要的垂直防火区，居住区与船舶其他部分分开。在火灾发生时能够有效防止其蔓延到其他区域，降低火灾造成的损失。船的内部用作舱壁，在大多数情况下，防火分区功能是必需的。这是一个典型的消防结构。确定耐火材料及其厚度在内装板耐火分隔结构设计中十分重要。

传统的耐火空间结构设计方法是指使用国内外确定耐火材料厚度和接缝的结构设计方法。确定材料厚度后进行一系列模拟试验，根据试验结果，反复调整结构形式、保温材料厚度和连接方式，确定方案后进行标准耐火试验。这种方式下耐火隔墙结构的设计需要经历很长一段时间，并投入大量的人力物力。