舰船消防安全工程研究现状

陆守香1,陈潇1,吴晓伟1,2

Chinese Journal of Ship Research - - 目 次 -

1 230027中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室,安徽 合肥2 100161海军装备研究院,北京

摘 要:舰船消防安全工程理论是损管技术研究的理论基础。基于公共安全三角形原理,结合舰船损管防护技术特点,提出舰船消防安全工程理论框架体系,即舰船火灾演化、舰船火灾损伤和舰船火灾防护。分别从舱室与开放空间火灾动力学,以及人员、设备及结构的火灾损伤机理、火灾烟气控制、消除技术和新型灭火技术等方面分析了国内外研究进展。通过完善舰船消防安全工程理论体系,可不断提升我国的舰船火灾防治技术水平,

进而提高我国舰船生命力。关键词:舰船消防安全;火灾演化;火灾损伤;火灾防护中图分类号:U664.88 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.001

0引言

为了适应现代战争的需求,舰船的发展趋于功能多元化,因其系统结构的复杂性所导致的安 全问题日渐突显。舰船安全系统研究的重点是舰船生命力评估与损管技术。而舰船生命力及损害管制又是舰船战斗力发挥的重要保障,已成为国题[1]。影响舰船生命力的灾害际上研究的热点问

3形式主要有 类:爆炸、浸水和火灾,其中火灾作为舰船的重大威胁之一,往往最容易被人忽视但后果却十分严重。火灾产生的高温和毒气不仅会威胁到舰上人员及各类设备的安全,还可能降低1982舰船对作战任务的执行能力[ 2]。在 年的马岛战争中,英国“谢菲尔德”号驱逐舰的沉没使各国开始注意到舰船火灾研究的重要性和特殊性。自此,以美国为首的发达国家开始对舰船火灾安全工程进行系统的研究。90我国自上世纪 年代起也开展了舰船火灾安全工程研究[3]。舰船消防安全工程涉及舰船火灾理论、消防安全技术和消防损管等方面,火灾理论研究与技术研究之间相辅相承[4],是消防损管20技术研究的基础。经过 多年的发展,在舰船火灾动力学、舰船火灾防治技术及舰船火灾损伤等各方面都取得了比较大的进展。尤其是近年来,随着计算机技术的应用,舰船消防安全工程各方面的研究都获得了迅速发展。本文将基于公共安全三角形原理,提出舰船消防安全工程理论框架体系,分析舰船火灾演化、火灾损伤和火灾防护的3内涵及其相互关系,并重点围绕这 部分的内容对国内外舰船消防安全工程的研究现状进行综述。

1 舰船消防安全工程理论

20 70早在 世纪 年代,美国等发达国家就开始重视舰船消防安全工程的研究,如美国海军实验室(NRL)利用实体船舶和模拟舱室系统研究了火灾蔓延、通风和灭火等问题。对舰船火灾的研究,最初采用的方法是通过对事故经验以及数据的统计分析来加深对火灾的认识并制定相应的措施,但随着科技的发展和人们认知水平的提高,以先进科技为基础的定量分析需求广泛,进而刺激了舰船消防安全理论的大力发展。1984年,美国海岸警卫队(USCG)与伍斯特理工学院合作,利用建筑火灾安全评估的思路,将确定性和概率统计的手段运用到舰船火灾评估中,形成了舰船火灾安全工程方法(SFSEM)5 。20 90年代,NRL [ ]世纪 与美国国家标准技术研究所(NIST)合作,结合火灾CFAST动力学模拟软件 对舰船火灾特性进行研究,得到了大量宝贵的经验与实验数据[6]。英国局(MCA)于 1993海运与海岸警卫 年向国际海事组织(IMO)提出了综合安全评估方法(FSA)的理念,并很快得到了国际海事组织的认可,随后颁布了《IMO指南》文件,为国际海运安全评价提供了科学的工具。FSA 是一种系统性和规范化的综合评估方法,其在船舶设计、航运与安全管理等方面 21应用广泛[7]。 世纪后,美国海军开发了针对舰船火灾特点且可用于损管决策的火灾模拟软件FSSIM,该软件可结合蒙特卡洛模拟进行概率风险的分析[8]。国外对于舰船消防安全工程理论的研究相对完整且系统性较强,而国内在该方面还没有相关的完整体系性研究。因此,基于范维澄等[9]的公共安全三角形原理,提出了舰船消防安全工程理论框架体系。公共安全理论体系可以用一个三角形来表示,包括灾害演化、承载体损伤和灾害防护3个方面。舰船火灾作为一种特殊的灾害类型,其安全理论研究体系也符合三角形理论。因此,结合舰船损管防护技术特点,将舰船消防安全工程理论划分为了火灾演化、火灾损伤和火灾防护3 1个方面,如图 所示。纵观国外在舰船消防安全方面的研究,也可归结为这三大方面。舰船火灾演化主要是研究舰船火灾的发生、发展和蔓延的现象、规律及其预测模型与方法等;舰船火灾损伤主要研究舰船在火灾作用下舰船的结构、设备和人员的损伤机理与评估方法;舰船火灾防护是以舰船结构安全、设备安全和人员安全等综合性能为目标,研究防火材料、结构防火技术、火灾探测技术、灭火技术、烟气控制技术和人员防护技术等。 舰船火灾演化、火灾损伤与火灾防护这三者之间是彼此相互关联、互为支撑的。舰船火灾演化为舰船火灾损伤研究提供输入,为舰船火灾防护提供理论依据和设计输入。舰船火灾损伤对舰船火灾防护提出要求,体现舰船火灾演化造成的后果,由此导致的严重损伤可能会改变边界条件,从而影响舰船火灾演化。舰船火灾防护以消除或降低舰船火灾损伤为目标,对舰船火灾演化研究提出需求,并影响着舰船火灾演化和舰船火灾损伤。

2 舰船火灾演化理论研究

根据国内外舰船火灾事故统计数据,可知舰5船易在以下 类不同功能处所发生火灾:

1)搭载装备的大空间舱室(如机库、坞舱、车辆舱等); 2)机电设备舱室(如机舱、电站、蓄电池舱等); 3 )装载易燃易爆物品的舱室(如喷气燃料舱、燃油舱、弹药库、雷弹舱等); 4)一般舱室(如工作舱、住舱等); 5)开敞甲板(主要是飞行甲板)。因此,对于舰船火灾演化理论的研究,主要是2针对舱室火灾动力学与开放空间火灾动力学这个方面进行介绍。

2.1 舱室火灾动力学

Utiskul 等[10 ]分别对侧壁美国马里兰大学的2开口和顶部开口这 种腔室进行了火灾实验,之后依据开口尺寸对火灾行为进行了划分:烟气填充导致的自熄灭、气流吹熄的自熄灭、稳定振荡火Pearson[11]揭灾和稳定火灾等。 示了火源功率与通风状况对火灾现象的影响规律,并重点对舱室内游走火现象进行了阐述。中国科学技术大学根据顶部开口面积大小,将顶部开口舱室池火划分4个区:1)近密闭燃烧区,其火灾行为与无开为了口封闭舱室情况类似;2)过渡燃烧区,从开口进入的新鲜空气流能够影响火源区域,然而,当氧气浓度下降到极限氧浓度时池火熄灭;3)通风不良燃烧区,氧气的补充足够支持池火持续燃烧,但是并不能支持池火以最大速率燃烧;4)良好通风燃烧区,类似于开放空间燃烧情况,池火燃烧行为不受开口大小的影响。其中,黎昌海[12]和陈兵[13]发现,当开口增大到一定程度后,舱室内池火会由“缺氧熄灭”转变为“燃料耗尽熄灭”。Zhang [14]等 研究了顶部开口和火源位置对船舶封闭空间火行为的影响,指出改变火源高度会影响密闭舱室内烟气层Chen的沉降。 等[15 ]研究了舱室内的烟气运动规律及其分布特征,建立了舱室内烟气光学密度计算模型并对烟气层填充规律和填充时间进行了预测。陈潇[16]对顶部开口舱室内火焰脉动行为进行探索,揭示了火焰脉动频率与顶部开口尺寸之间的关系。He等[17-18]开展了顶部开口舱室内游走火行为的研究,并基于火灾参数对舱室熄火行为进行了划分。王馨[19]和翟胜兵[20]通过数值模拟,对开口小空间的火灾流场特性以及水平开口受限空间的热烟气流动特性开展了一定的研究。此外,金键等[21]、Wang等[22]、Su等[23]也进行了相关的数值模拟研究。

2.2 开放空间火灾动力学

液体燃料表面的火蔓延现象可追溯至上世纪 30 60年代,由日本最先开始进行研究。从上世纪代开始,英国皇家大学、美国普林斯顿大学和日本东京大学等机构[24]针对液体燃料表面的火焰蔓延也展开了系统的研究。他们研究发现:当液体温度低于闪点时,火焰的蔓延速度主要受液体表面流的控制;而当液体燃料温度高于闪点时,火焰的80蔓延与预混火焰的传播机理相似。上世纪 年代以后,国外研究人员借助纹影、红外测温、粒子追踪和烟丝等技术,对液体燃料表面火蔓延过程中的液相流场和气相流场进行测量,并从实验和数值模拟两个方面对液体火焰蔓延进行了深入研究。国内对于液体火焰蔓延的研究开展得较晚,陈国庆[25]研制了小尺度液体火焰蔓延特性实验系统,研究了不同初始温度条件下航空煤油火的蔓延过程,并观测了航空煤油火焰前锋液体表面的温度分布与温升过程,通过建立火焰前锋的可燃蒸汽运动模型,对航空煤油火焰蔓延过程中的脉动和着火方式进行了研究。郭进[26]通过揭示航空煤油表面的火焰脉动特性、油池宽度和油层厚度对航空煤油表面火蔓延的影响规律,基于表面流特性,建立了数学模型并对表面流形成机理及液2相传热模式进行了分析。李满厚[27]选取 种典型的碳氢燃料进行火蔓延实验,分析了平原常压和高原低压低氧环境下厚油池火焰以及薄油池航空煤油火焰的传播特性,并指出厚、薄油池火的蔓延机制可以通过特征尺度比来划分。另一种开放空间的液体火灾燃烧形式是池火燃烧,国外对于液态池火燃烧的研究已有众多经典理论模型,此处不再赘述。而对于风作用下的池火燃烧,近年来开始得到关注。庄磊[28]针对燃油泄漏火灾研究了有风作用下的液态池火燃烧行为,揭示了有风条件下油池燃烧对下风向目标物体的对流热传递规律。针对传统的固体火焰辐射模型没有考虑油池燃烧的脉动以及在火焰不同区域的分布特点,建Chen 等[29]发立了油池火焰双区域的辐射模型。现了油池发生沸腾燃烧的条件,即油池稳定燃烧阶段和沸腾燃烧阶段的分界点是液面处固/液界面温度达到庚烷的沸点。因此,油池火在燃烧过程中是否会出现沸腾燃烧阶段,主要取决于固—液交界面上的温度是否大于燃料沸点。

3 舰船火灾损伤机理研究

4舰船火灾产生的损害主要表现在个方面: 1 )影响作战能力,如火灾导致电子武备、舰载机、登陆艇等装备完全损毁或部分损伤失效等; 2 )影响漂浮能力,如火灾导致船体结构变

形、局部破损等; 3 )影响机动能力,如火灾使动力系统、电力系统等全部或部分失效等; 4)影响舰员生存能力,如火灾导致舰员受伤或死亡等。因此,本文将从设备火灾损伤、舰员火灾损伤3及结构火灾损伤这 个方面来对舰船火灾损伤机理进行介绍。

3.1 设备火灾损伤机理

舰船设备火灾的损伤形式主要有热损伤和非热损伤[30]。热损伤是指火灾发生后的短时间内, 1000℃温度可能会升至 以上,所产生的大量热能将对设备的机械性能和电性能等造成严重损伤,热损伤易导致设备的机械性能劣化,最终导致设备失效。热损伤的主要表现为机械性能损伤、抗腐蚀性能下降、设备承压构件变形和开裂等。非热损伤是指火灾发生过程中,远离火源处的设备因烟气腐蚀和电路故障等导致的损伤。主要损伤机理有如下几种。1)电路桥接。电子设备在火灾过程中由于水、导电离子、烟颗粒及其他燃烧产物的作用,容易形成桥接电路[31],主要表现形式为会产生泄漏电流,导致电子电气设备短路、功能缺失(设备输出信号传送终1996 年,FM Global止、中断、改变)等。 公司研究了火灾烟气对一系列电子元件的泄漏电流损伤机2012 年,Murphy响[32]。理及影 工程实验室回顾了过去几年里关于火灾烟气对电子设备损伤的实验[33]和模拟研究 。2)烟气腐蚀。火灾烟气具有易蔓延的特性,容易蔓延至远离火场的设备放置处。火灾烟气中易产生腐蚀性HCl气体(如频发的电线、电缆火灾往往伴随着 气体的产生),往往与烟颗粒结合,同时,火灾过程中产生的水蒸气一旦遇冷易形成小水滴,进一步促进气体在设备上的吸附,形成一个电解质环境,这样易形成原电池,使设备发生电化学腐蚀,从而降低设备的机械性能和电性能(例如,烟气的点蚀作用可能会诱发电气电子设备中电路接触点的开1989 年,Powell 等[34]开路,进而导致设备故障)。展了船舶全尺寸火灾实验,研究了通信电缆材料(PVC,PE)燃烧产生的火灾烟气对设备金属构件的腐蚀损伤,结果表明火灾烟气对金属构件具有严重的腐蚀损伤。

3.2 舰员火灾损伤机理

2个关于舰员损伤,国内的研究大多集中在境[35]方面(包括正常情况下):舰船内复杂电磁环声[36-37]对舰员的损伤;非直接火灾类事及舰船噪 撞[38-40]、水 炸[40-41]等故,如船体冲 下爆 冲击对舰员的损伤。目前,针对火灾情况下的舰员损伤研究还不够深入,多集中在火灾烟气毒性[42-45]对舰员的损伤上。1)CO2 CO和 造成的舰员损伤。舰用材料中有大量的含碳物质,这些含碳物CO2 CO质在燃烧时会产生大量的 和 ,高剂量的CO2 CO和 对人体的损伤在生理学和毒理学领域已有大量研究[46-47]。童朝阳等[42]采用烟气演化模CO2型和毒理效应模型进行模拟,发现 不仅可以CO改变人员的呼吸换气速率,还对 的吸入有一定的影响。2)高温造成的舰员损伤。除了大量舰用材料燃烧产生的高温热辐射会对舰员损伤产生影响,高温烟气也是造成舰员损伤的主要因素[48]。高温下,舰员会因为心率和呼吸加快而造成血压升高,另水分和盐分的大量丧失也使得中枢神经系统受到严重损伤,最终导致头晕、头疼、恶心,甚至是虚脱。3)其他有毒烟气造成的舰员损伤。为适应新时代对舰用材料的更高要求,舰船结构用新型材料的不断涌现与应用为舰船火灾结构性安全提出了新的要求。新材料在成分上往往更为复杂,其燃烧时或在火灾高温环境中产生的有毒气体(如氯气、光气、氨气、二氧化硫等)对人体危害极大,是造成火灾舰舰员损伤的重要因素。4)疏散困难造成的舰员损伤。舰船内部空间狭小、结构复杂,火灾发生后可用的疏散时间较短。热、烟、毒对舰员的心理、反应时间以及步行速度影响很大,大量舰员拥挤容易造成疏散困难,甚至是直接造成肢体损伤乃至踩踏事件[49-52]。另外,舰船火场环境还会对扑救人员的心理造成压力[53],甚至是引起扑救人员的身体损伤。

3.3 结构火灾损伤机理

目前,多数舰船的结构框架采用不锈钢制成,为了提高钢结构的耐火性能,柳凯[54]通过实验和软件模拟研究了火灾下钢板的升温特点。姚兰等[55]综述了近年来钢结构工程火灾研究资料和钢结构工程火灾研究方法,并指出对火灾后钢结构工程

的损伤识别及安全性评估进行系统研究很有必要。这些研究为火灾环境下舰船结构的损伤提供FDS了理论依据。另外,苏石川等[56]基于 软件平台,采用大涡模拟对船舶机舱火灾进行了温度场分布模拟研究。朱小俊等[57-58]研究了舰船舱室内的烟气蔓延过程,并确定了高温对舰船结构的损伤范围。可见,目前多数舰船的结构框架是采用不锈钢制成,而火灾对舰船结构的损伤机理研究多集中在火灾环境中高温对舰船钢结构的力学性2能和隔热性能这 个方面的影响。发生火灾时,由于舰船舱室的钢质舱壁导热性较强,导致舱室内气体温度和壁面温度迅速上升。针对民用建筑安全,人们已经对火灾高温下、高温后钢结构材料本构模型、构件和结构在高温下的反应机理等[59-60]进行了研究。然而,对于船舶火灾结构损伤机理研究,这些还远远不够。空间狭小、通风不便等特点使得舱室内的热量持续累积,难以扩散或消除。船体结构材料经受长时间的高温作用后,其关键部位会逐渐变形、断裂,进而影响舰船的整体结构强度[61]。鉴于火灾对钢结构力学性能的损伤,隔热保温材料被广泛应用于钢结构。隔热保温涂料不仅可以降低舰船钢结构材质因长久的热胀冷缩而产生的疲劳,还可以降低舱壁的表面温度。然而,隔热材料综合性能的提高需要多重技术的运用,目前的隔热保温材料还无法很好地满足要求,尤其是材料本身的隔热性能与力学性能难以同步提升[62],且材料的耐火性能较低。2004年,孙强等[63]对钢结构防火涂料的评估方法进行了研究。覃文清[64]综述了耐烃类火灾钢结构防火涂料的研究进展,并重点介绍了可用于耐烃类火灾钢结构防火涂料的耐高温阻燃粘结剂方面的研究。不过,除火灾环境中高温2对舰船钢结构力学性能和隔热性能这 个方面的影响研究外,有关火灾后船体结构材料受烟气腐蚀致使结构框架垮塌的研究还为数不多。

4 舰船火灾防护技术研究 4.1 火灾烟气控制技术

目前,在水面舰船烟气控制方面,主要有分隔控烟、排烟、压差防烟、逆向气流防烟等方法,在实际舰船烟气控制系统设计中,通常采取多种控烟策略相结合的方式,以达到适合的控烟效果。考虑到烟气控制在舰船发生火灾后恢复舰船生命力80和保障舰员安全方面的重要意义,从上世纪 年代至今,各国研究人员陆续开展了相关研究。但 是,对于舰船烟气控制研究,对象多为舰船典型区域,且针对舰船烟气控制理论和控制技术的全面、2012 年,Prétrel 等[65]采系统的研究还十分匮乏。用实验手段研究并建立了强制通风封闭舱室发生2016 Beji火灾时舱室压力的计算模型。 年, 和Merci 0.5 m2的HTP(Hydrogenated TetraPropylene)池火燃烧进行了研究,发现燃料质量损66 [ ]对舱室内失速率随着通风量的增大先升后降。燃料质量损2.3 m3/h失速率在通风量为 时达到峰值,是开放空1.75 Williamson间燃料理论质量损失速率的 倍。等[67]对火灾区域模拟软件在机械通风舱室火工况计算中的适用性进行了分析。同样,Bonte等[68]和Wahlqvist 等[69]分别对采用场模拟软件和网络模拟软件模拟舱室火灾时通风排烟的适用性进行了研究。张博思[70]以我国某型舰单个水密舱段内的双层甲板区域为原型,搭建了全尺寸模拟舱,开展了机械通风口配置对舰船舱室烟气控制效果的研究。研究揭示了逆向气流在舰船复杂走廊内的控烟效果,验证了逆向气流防烟临界速度计算模型的有效性。同时,其他学者还针对舰船舱室烟气填充以及通道内的烟气蔓延开展了大量实验和数值模拟研究,获得了相关研究成果[71-73]。

4.2 火灾烟气消除技术

现有的火灾烟气消除技术总体分为固定式、移动式以及吸附式等。固定式和移动式的烟气消除技术往往借助于固定式和移动式的烟气控制装置系统,如固定式机械通风系统、移动式风机等。吸附式烟气消除技术可以分为物理性的吸附和化学性的吸附。CO2是潜艇舱室主要存在的有害气体,Zhao等[74-76]对可再生钾盐吸收剂脱碳进行了CO2深入研究,并将其用于封闭空间 的消除研究,结果表明钾基吸收剂具有有效利用率高、CO2浓度对其吸附能力影响小、循环性能好等优势。CO是火灾以及空气污染的主要有毒有害气体之一[77-81], CO常采用低温催化燃烧方法进行消除。 低温催2类:贵金属催化剂[82-85]和非贵金属化剂主要包括Kale Pt催化剂[86-89]。 等[84]开展了 贵金属催化剂催CO化氧化潜艇中 的研究,并与传统的霍加拉特催化剂进行了比较。传统的催化剂在高湿度条件下Pt易失活,而 贵金属催化剂在高湿度条件下也表现出高活性。贾彦翔[89]针对潜艇等封闭空间搭建了模拟封闭空间循环净化的实验装置,建立了CO2 CO和 循环净化反应动力学方程。在烟气等多种气体联合消除研究方面,也有大量的进展。Guo CO等[90]提出利用多组分催化剂对烟气中的

CO2和 进行催化—吸收联合消除,解决了传统物理吸附过程吸附容量低、反应速率低的技术问题。张重杰[91]针对潜艇舱室设计了可移动式快速烟气净化装置并进行了烟气快速净化模拟试验,试验结果表明,空气净化装置可以快速、有效地清除火灾后的烟雾。张华山等[92]利用有害气体净化装置对潜艇日常运行时集聚的有害气体和烟尘颗粒物进行净化,评估了其净化效果。烟气消除的另一个重要作用是去除烟气中的80粉尘,提高能见度。早在上世纪 年代,各国海军就针对水面舰艇及潜艇舱室火灾,相继开展了火灾烟雾清除技术研究,采取的烟雾消除方式主要有过滤消烟、静电消烟、水雾消烟和活性炭吸附等,并获得了相关的研究成果。如美国汉密尔顿标准部结合舰艇舱室的火灾特点研制了高效的烟雾消除装置,该装置联合颗粒过滤器(清除粗的烟雾颗粒)和静电过滤器(清除微细的颗粒),运行5 min即可使着火舱室恢复到最基本的可见度[93]。目前,该类型清除装置已在美军舰艇上得到大量应用。日本消防科研人员认为静电消烟是真正比较好的消烟对策,其研制的静电式消烟装置在150 m2 80℃ 10 min的密闭室内,温度为 时,运行 能4~5 m。但静电消烟对烟雾颗粒的见度即可增加粒径有要求,同时消烟器的耐火性较差,易发生短路[94]。国内的舰艇消烟技术主要是借鉴地方消防部门的做法,以高压细水雾消烟为主,通过添加剂对消烟性能进行改良。我国海军装备技术研究所研制的一种水基消烟剂,通过添加进细水雾中,可达到快速降烟除尘的目的,平均降尘效率高达85%[95]。但是,由于舰艇上存在大量的电气设备,该消烟方法的应用也受到限制。

4.3 舰船新型灭火技术

对于舰船灭火技术,以往的卤代烷系列灭火剂多应用于主、副机舱的全淹没灭火及航空燃油舱或带有推进燃料的导弹鱼雷等武备贮存舱的抑爆。欧美海军舰艇采用的卤代烷灭火剂主要有1211 1301 2402和 ,而俄罗斯则以 (四氟二溴乙3烷)为主。卤代烷灭火系统的发展经历了 个阶20 70段: 世纪 年代建造的舰船主要使用四氯化20 80 1211碳, 世纪 年代建造的舰船主要使用 灭火系统,20 90 1301世纪 年代建造的舰船则逐步向灭火系统过渡,舰船灭火剂总体是朝着选用高效、低毒的灭火剂方向发展[96]。随着《蒙特利尔公约》的签订,各国不约而同地选择细水雾作为卤代烷灭火剂的替代物[97]。美 20 70军对舰用细水雾灭火系统的研究始于 世纪Shadwell年代[98-99],其在海军 号登陆舰上进行了全尺度试验,研究保护舰船动力机舱的细水雾灭火LPD-17系统的基本参数,随后,在 新一代两栖船坞登陆舰的动力机舱安装了细水雾灭火系统进行1993防火保护。英国皇家海军消防部于 年也开验[100],结果表明细水展了一系列细水雾全尺度试雾在各类试验场景下均具有较好的灭火效果。此外,瑞典国家测试研究所针对动力机舱的细水雾防护也进行了大量全尺度研究,并指出细水雾灭火系统可以承担整个舰船的防火保护任务,从而2015取代卤代烷、气体以及水喷淋灭火系统。年,加拿大、荷兰和瑞典[101]合作进行了一项名为“军用舰船新型灭火技术(FiST)”的项目并形成了最终报告,主要包括固定式灭火系统、便携式灭火系统和潜艇灭火系统。其中固定式灭火系统主要针对细水雾在各种场景下的灭火试验,试验结果显示灭火效果显著。基于细水雾灭火系统在灭火方面的种种优势,其被应用于舰船动力机舱、燃气涡轮舱、可燃气体储存舱、海上钻井平台以及军用护[102]。战车等区域的防火保 随着细水雾在舰船上各类处所(机舱、住舱、滚装甲板等)的广泛应用[103],普通纯水细水雾在灭火过程中仅依靠物理作用,在某些特殊火灾场所,其应用还存在着很多不足。对于舰船上易发生油类火的机械处所、机库、坦克舱及补给燃油的油舱、泵舱以及飞机平台、飞行甲板等开敞空间,应采用泡沫灭火系统,其通过表面覆盖、冷却降温、隔绝空气等作用对油类火具有较好的灭火效果。例如,俄罗斯的某型驱逐舰7就装备有 套泡沫灭火系统。因此,开展清洁、高效的细水雾添加剂(即在细水雾中添加一些高效的化学灭火物质,以使灭火机理发生质的飞跃)和泡沫灭火剂的研究是今后需要攻克的方向。另一方面,在新型气体灭火剂作为哈龙灭火剂的替代物方面,也取得了很大的进步。例如: FM200是一种性能较优的灭火剂,具有易挥发、不导电、灭火浓度低,对环境无污染,不损害大气臭氧层,灭火高效无毒等诸多优点[104];IG541是一种CO2由氮气、氩气和少量 组成的气体灭火剂,灭火时会受热发生分解,这样的灭火剂来自于大气环境,灭火后又能回到大气环境,因而对环境没有任何影响[105];七氟丙烷是一种无色无味、低毒、不导电、无污染的灭火剂,其不会对仪器设备造成损B类、C类火以及电器火[106];全坏,能可靠扑灭 氟己酮在大气环境下生存时间较短,可被降解,臭氧耗损潜能(ODP)为零,温室效应值(GWP)仅为1,

且毒性低、易储存、灭火后无残留物,是一种极好的洁净化学灭火剂,当前在欧美、加拿大等地得到了推广使用[105]。据此可以看出,尽管在新型气体灭火剂作为哈龙替代物的研究领域取得很大的成效,但兼备高效、零污染、适用于多种场合的清洁灭火剂仍有很大的上升空间。5结语本文提出了舰船消防安全工程理论的框架体系,包括舰船火灾演化、舰船火灾损伤和舰船火灾3防护这 个方面,并从这三大方面对国内外舰船消防安全工程涉及的舱室火灾动力学、开放空间火灾动力学及设备、人员与结构的火灾损伤机理、火灾烟气控制与消除技术,以及新型灭火技术等内容的研究进展进行了综述。总体上,我国对舰船火灾的认识和研究还处于宏观和经验阶段,还需要在吸收国外舰船消防安全工程研究成果的基础上,尽快完善适应我国舰船工业特点的舰船消防安全工程理论体系,结合我国舰船火灾特点,展开相关研究,不断提升我国的舰船火灾防治技术水平,进而提高我国舰船生命力。参考文献: 1] 浦金云,侯岳,陈晓洪. [ 国外舰船生命力评估与损管述[J]. 中国舰船研究,2013,8(4):技术发展现状综1-5. PUJY ,HOU Y,CHEN X H. A review of the recent re⁃ searches on overseas ships' survivability assessment and damage control technologies[J]. Chinese Journal of Ship Research,2013,8(4):1-5(in Chinese). [2] FLOYD J,WILLIAMS F W,TATEM P. Validation of a network fire model using the ex-shadwell submarine ventilation doctrine tests [J]. Fire Safety Science, 2005,8:1253-1264. 3] 陈国庆,陆守香. 船舶火灾安全工程研究现状[J]. [ 消防技术与产品信息,2004(8):21-24. CHEN G Q,LU S X. The present situation of study for fire safety engineering of ships and boats[J]. Fire Tech⁃ nique and Products Information,2004(8):21-24(in Chinese). 4] 朱秋红. 究[D]. [ 智能化舰船损管系统研 哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012. ZHU Q H. Research on intelligent ship damage control system[D]. Harbin:Harbin Engineering University, 2012(in Chinese). [5] SPRAGUE C M,RICHARDS R C,BLANCHARD L,et al. A methodology for evaluation of ship fire safety[J]. Naval Engineers Journal,1993,104(3):104-113. [6] BRAUN E,LOWE D L,JONES W W,et al. Compari⁃ son of full scale fire tests and a computer five model of several smoke ejection experiments[R]. Washington, DC:Naval Research Laboratory,1992. 7]方泉根,王津,DATUBO A. 综合安全评估(FSA)及其[ 在船舶安全中的应用[J].中国航海,2004(1):1-5. FANG Q G,WANG J,DATUBO A. FSA and its appli⁃ cations to the safety of ships[J]. Navigation of China, 2004(1):1-5(in Chinese). [8] FLOYD J E,HUNT S,WILLIAMS F,et al. A network fire model for the simulation of fire growth and smoke spread in multiple compartments with complex ventila⁃ tion. Journal of fire protection engineering[J]. Journal of Fire Protection Engineering,2005,15(3):199-229. 9] 范维澄,刘奕,翁文国. [ 公共安全科技的“三角形”框架与“4+1”方法学[J]. 科技导报,2009,27(6):3. FANG W C ,LIU Y,WENG W G. Triangular frame⁃ work and“4+1 ”methodology for public security sci⁃ ence and technology[J]. Science & Technology Re⁃ view,2009,27(6):3(in Chinese). [10] UTISKUL Y,QUINTIERE J G,RANGWALA A S,et al. Compartment fire phenomena under limited venti⁃ lation[J]. Fire Safety Journal,2005,40(4):367-390. [11] PEARSON A E. Experimental study of the combus⁃ tion regimes of a compartment fire under conditions of under ventilation[J]. Université De Poitiers,2007. 12] 黎昌海. 究[D]. [ 船舶封闭空间池火行为实验研 合肥:中国科学技术大学,2010. LI C H. Experimental study on pool fire behaviors in closed compartment on ship[D]. Hefei:University of Science and Technology of China,2010(in Chinese). 13] 陈兵. [ 船舶顶部开口舱室油池火灾模拟实验研究[D].合肥:中国科学技术大学,2011. CHEN B. Experimental study on pool fire environ⁃ ment in ship room with ceiling vent[D]. Hefei:Uni⁃ versity of Science and Technology of China,2011(in Chinese). [14] ZHANG J, LUS LIQ ,et al. Impacts of elevation on , pool fire behavior in a closed compartment:a study based upon a distinct stratification phenomenon[J]. Journal of Fire Sciences,2013,31(2):178-193. [15] CHEN A Q, LI Q ,WANG YG. Investigation of the burning mechanism in an enclosure fire with a hori⁃ zontal ceiling vent[J]. Procedia Engineering,2016, 135:1-11. 16] 陈潇. [ 顶部开口腔室水平开口流动行为与火行为耦合特性研究[D].合肥. 中国科学技术大学,2015. CHEN X. Investigation of horizontal vent flow behav⁃ ior coupling with fire behavior in a ceiling vented en⁃ closure[D]. Hefei:University of Science and Technol⁃ ogy of China,2015(in Chinese).

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