船舶舱室火灾一般规律研究

DOI：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201718200

船舶舱室火灾一般规律研究

李杰浦金云于利峰

海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

摘要:船舶舱室火灾一般规律能够反映不同种类火灾特征信息参数变化情况，与“预防为主，消防结合”的防治原则是一致 的，并能为火灾防治提供指导。在总结分析船舶火灾一般规律的基础上对不同载荷火灾的特殊性进行系统分析：立足于可燃载荷 物理化学特性，对舱室火灾不同阶段温度场和烟气生成特性进行对比分析，并对其特定火灾场景中的典型火行为进行深入探讨 分析。

关键词：船舶火灾；温度场特性;烟气生成特性；火灾探测中图分类号:U674.771 文献标识码! A

Study onthe general rule of fire ina shipcabin

LI Jie PU Jinyun YU Lifeng

College of Power EngineeringNaval Univ. of Engineering HuBeiWuhan

430033

Abstract ： The general rule of fire in a ship cabin reflects the character variations of diferent fires，which is consistent witli the preven­tion princi]3le * put prevention first and combine prevention witli elimination+ and can provide guidance on fire prevention and control. This paper presents a systematic inquiry 〇n the particularity of different fire loads based on the summary 〇f the general rule. And it carries out a comparative analysis on the temperature field and smoke generation characters at different combustion stages of a ship cabin fire as well as further discussion on

the

classic fire

behavior in a specific

fire

scene

on

the

basis of physical and

Key words: ship cabin fire; temperature field characters; smoke generation characters; fire detection

船舶舱室火灾是一种典型的受限空间火灾，因其独特的舱 室结构而不同于一般建筑火灾。一旦发生火灾，火场扑救和人 员逃生难度大，直接威胁着船员生命财产安全甚至造成船舶生 命力损失[1]。因此，船舶火灾防治是我国海上经济发展面临的 一大安全挑战，是火灾安全研究的重要领域之一。区别于传统 建筑火灾，船舶舱室火灾侧重于初火探测，即如何在火灾发生 初期及时准确地探测火情，进而为火灾应急预案制定和实施提 供依据[2]。因此，在火灾初期特征信息参数研究分析的基础 上，开展火灾探测方法和技术研究是船舶火灾防治的前提，具 有重要的现实意义和理论应用价值。

目前，国内船舶火灾研究主要立足于火灾扑救和船员逃生， 开展火场行为试验和仿真研究，对船舶受限空间内火灾温度场 和烟气场特性进行机理性研究[32]，鲜有学者开展船舶火灾初期 过程参数演变行为研究，相关研究成果主要集中于火灾初期的 探测技术和方法。本文在船舶火灾防治的基础上，对受限空间 火灾初期参数一般变化规律进行总结和分析;结合先进的信息 采集技术，对现有火灾报警装置进行改进，提高船舶火灾初期探 测的及时性和准确性，为船舶火灾防治提供参考性意见。

1船舶火灾总体变化规律

船舶火灾载荷及其种类多样！（ 1) 9类火，主要指木材、棉 和纸张等固体着火；（2) B类火，是船舶油火的统称；（3) E类 火，主要指用电设备着火；（4) F类火，主要指烹饪器具内的蔬 菜油或动物油火灾[2]。不同类型火灾一般会经历吸热、热解、 发烟、火焰扩散、剧烈燃烧和衰减六个阶段[1]，船舶火灾过程特 征信息参数会呈现明显的阶段性特性!火灾初期（初火）火灾烟 气逐渐在舱室内积聚，受灾舱室温度和压力上升'在火焰扩散 和剧烈燃烧阶段受灾舱室产生大量烟气，舱室内温度和压力迅 速上升至稳定值;在火灾衰减阶段火灾烟气在舱室内进一步蔓 延，舱室温度和压力呈现下降趋势，如下图所示。

过

程特征参数

本文在船舶火灾总体变化规律的基础上，立足于船舶火灾 发展过程中特征信息参数演变行为规律对不同种类船舶火灾 的一般规律进行总结性分析，对其变化机理进行深入探讨和分 析，为船舶火灾探测和火灾扑救提供参考。本文主要从四种常 见船舶火灾发生发展过程中温度场和烟气场两个方面对温度 场、烟气及其组分浓度和舱室压力等特征信息参数一般演变规 律进行归纳总结，针对性分析不同种类火灾变化特殊性，为船 舶火灾救援提出合理化建议。

2不同种类火灾变化规律

结合国内外学者船舶火灾研究成果，在不同种类火灾载荷 物理和化学特性分析的基础上，着眼于船舶火灾探测和船舶火 灾扑救对常见船舶火灾发生发展过程中的阶段性规律以及特 殊行为现象进行探索性分析，进而为船舶火灾防治和救援提供 指导!船舶火灾温度规律主要从火场温度极值、火焰温度突变 现象和火场蔓延特性等进行分析;船舶火灾烟气行为规律主要 从发烟量、烟气变化率突变现象、烟气组分特性和烟气毒性等 进行分析。

2& A类火

A类火隶属于固体火，与工作人员日常生活息息相关。船 舶A类火燃烧过程中伴随着固体的热解、发烟和燃烧等复杂物 理化学反应。由于船舶固体载荷着火点较低，一旦出现火源极 易在舱室内蔓延，严重威胁工作人员生命财产安全。此外，A 类火固体内部温度较高，燃烧后期与新鲜空气接触极易复燃。

2.1.1温度场特性

A类火在发生发展过程中经历吸热、热解、发烟、火焰扩 散、剧烈燃烧和衰减六个阶段。火灾初期固体吸热过程中，固 体表面及附近温度没有明显变化，固体内部温度上升；固体热 解和发烟着火过程中，固体内部温度持续上升，固体热解析出 挥发性产物和碳，一旦温度上升至固体燃点舱室火灾产生并在 短时间内发展和蔓延;在火焰扩散和剧烈燃烧阶段，火焰温度 最高可达800〇C [82]。在整个火灾发生发展过程中，舱室温度和压力变化显著， 尤其是火焰扩散和剧烈燃烧阶段。但是在火灾初期舱室内部 难以由此产生明显温升效应，不能在短时间内触发舱室温度报 警器来达到预警的目的。此外，阴燃现象是该类火灾过程中的 特有现象，是其火灾发生的一大诱因。

^

z

剧烈燃烧

烟气

火灾初期火焰扩散衰减 时间£

船舶火灾特征参数变化规律图

236

科技风2017年*月下

2.1.2烟气生成特性

船舶固体载荷多由植物纤维、化学纤维等组成，其成分多 为碳氢化合物并含有少量的硫、氯等元素。着火前期固体吸 热、热解阶段固体析出挥发性气体例如水、碳氢化合物、CO、 CO)等，这一阶段气体组分与可燃固体温度有关;火灾扩散和 燃烧阶段可燃气体达到燃烧浓度，烟气组分CO和CO)浓度不 断上升。在整个燃烧过程中有淡淡的白烟产生，由于固体可燃 材料含碳量高，因此该类产烟量大，整个燃烧过程伴随着CO和 CO:的产生且二者浓度较高，可采用CO探测器进行火灾预警。

2.2 B类火

J类火隶属于液体火，在船舶火灾中占主导地位，其液体 汽化和预混是燃烧的前提。船舶油料物体闪点高但热值高，一 旦舱室油料泄露着火火势会迅猛发展和蔓延，严重威胁着船舶 生命力安全。

2.2.1温度场特性

火灾在发生发展过程中经历吸热、汽化、火焰扩散、剧烈燃 烧和衰减五个阶段。火灾初期持续时间短，没有明显的汽化和 预混现象，火焰温度在液体汽化吸热和气体燃烧放热的交互作 用下开始迅速上升；火焰扩散阶段油火的扩散燃烧占主导地 位，火焰温度显著升高；剧烈燃烧阶段火焰温度高 达 1OOOU[1021]。

在整个火灾发生发展过程中，火焰及舱室温度和舱室压力 变化显著:火灾初期舱室温度变化比较明显，这一特性可作为 温度传感器火灾探测的依据;不同阶段温度变化率差异显著：2.2.2烟气生成特性船舶油料包括滑油、柴油等，其燃烧过程中烟气生成特性 与燃烧状态密不可分。着火前期油料表面多为汽化燃油，开始 有黑烟产生且烟气组分多为OO;火焰扩散和剧烈燃烧阶段由 于油料含碳量高因此CO和CO浓度明显上升尤其是CO浓 度，在这一阶段该类火由富氧燃烧向富燃燃烧。在整个燃烧过 程中时刻伴随着黑烟的产生，可采用烟雾探测器和CO2探测器 进行火灾探测。

2.3 E类火

E类火特指电气设备着火，是船舶电力系统正常运行的重 大安全隐患。其中用电设备过载、短路、局部过热和外热作用 等都是造成电火的主要因素，但归根结底短路是引发电火的直 接原因。

2.3.1温度场特性

该类火以电缆着火为代表，其发生发展过程中经历裂解、 炭化、燃烧、火焰扩散和衰减5个阶段，船舶电火可在舱室间蔓 延。电火火灾初期裂解和炭化过程中，故障电路短时间产生局 部高温，引燃电缆外部绝缘材料；电火扩散阶段火焰局部温度 可达800U ~1000U。此外由于电缆燃烧过程中伴随着高温熔 滴的产生，舱室底部会出现高温热源，极易引发舱室次生 灾害[12]。

在整个火灾发生发展过程中着火部位和舱室底部温度上 升显著:火灾初期由于线路故障产生局部高温，难以触发舱室 温度报警器对火灾进行预警;火灾扩散阶段舱室底部因高温熔 滴温度骤变，极易引发舱室易燃载荷。

2.3.2烟气生成特性

电缆绝缘材料一般为可燃的聚氯乙烯、聚烯烃和橡胶等。 着火前期裂解和炭化阶段电缆绝缘材料受热析出烷烃类可燃 气体并伴随烟气产生，但是产烟量较小[13]。火灾燃烧和扩散 阶段CO和CO2浓度上升，其中CO浓度变化显著。此外，在整 个燃烧过程中伴随着NO,和SO2的产生。综合该类火烟气组 分变化特性，可采用CO传感器进行船舶电火火灾预警。

2.4 F类火

F类火通常指厨余火，因其特定火灾场景而具有特殊性。 船舶厨余火火势迅猛，短时间内会产生高温火柱，极易造成人 员伤亡。此外，船舶F类火在灭火后因高温燃油的存在极易 复燃。

2.4.1 温度场特性

理论研究

船舶F类火发生发展过程经历吸热、发烟、燃烧和熄灭4 个阶段，整个燃烧过程是外热和可燃油燃烧相互作用的结果。 火灾初期可燃油在外热作用下因可燃油发烟和汽化现象产生 高温可燃油和可燃气体，随着可燃油温度由常温经烟点至燃点 可燃油自燃;火灾燃烧阶段可燃气体温度在外热和燃烧作用下 迅速上升至着火点，火势迅猛发展并触发舱室温度传感器。此 外，船舶厨房可燃载荷复杂多样，极易因厨余火引发次生火灾 灾害。

2.4.2 烟气生成特性

厨房烹饪油为油脂肪酸的甘油三酯混合物，极易被高温或 者明火引燃。着火初期吸热和发烟阶段CO浓度上升并伴随着 烟气产生，没有明显的CO2产生。火灾燃烧阶段CO和CO2浓 度上升并伴随着黑烟产生。此外，烹饪油被加热到140U (油煎 温度）时并没有烟气和有毒气体产生[1425]。鉴于烹饪油这一燃 烧特性，可采用烟雾和CO探测器进行厨余火火灾预警。

3结论

船舶火灾作为船舶损害管制的重要组成部分，具有重要的 理论研究价值。对比不同种类火灾发生发展规律可得：

(1) 整个火灾燃烧过程中受灾舱室存在局部部温升现象，火焰温度高达几百摄氏度。不同火灾载荷因其物性差异而表 现出不同的燃烧特性:温升变化率'火焰温 度。

(2) 船舶火灾燃烧过程中载荷生烟效果显著，不同种类火燃烧初期均存在发烟现象，在火灾蔓延和发展过程中烟气组分 CO 和 CO2 浓度显著上升。

(3) 船舶火灾发生发展过程中存在阴燃和复燃现象尤其是船舶A类火。此外，部分船舶火灾容易引发二次火灾，尤其是 E类和F类火。

(4) 火灾初期采用多传感器信息融合技术进行火灾预警，火灾防治应杜绝特殊火行为造成的二次火灾。

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作者简介：李杰（1988-)，男，河南济源人，海军工程大学博 士生，研究方向：受限空间火灾烟气流动与控制。

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