俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

1 引 言

關(guān)于如何在艦船總體設(shè)計(jì)中保障彈藥艙的綜合安全性，是各國海軍十分關(guān)注的安全性設(shè)計(jì)問題之一。從目前所收集掌握的技術(shù)情報(bào)資料反映，國外相關(guān)設(shè)計(jì)單位從未停止對(duì)艦上彈藥儲(chǔ)存安全措施的研究工作，但是，此類試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)更新多集中在如何改進(jìn)和提高噴淋、浸水效果和系統(tǒng)快速反應(yīng)方面。

近年來，隨著對(duì)俄羅斯相關(guān)設(shè)計(jì)資料的收集和掌握，我們注意到在俄艦上普遍設(shè)有彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)。按字面理解，對(duì)彈藥艙設(shè)氣體抑制系統(tǒng)似乎有悖常理，因此，圍繞著該系統(tǒng)的問題和爭議較多。本文旨在探討俄羅斯原設(shè)計(jì)思想，分析其系統(tǒng)組成和功能目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)和完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步方案建議。

2 俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)

2.1 前期抑制系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)

根據(jù)掌握的俄羅斯技術(shù)資料，對(duì)彈藥艙抑制系統(tǒng)的用途有這樣的文字描述：“可自動(dòng)啟動(dòng)的抑制系統(tǒng)用于防止未充分燃燒的可燃物和新鮮空氣混合后引起的爆炸，這些新鮮空氣是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)從排氣蓋進(jìn)入彈庫的”。

彈藥艙的抑制系統(tǒng)包括帶有氣動(dòng)啟動(dòng)裝置的抑制劑瓶、氣動(dòng)球閥、金屬護(hù)套軟管、電磁換向閥、壓力信號(hào)發(fā)送器、噴頭、壓縮空氣瓶、截止閥、截止止回閥及抑制劑輸送管路、填充管路、泄放管路和氣動(dòng)控制管路。典型功能原理如圖1所示。

圖1 俄羅斯艦船彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)典型原理圖

在系統(tǒng)中，其抑制劑通常采用與艦上常規(guī)氣體滅火系統(tǒng)通用的赫冬拉114B2(即哈龍2402)，抑制劑瓶的氣動(dòng)啟動(dòng)介質(zhì)和瓶內(nèi)的充壓介質(zhì)均采用壓縮空氣。

抑制系統(tǒng)的控制采用自動(dòng)、遙控和手動(dòng)3種方式，對(duì)系統(tǒng)的施放控制通常可在3個(gè)部位實(shí)施，即：彈藥艙監(jiān)控部位，實(shí)施集中監(jiān)測和自動(dòng)、遙控控制；彈藥艙門外，實(shí)施現(xiàn)場就地控制；抑制站，實(shí)施應(yīng)急手操控制。

2.2 新設(shè)計(jì)抑制系統(tǒng)的狀態(tài)變化

近年來，俄羅斯艦船設(shè)計(jì)部門在其出口產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，針對(duì)彈藥艙的氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在技術(shù)狀態(tài)方面進(jìn)行了一些明顯的調(diào)整，其中主要反映在傳感器配置、抑制劑更新和艙內(nèi)噴頭布置3個(gè)方面。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，彈藥艙內(nèi)一般配置空氣溫度傳感器和氣壓傳感器。溫度傳感器主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測彈藥艙內(nèi)空氣溫度，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。氣壓傳感器主要用于當(dāng)彈藥艙內(nèi)大氣壓力和氣壓增速超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。據(jù)介紹，俄設(shè)計(jì)部門在為印度海軍的設(shè)計(jì)中，除配置上述兩種傳感器外，還在彈藥艙內(nèi)配置了火警傳感器。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用于彈藥艙的抑制劑通常采用赫冬拉114B2。在其新型產(chǎn)品項(xiàng)目的技術(shù)文件中，用于彈藥艙的抑制劑采用了對(duì)臭氧層沒有破壞作用的赫冬拉227ea(即七氟丙烷)。

在俄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，氣體抑制系統(tǒng)的噴頭集中布置在彈藥艙的排氣蓋所在局部區(qū)域。在其新型產(chǎn)品項(xiàng)目的技術(shù)文件中，氣體抑制系統(tǒng)的噴頭除集中布置在彈藥艙的排氣蓋所在局部區(qū)域外，還在艙內(nèi)的一側(cè)或兩側(cè)均勻布置有更多數(shù)量的噴頭。如圖2所示。

圖2 俄羅斯新設(shè)計(jì)資料中的彈藥艙抑制系統(tǒng)噴頭典型布置圖

3 對(duì)俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料的技術(shù)解讀

3.1 系統(tǒng)設(shè)置的必要性

在傳統(tǒng)的概念中，彈藥就是各種類型的炸藥。炸藥的燃燒與一般可燃物不同，一般可燃物燃燒需要氧氣，而炸藥的分子或混合物中既含有可燃的碳元素和氮元素，又含有助燃的氧元素或氧化劑。因此，當(dāng)炸藥發(fā)生燃燒或爆炸時(shí)是不需要外界供氧的。基于此，各國傳統(tǒng)的彈藥艙消防設(shè)計(jì)均采用噴水和浸水系統(tǒng)，其主要思想是利用水的冷卻、降溫和隔離作用，使艙內(nèi)彈藥避免因火災(zāi)(溫度)引起爆炸。

實(shí)際上，現(xiàn)代艦船所裝載的彈藥已遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的炮彈、水雷等僅含炸藥類危險(xiǎn)物的火工品。隨著作戰(zhàn)需求的牽引和軍事技術(shù)的發(fā)展，彈藥的種類和其內(nèi)部裝填的危險(xiǎn)介質(zhì)十分復(fù)雜，艦上彈藥艙內(nèi)的危險(xiǎn)事故也遠(yuǎn)非炸藥爆炸這么簡單。例如：導(dǎo)彈和其它火箭助推武器的發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料和推進(jìn)劑泄漏事故；彈藥轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械的液壓油泄漏事故；燃燒彈、照明彈等特種彈藥攜帶的固體可燃物散落等。對(duì)此問題的認(rèn)識(shí)，俄艦船消防設(shè)計(jì)部門似乎更加深刻，針對(duì)彈藥艙設(shè)置氣體抑制系統(tǒng)反映出其防險(xiǎn)設(shè)計(jì)更加細(xì)致、周密。

在俄資料中，將艦上彈藥艙和儲(chǔ)存部位細(xì)分為三大類，10多種。其中，明確要求配置抑制系統(tǒng)的彈藥艙占三分之一。

3.2 系統(tǒng)功能目標(biāo)分析

從接觸的技術(shù)資料分析，俄彈藥艙氣體抑制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最初主要用于當(dāng)艙內(nèi)發(fā)生事故觸發(fā)排氣蓋開啟動(dòng)作時(shí)，通過在艙口處施放抑制劑，以防止外界空氣通過艙口進(jìn)入艙內(nèi)。從這個(gè)意義上講，該系統(tǒng)應(yīng)該稱為“氣體隔離系統(tǒng)”更加合適。但在其新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除將噴頭集中針對(duì)排氣蓋布置外，還在艙內(nèi)的一側(cè)或兩側(cè)均勻布置有更多數(shù)量的噴頭，如果再加上艙內(nèi)火警傳感器的配置，這樣的系統(tǒng)應(yīng)兼有“局部氣體隔離”和“全淹沒氣體滅火”的雙重功能。這種在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的變化反映出其設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的演變與更新。從預(yù)想的危險(xiǎn)場景分析，彈藥艙的各種意外事故中至少有三類危險(xiǎn)情況可采用氣體消防措施進(jìn)行事前抑制和初期控制，其一是艙內(nèi)耗氧可燃物液體泄漏或固體散落，但未發(fā)生燃爆；其二是艙內(nèi)耗氧可燃物發(fā)生明火燃燒；其三是艙內(nèi)可燃物發(fā)生氣爆，沖開排氣蓋后，外界空氣進(jìn)入艙內(nèi)與剩余耗氧可燃物接觸。

3.3 俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的缺憾

對(duì)于兼有“局部氣體隔離”和“全淹沒氣體滅火”雙重功能的彈藥艙抑制系統(tǒng)而言，俄資料反映的系統(tǒng)設(shè)計(jì)尚存在一些缺憾，主要表現(xiàn)在雙重功能在時(shí)間控制要求方面的沖突和采用壓縮空氣對(duì)艙內(nèi)安全的副作用。

為保證對(duì)開啟艙口的氣體隔離作用，需要系統(tǒng)在保障隔離效果的基礎(chǔ)上盡可能延長噴射時(shí)間，一般為幾分鐘。為保障對(duì)艙內(nèi)的淹沒式滅火效果，要求系統(tǒng)應(yīng)盡可能縮短滅火劑的施放時(shí)間，一般為數(shù)10 s。由于采用同一組抑制劑瓶兼顧上述兩種功能，若抑制劑施放緩慢，則可能減緩和削弱對(duì)燃燒或爆炸的抑制效果；若抑制劑快速施放，當(dāng)隨后非可控氣爆發(fā)生時(shí)，外界空氣會(huì)因艙內(nèi)負(fù)壓進(jìn)入艙室，造成二次事故隱患。

由于俄系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用壓縮空氣對(duì)抑制劑瓶進(jìn)行充壓，在抑制劑施放的后期，勢必造成大量含氧空氣通過輸送管路進(jìn)入艙內(nèi)，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)削弱安全保護(hù)效果，或?yàn)榱丝朔嚎s空氣的負(fù)面影響額外增加抑制劑配量。

4 對(duì)俄羅斯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議

鑒于對(duì)俄系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺憾分析，借鑒常規(guī)消防設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，特提出如下改進(jìn)建議：

1) 管路系統(tǒng)按功能分解，即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中針對(duì)“局部隔離”和“艙內(nèi)全淹沒”兩種功能分別配置相互獨(dú)立的功能設(shè)施。

2) 采用氮?dú)獬鋲汉偷獨(dú)怛?qū)動(dòng)，即采用填充壓縮氮?dú)獾姆绞綄?duì)抑制劑瓶內(nèi)的抑制劑進(jìn)行增壓，并采用壓縮氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)對(duì)抑制系統(tǒng)的氣動(dòng)控制。

3) 調(diào)整監(jiān)控方式，即主要采用火警信號(hào)，兼顧可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測的必要性和可行性，聯(lián)動(dòng)控制全淹沒系統(tǒng)的施放；主要采用排氣蓋開啟信號(hào)聯(lián)動(dòng)控制局部隔離系統(tǒng)的施放。

4) 取消輸送總管隔離閥，即圖1中的氣動(dòng)球閥。因?yàn)椋硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，安裝在輸送總管上的氣動(dòng)球閥在平時(shí)似乎沒有明顯隔離的必要，在緊急施放時(shí)反而多一個(gè)故障隱患。

5 結(jié)束語

艦船彈藥艙的綜合安全事關(guān)重大，具有俄羅斯特色的氣體抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)從一個(gè)側(cè)面啟迪了我們的安全設(shè)計(jì)和研究思路，值得我們的反思和借鑒。但是，鑒于艦載彈藥的復(fù)雜性和氣體滅火效果的局限性，彈藥艙的氣體抑制系統(tǒng)并不能完全保證對(duì)彈藥事故的有效控制。就目前技術(shù)而言，對(duì)彈藥的消防安全措施仍然需要考慮以噴淋和浸水為主要手段，氣體抑制系統(tǒng)只能作為一種補(bǔ)充手段根據(jù)需要進(jìn)行配置。

[1] 鄭治仁. 液體推進(jìn)劑防火防爆問題綜述[J]. 中國航天, 2000 (2).