船舶及海洋平臺上防火風閘關斷控制設計

郭 剛，陳 萍，任韶琦（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

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船舶及海洋平臺上防火風閘關斷控制設計

郭 剛，陳 萍，任韶琦
（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

摘 要：介紹了防火風閘在船舶及海洋工程上的控制關斷原理，并結合實際案例進行分析，重點闡述了海洋平臺上控制回路在發生故障時的設計要求。

關鍵詞：防火風閘；通風系統；關斷控制方法；控制回路

0 引言

隨著船舶和海洋工程產品種類的多樣化以及海上石油天然氣向深海的逐步拓展，海上安全問題也愈發引起人們的重視，特別是對防火設計的要求也更加嚴格。

通風空調系統是船舶及海洋工程上不可缺少的重要系統，在生活區域需要由空調系統提供良好的空氣品質來滿足人員對舒適度的要求。在機械區域或是生產區域需要由通風系統提供足量的新鮮空氣以滿足設備的燃燒需求或及時帶走工作區域所集聚的有毒有害氣體及熱量。由于通風空調系統采用了大量的風道貫穿所服務的處所，其在向房間提供送風和抽風的同時，也給防火安全設計帶來了一定的隱患。一旦某一房間失火，則產生的火焰及煙氣就會沿著貫通的風道蔓延到其它處所，造成火勢的擴大。

防火風閘（擋火風閘）是船舶及海工產品在失火情況下用于切斷通風管路的重要附件，一方面可以阻止火焰及煙氣通過風道從失火處擴散到其它處所造成更大的火損或是人員窒息，另一方面也可以切斷燃燒空氣的供給，將失火區域進行隔離以開展后續的滅火撲救。

1 防火風閘構成及工作原理

防火風閘主要由以下幾部分組成：閘板、框體、執行器、開閉指示器、熔斷絲、密封條等。

根據SOLAS［1］及相關船級社的要求，防火風閘本身應為失效安全型，即當防火風閘發生故障時，應確保不因它的失效導致結構的耐火完整性受到影響，通俗講就是當防火風閘失效時，其應該保持在關閉的狀態，只有在關閉狀態下對于結構的防火要求才是安全的。同時，防火風閘應可以自動工作，且能從艙壁或甲板的兩側手動關閉，閘體上應配置可顯示風閘開閉狀態的指示裝置。

根據防火風閘操作動力的不同，防火風閘可分為手動型、氣動型和電動型，其中氣動型和電動型都可以采用遙控的方式對風閘進行遠程操作。所有的防火風閘均要求在接收到關斷信號后在最短的時間內將風閘關閉，對于海上石油天然氣工業，相應的國際標準ISO 15138-2007［2］中對這一時間的要求是2 s之內。

各類防火風閘的控制原理如下：1）手動防火風閘通過現場就地操縱閘體上的手柄或拉索關閉防火風閘；2）氣動防火風閘通過0.6 MPa左右的壓縮空氣推動氣缸內的活塞打開風閘，此時活塞背側的彈簧處于壓縮狀態，一旦失去壓縮空氣的動力，氣缸內的活塞在彈簧推力的作用下運動而關閉風閘；3）電動防火風閘則是通過安裝在閘體上的電動馬達的作用力打開風閘，當失去電力時也是通過彈簧的推力使風閘關閉。為了滿足防火風閘在失火情況下可以自動關閉，所有的防火風閘均需要在閘體內部安裝熔斷裝置，當風道內的溫度達到預先設定的72℃或其它要求的設定溫度，熔斷絲將受熱脫離，風閘在彈簧力的作用下關閉。

通常情況下，以下任一方式均可關斷防火風閘：1）從控制中心（ICS）或消防控制站遠程給出關斷信號；2）從本地操作關斷手柄或切斷艙壁/甲板兩側的任一手動按鈕/開關；3）由于火氣系統（F&G）的激活給出關斷信號；4）由于風道內的溫度達到了熔斷絲熔斷的溫度而關斷。

2 常規船舶上防火風閘的關斷控制案例

以某大型遠洋運輸船為例，對其防火風閘的關斷控制進行分析（見圖1）。考慮到該船防火風閘數量較多且均需要遙控控制，所以采用氣動型防火風閘。風閘按照區域分組設置，在消防控制站設置遙控裝置，便于集中對防火風閘進行操作。來自于空氣瓶的壓縮空氣經減壓后通過不銹鋼管送至防火風閘上的兩位三通電磁閥○1。同時為滿足SOLAS要求，在進入房間的艙壁兩側不銹鋼管上每側安裝一個手動三通閥○2或○3，此三通閥一方面確保電磁閥故障時可以在艙壁的任意一側關閉相應的防火風閘，另一方面也可以在遠程關斷信號發出前或是熔斷絲燒斷前，如果就近有人員發現艙室失火則可以迅速關斷相應的防火風閘。

圖1　防火風閘的關斷控制

在正常工況下，電磁閥○1、手動閥○2和○3均保持開啟，壓縮空氣被送入氣動防火風閘執行器氣缸打開防火風閘，同時閘體上安裝的限位開關接通/斷開，將風閘的開閉狀態送到中控系統，整個通風系統保持正常運行。當被保護的艙室發生火災時，感煙探頭或火焰探頭探測到失火艙室的起火情況，將信號傳到中控系統，中控系統將根據事先設定的關斷邏輯自動或手動遠程發出關斷命令，將電磁閥○1關斷，由于提供動力的壓縮空氣被切斷，防火風閘將在彈簧力的作用下關閉防火風閘，達到阻斷空氣流通的目的。

根據船級社對防火風閘需保證失效安全的原則，一旦控制電磁閥○1的控制電路發生故障或不銹鋼壓縮空氣管路損壞，則防火風閘將立即關斷。

3 海洋平臺上防火風閘的關斷控制案例

不同于常規的客船和貨船，海洋平臺上由于在作業中可能產生危險的可燃氣體，此時的防火風閘不僅需要考慮在被保護房間失火的情況下進行關斷，同時還需在所有新風主進口處發現危險可燃氣體時進行關斷，以避免危險氣體進入室內因濃度過高而導致爆炸或對人員安全造成危害。

對于某些特殊的海洋平臺或是海工船舶，為了提高其作業性能而安裝了動力定位裝置，以保證在受到外力影響時能保持船舶的艏向和作業范圍。由于動力定位系統的重要性，當火氣系統（F&G）或應急關斷系統（ESD）的控制回路發生故障時（斷電、線路短路、斷線等等），必須使得動力定位系統處在最安全的狀態。對各個系統在與ESD通訊故障時最安全的狀態定義及對控制回路的配置要求可參見DNV海工規范［3］DNV-OS-A101，Sec.5所述。根據這一要求，對于不同的系統，應采用不同的控制方式（NE或NDE）來設計控制回路。對通風系統而言，即需要對火氣系統（F&G）與防火風閘之間的控制回路進行考慮，以滿足設計要求。

以某鉆井平臺為例，采用兩種不同的設計方式來控制壓縮空氣管上的電磁閥的開閉，從而達到控制防火風閘的目的。

1）NDE（Normal De-energized）：適用于與動力定位系統有關的動力系統、配電系統和部分規范所要求的鉆井系統中防火風閘的控制回路。正常情況下控制回路不帶電，通過給電才能讓電磁閥動作，關閉防火風閘。

2）NE（Normal Energized）：適用于上述NDE之外的其它系統的防火風閘控制回路。正常情況下控制回路帶電，一旦失電將導致電磁閥動作，關閉防火風閘。

通過圖2可以看出，無論采用哪種控制回路，對防火風閘動力側（壓縮空氣管路）的控制與常規船舶上的控制過程完全相同，即在正常工況下，電磁閥○1、手動閥○2和○3均保持開啟，壓縮空氣被送入氣動防火風閘執行器氣缸打開防火風閘，同時閘體上安裝的限位開關接通/斷開，將風閘的開閉狀態送到中控系統，整個通風系統保持正常運行。當被保護的艙室發生火災或是在通風主入口探測到危險氣體達到報警濃度時，危險氣體探頭或感煙探頭或火焰探頭將探測到的信號傳到中控系統，中控系統將根據事先設定的關斷邏輯自動或是手動遠程發出關斷命令，將電磁閥○1關斷，由于提供動力的壓縮空氣被切斷，防火風閘將在彈簧力的作用下關閉防火風閘，達到阻斷空氣流通的目的。

采用NE和NDE最大的不同僅僅是考慮電磁閥和中控之間的控制回路，當這個回路發生故障時，要確保防火風閘處在規范所要求的最安全的狀態。以和動力定位系統密切相關的機艙通風系統為例，一旦控制電路發生故障，規范所要求的最安全狀態是打開風閘以保持機艙通風繼續運行，如果采用NE設計則無法使相應的防火風閘處在打開狀態，此時NDE才是正確的控制回路設計。考慮到采用NDE的控制回路正常情況下不帶電，為了監測線路是否正常工作，在異常情況下及時發出報警信號，需要對控制回路進行斷路檢測。常用的斷路檢測方式可在控制回路中并聯一個電阻，通過監控該電路的阻值變化來判斷線路是否暢通。

圖2　防火風閘的控制回路

4 結論

針對不同的船東、不同的規范和不同的船型，可能存在不一樣的防火風閘控制方式。在具體的設計工作中應緊扣規范和建造規格書，及時與船東、船檢和相關設計人員溝通，以得出各方面都滿意的設計方案。

參考文獻：

［1］ IMO. 國際海上人命安全公約［S］. 2009.

［2］ ISO. ISO 15138-2007 石油和天然氣工業 海上生產裝置 加熱、通風和空氣調節［S］. 2007.

［3］ DNV. DNV Offshore Standard DNV-OS-A101［S］. 2011.

中圖分類號：U664.86

文獻標志碼：A

DOI：10.14141/j.31-1981.2016.03.004

作者簡介：郭剛（1978—），男，工程師，研究方向：船舶及海洋工程通風空調制冷方面的設計研究。

Shut-off Control Design of Fire Damper in Ventilation System on Ship and Offshore Platform

Guo Gang， Chen Ping， Ren Shao-qi
（COSCO Shanghai Shipyard Co.， Ltd.， Shanghai 200231， China）

Abstract：The article introduces the control and shut-off theory of the fire damper in ventilation system on ship and offshore platform. It is analyzed by combining with actual example， especially the design requirements of the control loop in failure on offshore platform.

Key words：fire damper； ventilation system； control and shut-off method； control loop