岸邊集裝箱起重機消防方案

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

港口裝卸設備正在快速進入自動化時代，大量的精密電氣設備應用于自動化岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)。如果電氣設備不慎失火，將會造成設備長期停機，甚至人員傷亡，給碼頭運營帶來巨大損失[1]。因此，岸橋消防安全的重要性不言而喻。消防方案分為預防火災和消滅火災2個部分，有針對性地分析火災發生的潛在誘因，方能更好地給出解決方案。

2 消防對象與消防環境

2.1 消防的對象

岸橋是由電氣設備控制驅動的金屬機械活動機構。相對于金屬機構，消防的對象主要是各類電氣設備元件和電纜材料[2-3]。

電氣設備材料在以下方面存在發生火災的隱患：

(1)控制系統(各類模塊、繼電器、接觸器)因虛接等原因產生的短路火花[4]。

(2)驅動系統(變頻驅動設備內部的IGBT、電容)因故障等原因產生的爆燃。

(3)化學反應(UPS電池)產生的爆燃隱患。

(4)電力電纜因載流量過大，造成電纜的異常發熱，甚至外絕緣熔毀[5]。

(5)變壓設備、驅動電機因負載過大，造成線圈擊穿，甚至整體燃燒。

(6)因雷擊造成的大電流放電形式對電氣設備的損害。

(7)人為施工(對金屬結構的電焊、切割等)造成的明火。

2.2 消防環境

電氣設備分布于起重機的各個角落，但是最為重要的控制驅動核心布置在機房和電氣房內部。機房內部主要布置中壓開關設備、變壓設備和驅動電機[6]。電氣房內部主要布置控制系統(各類模塊、繼電器)、驅動系統(各類變頻驅動設備)和監控系統(PLC、電腦)。

機房和電氣房屬于不同的應用環境。機房采用風機通風的熱交換方式，屬于開放環境。電氣房采用空調制冷的熱交換方式，屬于相對封閉環境。

3 現有消防措施

3.1 監控措施

當前，岸橋的消防監控措施主要分為2種：溫度傳感器和煙霧傳感器。

溫度傳感器多采用熱敏電阻，當溫度超過預置溫度時，導電回路斷開。煙霧傳感器多采用放射離子，當放射離子被煙霧干擾時，導電回路斷開。溫度傳感器和煙霧傳感器根據控制形式不同，分為串聯回路連接和并聯回路連接2種。串聯回路連接可以保證任意傳感器發生動作，切斷整個信號回路；并聯回路可以實現地址編碼[7-8]。

3.2 滅火設備

消防設備按滅火介質，主要分為噴水滅火、泡沫滅火、干粉滅火、氣體滅火4大類。由于噴水滅火會對電氣設備造成嚴重的附帶損失，且存在一定的觸電隱患，因此噴水滅火設備不適用于岸橋設備。泡沫具有較強的導電特性，為規避觸電隱患，泡沫滅火設備也被排除在外。因此，干粉滅火和氣體滅火成為目前在岸橋設備上的主流應用。

機房內部高度超過5 m，內部空間較大。鋼絲繩出槽口、機房風機通風口等多個開放位置，使得在機房內部直接采用氣體滅火的可操作性極低。因此，較多采用手提干粉滅火器的形式。手持滅火器通常布置在機房內部各個通道位置。

滅火氣體主要有鹵代烷和二氧化碳2種形式。機房內部的中壓開關柜，具備SF6氣體滅弧功能。電氣房屬于封閉環境，手提式滅火器仍然可以滿足基本的滅火要求。在此基礎上，也有用戶考慮采用氣體滅火方案。值得注意的是，如果采用二氧化碳滅火，氣體濃度需要達到40%，將超出20%的人體耐受濃度，故二氧化碳方案不適用岸橋環境。

4 推薦消防方案

4.1 消防監控方案

火災自動報警系統的設計應符合火災自動報警系統設計規范的有關規定。岸橋屬于在火災發生初期極易產生煙霧，且需要早期或極早期對火災進行探測的場所。因此，空氣采樣煙霧探測報警系統應作為岸橋火災自動報警系統的優先選項。

每個電氣火災監控控制器的監控區域不宜超過1個防火分區，機房和電氣房作為2個獨立防火分區，應當采用不同的監控控制器。

岸橋機房區域的火災隱患主要是中壓設備(開關柜、變壓器)。中壓開關柜中壓室已具備氣體滅弧功能，正常情況下不會發生劇烈燃燒。如有必要，可以在開關柜內部的低壓側，由制造商預留檢測元件(煙霧傳感器和溫度傳感器)。在低壓室內部可以安裝干粉觸發包。當檢測元件動作時，觸發干粉噴劑，在狹小空間內部實現滅火。

中壓變壓器根據防護等級分為裸變或者罩殼形式。裸變通常安裝在專門的變壓器房內部，可以在變壓房內部安裝相關檢測元件，配以氣體滅火裝置。如果變壓器配有罩殼，則需制造商在罩殼內部預留相關檢測元件，氣體滅火系統的噴管需要從上方深入罩殼內部，因此需要注意避開變壓器線圈位置。

電氣房內部的柜體分為驅動柜和控制配電柜2種。出于安全原因，驅動柜相對封閉和緊湊。檢測元件和氣體滅火裝置無法深入驅動柜內部。考慮到滅火效率，控制柜應當取消柜門，使之處于敞開狀態，與電氣房內部空間融為一個整體。滅火元件應平均分布于電氣房頂部。由于驅動柜頂部和電氣房頂部處于同一空間，因此沒有必要在驅動柜頂部的防塵罩處安裝檢測裝置。

電氣房地板下部空間主要用于電纜敷設，需在地板下部空間安裝溫度傳感器、煙霧傳感器，以及氣體噴頭，對電纜進行防火保護。

4.2 消防聯動控制方案

滅火系統的消防設備聯動控制系統應符合《GB50370氣體滅火系統設計規范》。設有火災自動報警系統的岸橋，應將以下部分的裝置組成消防聯動系統：①火災報警探測系統；②自動滅火系統的控制系統；③空調通風系統；④火災報警裝置；⑤火災應急照明系統；⑥電梯控制系統。

探測器的定位應考慮空氣流動路徑，布置在煙霧最可能經過的路線上。煙霧傳送時間應通過計算確定，煙霧傳送時間不得大于120 s。電氣火災監控探測器的溫度報警值不應超過140 ℃。火災報警探測系統分有煙感一級報警和溫感二級報警。

在收到煙感一級報警信號后，自動滅火系統的控制系統應在1 s內啟動火災報警裝置，通知防火區域內的人員及時逃離。在3 s內切斷空調通風系統，為氣體滅火系統創造密閉環境。在電梯就近樓層停靠后，切斷電梯運行允許命令。

在收到溫感二級報警信號后，在3 s內發出氣體滅火系統的啟動信號；在受控設備動作10 s內應收到反饋信號[9]。在15 s內完成火災應急照明系統的電源轉換。

當火災發生時，消防系統需要具備明確的疏散指引能力。通常疏散指引設備的布局，應當根據消防系統供應商的建議，并結合當地消防安全規范綜合考慮。主要的布局要求如下：

(1)每個單獨的戶內空間均需要布置聲光報警設備。

(2)戶內空間通道門位置需要布置聲光報警設備。

(3)戶內與戶外通道門位置需要布置警鈴類報警設備。

(4)消防系統覆蓋空間的入口需要布置氣體狀態指示燈。

4.3 防火保護措施

電氣房作為主要的氣體滅火區域，應當在其圍棚結構設計方面注意2點：

(1)盡量選用復合防火保護措施。在原有的隔音材料的圍棚基礎上，內芯隔熱材料應優先選用柔性氈狀隔熱材料，墻壁內側采用防火板包覆或者涂覆防火涂料。防火保護材料不應發生結構性破壞，仍能保持原有的保護作用直至規定的耐火時間。

(2)盡量選用密封對接形式。不推薦采用多層鉚釘層疊對接形式。圍棚材料需要選用有一定厚度且便于對接的材料。在現場拼裝對接的基礎上，再增加相應的密封措施。門窗、穿線孔等特殊位置亦需要采取相應的密封措施。

(3)需要采用空氣負壓測試進行密封驗收。保證氣體滅火區域的空氣逃逸速率滿足氣體滅火系統的技術要求，從而保證滅火氣體的密度，最終有效地實現氣體滅火。

4.4 電纜的選用

當火災發生時，整個消防系統的檢測、滅火、報警均需要保證正常工作。例如要為滅火媒介的釋放和人員的逃生留有充足的時間。因此，選用消防系統的電纜時，需要充分考慮耐火時間。根據耐火時間的不同，電纜分為耐火型和防火型2種。耐火型以橡膠外絕緣為主，防火型以礦物外絕緣為主。由于外絕緣材料特性限制，橡膠絕緣電纜柔韌性優于礦物絕緣電纜。

為避免火災過程中電纜對人體的二次傷害，選用的電纜需要具備無煙無鹵的特性。用于消防設備的控制線路、火災自動報警系統的信號傳輸線路等可采取下列方式之一：

(1)電線穿金屬管或阻燃型硬質塑料管暗敷時，可采用阻燃電纜。

(2)電線穿金屬管明敷時，應采用耐火電纜。

(3)電線在金屬線槽內敷設時，應采用耐火電纜。

電纜防火封堵根據各不同情況可采用防火膠泥、耐火隔板、填料阻火包、防火帽等方式和方法[10]。

4.5 應急照明系統與消防系統

隨著岸橋的大型化趨勢，應急照明系統采用不間斷電源集中供電的模式逐漸成為主流。當消防系統發現火災隱患開始工作時，滅火區間內的應急照明系統，應當采用延時關閉模式，保證空間內部人員能夠在短時間內快速疏散。滅火區間外的應急照明系統，應當采用持續工作模式，保證人員及時有效地疏散到地面。疏散照明的持續供電時間不少于30 min，備用照明的持續供電時間不少于120 min。地面水平最低照度不低于10 lx。

應急照明系統如果采用鉛酸蓄電池，考慮到充電過程中釋放出的氫氣，在密閉空間中存在爆炸風險，則需要將電池組布置在滅火區域以外具備良好通風條件的地方。

5 結語

岸橋消防系統直接影響到碼頭作業的可持續性，其重要性日益凸顯。在岸橋這一特殊環境中，更好地應用樓宇消防理念，實現岸橋消防系統的合理性配置及可實施性應用，是今后岸橋消防系統的重要設計方向。