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船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解

时间:2022/6/5 13:05:59 点击:

  内容提示:二氧化碳灭火系统是船舶重要的设备。...
2019年5月25日“金海翔”轮坞修期间,因船舶固定式CO2灭火系统操作不当导致CO2意外释放至正在维修作业的机舱空间,导致10死19伤的重大安全事故,其阴霾刚刚散去,9月28日,浙江岱山船厂滚装船“双信”轮再次噩耗传来,船舶在船厂码头进行火灾报警系统检测期间,由于外籍船员操作失误导致机舱CO2气体泄漏,初步造成3人死亡事故。固定式CO2灭火系统本作为船上机舱与货舱灭火的最后一道防线,却变成伤人、害人的恶虎,不禁让人反思固定式CO2灭火系统究竟是什么,怎么样操作,如何检查。

从《SOLAS 74》开始,船舶安装固定式气体灭火系统就已有规定,经过81修正案、1992年MSC.27(61)修正案、2000修正案(FSS Code)历次修正,固定式CO2灭火系统的设计、建造及试验标准均已成熟,且在多次船舶失火危险时发挥作用,保护了船员生命安全与船舶财产安全,应该说固定式CO2灭火系统不应成为造成船员伤亡的祸根,本系列将从公约解读、问题探讨、常见缺陷等方面详细介绍船舶常见固定式CO2灭火系统。

SOLAS 要求

1.1 SOLAS 修正案MSC.256(84)号决议CII-2/10增加“ 4.1.5 到 2010 年 1 月 1 日后的第一次计划的干坞检验时,2002 年 7 月 1 日之前建造的船舶上用于保护机器处所和货物泵舱的固定二氧化碳灭火系统须符合《消防安全系统规则》第 5 章第 2.2.2 段的要求。”

解读:到目前为止,对于所有船舶其固定式CO2灭火系统应符合FSS Code的要求。注意,《FSS Code》第五章在MSC339(91)中进行了修改并与2014年7月1日生效,但笔者未找到追溯条款,所以在下文中《FSS Code》第五章新修订内容只针对2014年7月1日之后的船舶适用。

1.2 SOLAS 2000修正案CII-2/10 4.2 “固定式灭火系统的关闭装置 如使用固定式灭火系统,可以允许空气进入或允许气体排出的受保护处所的开口应能够从该处所外部予以关闭。”

解读:这是对被保护处所要保持适当气密性及所有通风能够从外部关闭的要求,主要目的是防止灭火剂从被保护处所泄漏,降低灭火效果。对于机舱而言,其关闭通风装置主要有通风筒挡火闸、天窗、机舱进出口通风口、烟囱百叶窗等设备。

1.3 SOLAS 2000修正案CII-2/10 4.3“灭火剂储存室 如果灭火剂储存在受保护处所的外面,则应储存在前防撞舱壁后面的舱室内,且该舱室不作其他用途。这种储存室的任何入口应最好开向开敞甲板,并独立于受保护处所。如果储存室位于甲板以下,则储存室的位置不得低于开敞甲板下一层,并应能由梯道或梯子从开敞甲板直接进出。位于甲板下或未设从甲板进出布置的处所,应设有机械通风系统,用于排出处所底部的废气。通风系统的大小应能做到至少每小时换气6次。入口的门应向外开启,并且在这种储存室和毗连围蔽处所之间构成限界面的舱壁和甲板,包括门和关闭其任何开口的其他措施,均应为气密。在应用表9.1至9.8时,上述储存室应被视为控制站。”

解读:在这里需要注意以下几点:   
    .1 CO2间不得作为储物间,存放其他物品使用。
    .2 CO2间的通风比较重要,因为CO2密度较空气密度大,个人认为为保证人员安全规范的CO2间通风设计应包括下透气及上通风筒。
    .3 机械通风安装的条件:位于甲板下或未设从甲板进出布置的处所。
    .4 查询防火分隔时,其应视为控制站。
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解

1.4 SOLAS 2000修正案CII-2/10 5.1.1“内设燃油锅炉或燃油装置的A类机器处所,应设有本条第4.1段中的任何固定式灭火系统之一”及7.1免除条款“除滚装处所和车辆处所外,2000总吨及以上货船上的货物处所应由符合《消防安全系统规则》规定的固定式二氧化碳灭火系统或固定式惰性气体灭火系统加以保护,或由能提供等效保护的灭火系统给予保护。(对于专门为载运矿石、煤、粮食、未干燥的木材、非易燃货物或主管机关认为具有低失火危险的货物而建造的货船可以免除)”

解读:机舱可以使用符合《消防安全系统规则》规定的固定式气体灭火系统,或固定式高倍泡沫灭火系统,或固定式压力水雾灭火系统中的任意一种作为机舱的固定式灭火系统。船舶货舱可使用符合《消防安全系统规则》规定的固定式二氧化碳灭火系统或固定式惰性气体灭火系统加以保护。目前,比较常见的货船机舱固定式灭火系统为CO2灭火系统、高倍泡沫灭火系统,而散杂货船货舱通常使用的灭火系统为CO2灭火系统。
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解

1.5 SOLAS 2000修正案CII-2 第14条 “2.2   维护、试验和检查 2.2.1     维护、试验和检查应根据本组织制订的导则进行,并充分考虑到保证灭火系统和设备的可靠性。”

解读:SOLAS公约本条将导则(《经修订的防火系统和设备维护保养和检查指南》MSC/Circ.1432)强制引用,导则要求应作为强制要求使用,导则具体内容见附件。

1.6 SOLAS 2000修正案CII-2 第14条 

2.2.2维护计划应保存在船上,并应能够在主管机关要求时出示,以供其检查。
2.2.3 维护计划应至少包括以下防火系统和灭火系统及设备(如果安装了的话):
    .1 消防总管、消防泵和消火栓,包括水带、水枪和国际通岸接头;
    .2 固定式探火和失火报警系统;
    .3 固定式灭火系统和其他灭火设备;
    .4 自动喷水器、探火和失火报警系统;
    .5 通风系统,包括挡火闸和挡烟闸、风机及其控制;
    .6 燃油供应的紧急关闭;
    .7 防火门,包括其控制;
    .8 通用紧急报警系统;
    .9 紧急逃生呼吸装置;
    .10 手提式灭火器,包括备用气瓶;以及
    .11 消防员装备。
2.2.4 维护计划可编制在计算机上。

解读:规定了船舶消防设备的维护计划,维护的具体内容见导则。

1.7 SOLAS 2000修正案CII-2 15条2.2.1“应培训船员熟悉船舶的布置和可能需要其使用的任何灭火系统和设备的位置及操作。”

解读:规定了关于船员熟悉及操作性的要求。

FSS Code要求

2.1.1.1 若要求灭火剂的数量能保护一个以上处所,则可供使用的灭火剂数量不必超过所保护处所中需要量最大的处所所需的数量。该系统应设置常闭控制阀,通过这些阀门将灭火剂直接释放到适当的处所。未采用至少A-0级分隔开并设有独立通风系统的相邻处所应视为同一处所。

解读:在船舶上,CO2保护机舱及多个货舱,那么可用的二氧化碳气体的数量不必多于最大一个货舱的需要量或机器处所的需要量中的较大值。但灭火剂数量应满足《FSS Code》第五章固定式气体灭火系统2.2.1之要求。

CO2灭火剂保护的每一处所都设置常闭的控制阀来提高系统安全性,以避免钢瓶泄漏造成人员伤亡。对于机舱来讲,锅炉间、烟囱往往与机舱A类处所相连且无分隔,所以在计算CO2灭火剂数量时应看为同一处所。部分船舶为保持分油机间的独立性,分油机间与机舱采取A-0级分隔,则分油机间可单独采用CO2进行保护。

2.1.1.2 在计算所需灭火剂的数量时,应将起动空气瓶的量转换成自由空气量,增加到机器处所的总量中去。或者,可以从安全阀接一根排放管直接引向露天。

解读:机舱内一般有两个启动空气瓶(主气瓶),则在计算灭火剂数量时需要将启动空气瓶中压缩气体的量转化为自由空气量,增加到机舱总容积进行。如果,启动空气瓶上安全阀(船舶失火时,瓶内气体因外部温度升高而压力升高)动作,并且能通过直排管将瓶内压缩气体释放到大气中,则灭火剂数量不必增加。

2.1.1.3 应为船员配备安全检查灭火容器中灭火剂数量的设备。应不必为此目的而将容器从其固定位置完全一开。对于二氧化碳系统,应在每排瓶子上设有悬挂称重装置的横杆或其他装置。对于其他灭火剂类型,可使用适当的液面指示器。

解读:公约中并未提及称重设备的具体要求,当前船舶一般在CO2放一个称,如图1所示。船员使用普通的吊称来对CO2钢瓶进行称重时,必须将CO2钢瓶从固定位置卸下,另外在称重过程中,船员将不可避免触碰软管、瓶头阀,存在一定的误操作的危险性,所以船员普遍认为检查灭火剂数量是第三方检测机构的事情,与船员无关。其实这个观点是错误的,浦东海事局阳光安检创新工作室2020年10月18日介绍了一起因CO2泄漏而导致船舶被滞留的案例。安检人员发现汇流总管压力表显示管内压力为15bar,且机舱CO2泄漏报警触发进而判断船舶CO2存在泄漏的缺陷。最终,经服务商检查发现有3瓶CO2钢瓶发生了泄漏。
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CO2间称重设备

2.1.1.4 存放灭火剂的容器及其受压部件,应考虑到其位置和使用中可能遇到的最大环境温度,按照主管机关同意的实用压力规则来设计。

解读:CO2一般存放在后甲板一层或甲板下一层,相邻处所为开敞甲板或机舱。对于尾甲板上的CO2间,在温带、热带航行船舶夏季高温、暴晒极易造成CO2间气温升高。当温度达到60℃时,瓶内压力约为175Bar(17.5Mpa),该数值接近安全膜片爆破压力。有新安检员认为CO2四周墙壁上铺设耐火材料是因为防火分隔的原因,其实更主要的原因是防止CO2间温度过高,导致CO2气瓶内压力过大。因此,在CO2内放一个温度计是很有必要的。

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CO2间温度计

2.1.2.1 灭火剂分流管的布置以及喷嘴的位置应能使灭火剂得以均匀释放。应采用主管机关接受的计算方法计算系统流量。

解读:机舱CO2喷嘴的设计应均匀、分散,以便使CO2灭火剂发挥更好的效果。

2.1.2.2 除非主管机关另行允许,用于贮存除蒸汽以外的灭火剂的压力容器,应按公约第II-2 章第 10.4.3 条规定置于被保护处所的外面。

解读:一般性原则,灭火剂应位于被保护处所外面,防止因被保护处所失火而失效。

2.1.2.3 系统的备件应贮存在船上并使主管机关满意。

解读:船上CO2系统的备品、备件一般由CO2系统制造厂商提供,笔者认为以下备件是必须的:

.1 称重设备,整套;
.2 温度计。
.3 瓶头帽,配备数量由CO2钢瓶数量决定;
.4 备用瓶头阀(数量无规定);
.5 手动释放拉杆;
.6 瓶头阀安全销;
.7 高压软管、CO2软管;
.8专用工具,用于误操作情况下紧急释放控制管路压力(扳手)。

(图片如下)
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解

2.1.2.4 FSSC/C5如阀门的布置导致在管路区段内形成封闭管段时,在这些封闭管段上应配置压力释放阀,该阀的出口应通向露天甲板。

解读:本条的主要目的是防止瓶头阀漏泄至汇流管,造成CO2聚集,在船舶正常使用灭火系统时,造成CO2气体瞬间进入被保护处所,人员来不及撤离。

2.1.2.5 被保护处所中所有排放管、附件和喷嘴应采用熔点温度超过 925℃ 的材料。管路及其相关附件应有足够的支撑。

解读:防止被保护处所高温破坏管系。

2.1.2.6 应在排放管路上设有可进行 2.2.3.1 要求的畅通性试验的附件。

解读:便于船舶定期进行吹通试验查。

2.1.3.1 向被保护处所输送灭火剂所需的管路应装有控制阀,并在控制阀上清楚地标明该管路所通往的处所。应作出适当布置防止由于疏忽将灭火剂输入处所。如装有气体灭火系统的货物处所被用作旅客处所时,在使用期间应切断气体的连接。管路可穿过起居处所,但管路应有相当的厚度,并且其气密性在安装后要进行压力试验,试验压头不低于 5N/mm 2 (即5Mpa)。此外,穿过起居处所的管路只能焊接,并且不得在此类处所内开设排水口或其它开口。管路不应穿过冷藏处所。

解读:第二句话很重要!如何布置来防止由于疏忽将灭火剂输入处所?这可能也是导致“金海翔”轮、“双信”轮发生悲剧性灾难的一个重要原因。从安检员角度来看,船舶固定式CO2灭火系统布置避免误操作主要有以下几个方面:

.1 清晰地管路指向(2.1.3.1第一句)。下图中标注了CO2管路的流向,但未标注控制气体管路走向,不利于船员在应急情况下进行控制管路泄气处理(不作为缺陷)。

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管路指向

.2 管路操作装置联锁,或清晰的动作顺序(见下图)。第一种采取了机械联锁方式,能够保证首先开启左侧气瓶再开启右侧气瓶,从而保证CO2灭火系统能够顺利释放。第二种采取的是用数字标注的形式,规定了两个阀门的动作序号,这种应该也是可以被接受的。

船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
控制气瓶释放手柄联锁 

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标注的动作顺序

.3 简洁、明了的遥控释放和就地释放流程,加以图解说明(下图)。针对这一释放规程我们来看:本轮机舱CO2释放有两中方法:一是遥控释放,二是手动释放。在1.1.1-5中描述的为遥控释放过程。其释放规程存在以下错误:1.倘若控制气瓶箱门控制开关能实现风油切断功能(大部分船舶不设置联锁功能,因为防止控制箱门打开造成全船失电),那么1.1.2过程是多余的;2.为保证安全机舱工作人员撤离应该在打开箱门之前,所以1.1.3应该放到第一步;3.关闭机舱所有通风和出入口,应该放到第二步;4.在1.1.5中并未明确两路气体释放的先后顺序,为保证CO2气体能顺利释放,应明确首先打开控制机舱主阀的控制气瓶(或管路)。此外,在一部分船舶上,可以发现到首部一个或多个CO2气瓶瓶头阀上插有安全销,通往机舱的主阀上同样有安全装置,起到避免船舶震动或人员触碰成CO2气体漏泄或误操作危险,这些保护措施的移除同样应该在操作规程里体现,否则会造成释放失败。

    手动释放过程的错误(与遥控释放相同的在这里不再赘述):应特别提及打开瓶头阀需要用到手动释放拉杆。

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某轮固定式CO2释放操作规程

2.1.3.2 应装有自动声响报警装置,在向滚装处所和通常有人工作或出入的其他处所释放灭火剂时能自动报警。释放前报警应自动启动(例如,通过打开释放箱的门)。警报鸣响时间的长短应根据撤离该处所需要时间的长短而定,但无论如何应在灭火剂释放前不得少于 20 秒。在仅设有就地释放控制的传统货物处所和小处所(诸如压缩机房,油漆间等),无需装设此种警报器。

解读:非常重要的警报,一般通过行程开关来触发报警,即打开遥控释放箱的门,被保护处所声光报警应该发出,释放管路延时至少20s。

2.1.3.3 固定式气体灭火系统的控制装置应能易于接近而且便于操作,并应成组地安装在尽可能少的不会被受保护处所的火灾所切断的位置。为了人员的安全,在每一位置都应备有关于系统操作的清楚说明。

解读:固定式CO2系统的每一操作位置(遥控/手动)都应有明确的操作说明,该说明应包括释放操作步骤和注意事项。

2.1.3.4 除非主管机关允许,不得使用灭火剂自动释放装置。

解读:主要目的是防止人员来不及撤离。

2.2.2 二氧化碳系统应符合下列要求:
.1应设置两套独立的控制装置,以将二氧化碳释放至被保护处所,并确保报警装置的启动。一套控制装置应用于开启安装在将气体输送至被保护处所的管路上的阀门,另一套控制装置应用于将气体从所储存的容器中排出。应采取切实可行的措施以确保其按照此顺序操作;和

.2两套控制装置应布置在一个释放箱内,在该箱的特定部位应设醒目标记。如果装有控制装置的释放箱上加锁,用于开启箱子的钥匙应置于设有玻璃面板的盒子里,该盒子应置放在释放箱附近的明显位置处。

解读:1.两套独立的控制装置并不是指两个控制气瓶,仅需要两路控制气体即可(如图)。个人认为此种设计具有天然缺陷:1是两路控制气体实际是相通的,如果船舶装有笔者在误操作的补救措施部分提到的增压阀,那么会导致CO2经主管路到控制管路中,在船舶发生误操作时会瞬间导致CO2的泄放;2是空气瓶内启动气体容量有限,很难保证在打开主阀的同时,经延时后将足够数量的CO2瓶头阀打开,即除非船舶能够提供制造厂商的性能试验,否则不能认可本船CO2灭火系统的可靠性。

2.独立的控制装置可以不采用气动模式控制(多数船舶),可以使用机械操作或电气操作,但应注意报警的联锁,保证正确的释放顺序,并能够有一定时间的延时。

3.在此明确说明控制系统的动作顺序是先开启释放管路主阀,再开启CO2瓶头阀。其目的是防止CO2汇流管内压力过高,造成主阀无法动作从而造成释放失败。

船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
某船固定式CO2释放控制位置图(CO2间)

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某船消防控制站内遥控释放箱内部图

以下主要整理了笔者对CO2系统思考的几个问题与常见缺陷

问题1 CO2瓶头阀上的安全销需不需要拔掉?

如下型式瓶头阀工作原理是采用气压顶破或手工刺破从而释放CO2灭火剂,所以遥控释放与手动释放之间相互独立,其安全销仅仅防止手动扳手动作,故其安全销必须插上。针对该型式瓶头阀,在其手动释放时应该分组释放,而不是单个释放,因为在拔除安全销时已经占用大量时间,所以其手动释放应该以不超过12瓶为1组用钢丝绳进行串联,通过拉环同时释放CO2。

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而下图型式瓶头阀,其气动开阀与手动开阀执行机构相同,故安全销插上会导致遥控和手动释放无法动作,所以应该拔掉。针对下图型式瓶头阀,倘若为防止船舶震动发生误操作风险而插上几个安全销,我认为是可以接受的,但所有瓶头阀都插上安全销是不能接受的。

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问题2 固定式CO2系统释放是否必须有手动?

手动释放不是必须的。但倘若船舶存在手动释放,则应检查其手动释放设计能否满足2min内释放85%灭火剂的要求。

问题3 CO2气瓶安全阀动作后是否需要直通大气?

国内航行船舶需要(《11规则》第4篇航行安全第2-2章1.4.2(9)⑤及1.4.3(2)要求),国际航行船舶未做要求。

问题4 CO2释放操作是否需要纳入体系文件?(关键性操作)

个人认为,鉴于CO2固定式灭火系统的事故频发,其操作应该纳入航运公司安全管理体系。需要操作固定式CO2灭火系统的船员应接受培训,掌握正确的释放流程。且在执行释放CO2灭火剂前应得到船长的授权。

问题5 先导气体的接法

CO2瓶头阀的先导气体进出是有严格要求的,如图所示,控制气体只能从左边进入气缸,在气压作用下气动阀阀芯向上动作,进而打开CO2瓶头阀,控制气体由右侧排除去往下一个瓶头阀先导气体进气口。若先导气体由右侧进入气缸,则气动阀阀芯是不会打开的,即错误的链接将导致CO2瓶头阀开启失败。

船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
瓶头阀连接

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控制气体流向

此外,因大多数船舶CO2钢瓶分组排列(一般不超过12瓶,手动开启的要求),每组CO2钢瓶采取串联方式连接,所以如果某一个钢瓶瓶头阀(气动阀阀芯)未动作,则后面的CO2钢瓶将无法开启。

固定式CO2灭火系统常见缺陷

船舶固定式二氧化碳(CO2)灭火系统详解
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供稿|王京锋    编辑|刘畅  校对|潘东斌
审核|杨艳       
转自:连云港海事

作者:连云港海事局 来源:连云港海事局

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