陶陽

(武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院,武漢 430083)

?

船用防煙簾防煙性能的試驗(yàn)分析

陶陽

(武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院,武漢 430083)

設(shè)計(jì)全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M艙，對新型防煙簾的防煙性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，新型防煙簾在實(shí)際火災(zāi)中能長時(shí)間保持較好的完整性，在火災(zāi)形成的正負(fù)壓環(huán)境中均能保持較好地不變形性，同時(shí)，可以較好地隔熱和封堵煙氣。

防煙簾；火災(zāi)；煙氣；艦船

船舶火災(zāi)被公認(rèn)為是世界上最難撲救的火災(zāi)之一。不完全統(tǒng)計(jì)，船舶火災(zāi)占船舶海難事故總數(shù)的11 %，居于第4位，但造成的損失排在所有海難事故首位[1]。近年來，我國年均船舶火災(zāi)事故近30起，其中52 %的船舶由于火災(zāi)造成航行中斷[2]。為減少船舶火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高艦船火災(zāi)防治的有效性，必須加強(qiáng)船舶火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展和防治規(guī)律研究，制定火災(zāi)防治的相應(yīng)措施[3]。其中火災(zāi)煙氣的防治在船舶火災(zāi)問題中尤為急迫。船舶內(nèi)部空間狹小，出口少，一旦著火，會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，從火災(zāi)發(fā)生區(qū)域向非著火區(qū)蔓延，形成大面積擴(kuò)散。而這些火災(zāi)煙氣具有遮光性、毒性和高溫特性，對火場人員安全構(gòu)成很大威脅[4]，極易造成人員傷亡。

為了掌握船舶火災(zāi)煙氣蔓延特性與控制方法，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究[5-12]。國內(nèi)船舶防排煙研究還處于起步階段，對其特殊性仍認(rèn)識不太充分，很多研究也未能反映船舶特殊的結(jié)構(gòu)與裝置特點(diǎn)。船舶由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不能使用擋煙垂壁等陸用擋煙結(jié)構(gòu)，主要依靠結(jié)構(gòu)和新型防煙簾作為火災(zāi)時(shí)煙氣分隔的部件。考慮在實(shí)際船艙模型中進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)，分析船用防煙簾火災(zāi)下的高溫完整性，火風(fēng)壓下的變形情況以及隔熱漏煙情況。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在某模擬艙進(jìn)行，如圖1所示。

該模擬艙室內(nèi)部空間尺寸為長2.5 m，寬2.0 m,高2.6 m。模擬艙室設(shè)有防火水密門，艙室頂部設(shè)有艙口蓋。艙室2側(cè)設(shè)有觀察窗，用于觀察火災(zāi)發(fā)展過程中艙室內(nèi)部情況。

在門口和艙口蓋分別安裝7種不同類型防煙簾和防煙罩，分別測試在不同火源功率(0.1，0.2 MW)及不同排煙速度下的防煙簾的完整性、變形特性以及防煙簾內(nèi)外溫度。實(shí)驗(yàn)工況如表1所示。

試驗(yàn)中，通過攝像機(jī)攝錄火災(zāi)過程中的防煙簾的變化，檢驗(yàn)防煙簾完整性是否遭到破壞。為了測量艙室火災(zāi)煙氣溫度分布規(guī)律以及防煙簾的變形特性，利用游標(biāo)卡尺測量防煙簾工作時(shí)的吸偏距離,反映防煙簾的變形特性。通過在防煙簾兩側(cè)布置熱電偶來測量實(shí)驗(yàn)中防煙簾內(nèi)外的溫度。

表1 實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)表

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 防煙簾耐高溫完整性分析

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在防煙簾在整個(gè)火災(zāi)過程中(長達(dá)12 min)持續(xù)受到最高接近500 ℃的高溫?zé)煔庾饔孟?，其完整性未受到破壞。試?yàn)中發(fā)現(xiàn)不同工況下各種類型的防煙簾在整個(gè)工作過程中均保持完整性不變，見圖2～4體現(xiàn)了防煙簾具有良好的耐高溫性能，可以在煙氣環(huán)境中保持較好的完整性，阻攔煙氣流動(dòng)。

2.2 防煙簾變形特性研究

0.2 MW火源功率時(shí)各種類型的防煙簾在不同機(jī)械排煙速率下全工作過程中平均吸偏距離的數(shù)據(jù)分布見圖5～8?？梢钥闯?，不同類型的防煙簾在整個(gè)火災(zāi)過程中防煙簾的吸偏距離在2～4 mm之間。這表明在火災(zāi)燃燒中，形成的火災(zāi)膨脹壓或排煙造成的負(fù)壓情況下，防煙簾仍與艙室門或蓋開口保持較好的貼合，漏煙量較少，說明防煙簾具有良好的耐高溫不變形特性，可以有效抑制煙氣的泄漏和蔓延。

3 不同火源功率下防煙簾煙氣防控效能

0.1和0.2 MW火源功率下艙室門口安裝垂降式導(dǎo)軌防煙簾時(shí)艙室內(nèi)部火源上方煙氣溫度分布曲線見圖9。對比可以發(fā)現(xiàn)，不同火源功率下煙氣分布具有相似規(guī)律：①不同高度處溫度數(shù)據(jù)略有差異，但差異不大；即使是測量1 m處測量溫度也明顯低于火焰溫度，這主要是由于煙氣迅速沉降到1 m高度處所造成的。②2 m處煙氣溫度要略高于2.5 m處的溫度，這主要是由于2.5 m處位于頂棚附近，艙室頂棚壁面的吸熱以及熱傳導(dǎo)會(huì)降低頂棚處的煙氣溫度。

但是2種工況之下也有差異，主要體現(xiàn)在煙氣溫度上?；鹪垂β蕿?.2 MW時(shí)煙氣溫度可達(dá)350 ℃，要明顯高于0.1 MW(250 ℃)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在防煙簾的防煙阻隔效應(yīng)下，艙室內(nèi)煙氣被有效限制在艙室內(nèi)部，導(dǎo)致艙室內(nèi)煙氣層快速沉降，艙室內(nèi)整體溫升較高，不同高度的煙氣層溫度較為接近，不存在明顯的煙氣分層。這也正證明了防煙簾起到了煙封作用，將煙氣較好地控制在艙室內(nèi)部。

0.1和0.2 MW火源功率下艙室門口安裝垂降式導(dǎo)軌防煙簾時(shí)防煙簾向火面和背火面的溫升見圖10。

對比分析2者也有類似之處，防煙簾向火面和背火面溫差很大，表明導(dǎo)軌防煙簾可以有效的抑制煙氣和溫度的向外輸運(yùn)。2者也有差別，主要還是體現(xiàn)在溫度上，火源功率為0.2 MW時(shí)向火面溫度大280 ℃明顯高于0.1 MW。同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，雖然防煙簾較好的阻止煙氣溢出，但是，在局部時(shí)間內(nèi)，仍然會(huì)有短時(shí)較高溫升，這表明，防煙簾雖然可以在防煙簾內(nèi)外形成溫度差，并不具備完善的防火隔熱功能，不能做防煙簾使用。

本實(shí)驗(yàn)中防煙簾布置在著火艙室的門上，相應(yīng)煙氣溫度較高，導(dǎo)致備火面也會(huì)出現(xiàn)高于100℃的高溫區(qū)。但在實(shí)際火災(zāi)中，大部分防煙簾會(huì)運(yùn)用在遠(yuǎn)火區(qū)，煙氣溫度相應(yīng)較低，防煙簾在阻止煙氣溢出的同時(shí)，也可以起到較為可觀的溫度阻隔效應(yīng)，有效保護(hù)防煙簾之外的人員。

3 結(jié)論

1)在實(shí)際火災(zāi)中，離火源區(qū)很近的高溫區(qū)，這種新型防煙簾仍能在長時(shí)間保持較好的完整性。

2)在實(shí)際火災(zāi)形成的膨脹壓和排煙造成的負(fù)壓環(huán)境下，防煙簾仍基本與相應(yīng)的門(蓋)開口保持較好的貼合，吸偏距離一般為2～4 mm，防煙簾保持較好的不變形性。

3)在不同火源功率下，防煙簾可以很好地將煙氣阻隔在著火艙室內(nèi)，著火艙室內(nèi)煙氣很快沉降下來，沒有穩(wěn)定的煙氣分層。防煙簾內(nèi)外形成明顯的溫度差，可以起到較好的隔熱作用。

[1] 戴忠.淺談船舶火災(zāi)特點(diǎn)及處置對策[J].水上消防,2012(6):25-28.

[2] 董興章.預(yù)防機(jī)艙火災(zāi)[J].船舶,1998(6):22-23.

[3] 陳國慶,陸守香.船舶火災(zāi)安全工程研究現(xiàn)狀[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2004(8):21-23.

[4] 霍然,胡源.李元洲.建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999.

[5] STEWARD F, MORRISON L, MEHAFFEY J. Full scale fire tests for ship accommodation quarters[J]. Fire technology, 1992,28(1):31-47.

[6] YOSHIDA K, Full-scale model tests of smoke movement in ship passenger accommodations[R]. ASTM Special Technical Publication, 1998，1336:163-171.

[7] 董華,劉忠.艦船火災(zāi)中煙氣沿通道蔓延特征的計(jì)算機(jī)模擬[J].火災(zāi)科學(xué),1995，4(2):52-56.

[8] 楊志青,王志國,仲晨華,等.艦船內(nèi)部通道的火災(zāi)煙氣蔓延模擬及防火設(shè)計(jì)[J].船海工程,2003(4):1-3.

[9] 曾勇,毛少華,吳松,等.排煙條件下艙室煙氣溢流的數(shù)值模擬研究[J].船海工程,2013,42(4):38-41.

[10] 毛少華，黃楊，陳祥峰，等.全尺寸機(jī)艙火災(zāi)發(fā)展及煙氣充填行為[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2017,38(2)：386-392.

[11] 毛少華，祝實(shí)，李元洲，等.低溫?zé)煔鈱痈叨鹊囊环N新計(jì)算方法及試驗(yàn)驗(yàn)證[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2012,18(5):436-440.

[12] 毛少華，李元洲，楊立中，等.基于中性面的抑止煙氣溢流的臨界排煙量模型[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2013(1):203-207.

Experimental Study on Performance of Marine Smoke-preventing Curtain

TAO Yang

(City College, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

Full-scale fire experiment was carried out to study smoke preventing performance of new type of smoke-preventing curtain. The results showed that this smoke-preventing curtain can maintain integrity in relative long time, and keep the shape under positive or negative pressure in fire condition. So the smoke-preventing curtain can work well in insulation and smoke-prevention.

smoke-preventing curtain; fire; smoke; ship

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.010

2017-03-07

陶陽(1985—)，女，碩士，講師

研究方向：火災(zāi)安全仿真模擬與試驗(yàn)

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0000-00

修回日期：2017-03-27