红外技术在舰艇消防安全中的应用

红外技术在舰艇消防安全中的应用

1 张凯 2 宁颖

1 海装装备项目管理中心 北京市 100071

2中国人民解放军91917部队 北京市 102400

摘要:通过深入分析现代舰艇消防火灾事故发生后的发展历史规律和技术特点,借鉴多起火灾事故中的经验教训,确定了对现代消防舰艇进行消防安全改造升级的消防关键环节和消防技术基础要求。介绍红外辐射光谱检测分析预警技术和红外热辐射检测预警技术及其在消防火灾早期现象探测、故障异常检测预警、快速地与灭火设备联动等多个领域的实际应用,阐述了它的相关技术原理和操作方法,进行相关实例经验分析。

关键词:红外辐射光谱;火灾探测;红外技术；海军舰艇；消防安全；

引言:舰艇的火灾消防安全处理能力研究需要以对大型舰艇发生火灾现象研究分析为技术基础,分析确定舰艇发生火灾所在的具有特殊物理规律,进而对其进行更加有效和针对性的技术设计研究开发。同时,还提出应当特别注意充分借鉴其他实船发生事故,对实船事故原因进行充分实证分析并认真研究合适的事故解决措施方案。

一、舰艇消防安全关键环节分析

对我国舰艇船体火灾消防发生机理规律的深入研究,既是对舰艇船体火灾消防动力学理的研究,是继续开展我国舰艇火灾消防安全问题研究的理论基础。国内外军事研究权威机构在该火灾领域一直以来进行着广泛的深入研究并先后取得了大量研究成果,研究人员发现大型舰艇船体火灾原因类型复杂,规律特殊,后果也往往变得比较严重,一般来说,舰艇船体火灾研究具有以下两个明显的典型特点。（1）大型建筑火灾危险性高荷载大,风险高。舰艇内部为军械化及机电设备密集复杂,都可能导致我们发生重大火灾的可能风险也会变大。（2）火灾发展快,蔓延迅速。由于舰艇舱室相对狭小舱内空间进行封闭,着火室外舱内部的刚体热量容易快速向外聚集,使得舱内部的热能随着火势的持续蔓延速度发展变化速度很快,舰艇装在着火室内舱室的刚体在承受热力和结构受到破坏后也会直接影响导致舱内丧失热能的快速输电火情持续传递,同时,大量的现场输电电源线缆隐蔽线的布置也极有可能会直接导纹现场输电火情的快速持续扩散以及蔓延,甚至可能导致现场隔舱内浓烟的快速蔓延。安全性的考虑时又如遇到当时由于舰艇上内部工作人员密集、穿梭所使用的汽车通道相对狭窄又没撰及上次好时,人员很难快速及时进行紧急疏散,半封团的当时舰艇由于犯罪安全性提升等和当时舰队内部工作人员所穿梭产生的舰艇汽车轨道浓烟和舰艇火药味等毒气的快速进行排散,很可能会直接使当时舰斑经常员的怒火烧伤他们身体,甚至还可能会严重威胁他们的生命;所以外部舰艇应急火灾支援部队要尽量远离当时舰艇周边口岸,一旦当时舰艇口岸发生重大消防火灾,很难及时就能得到有效的外部支援,如果不能及时有效地发现和控制火情,往往会导致严重的后果,甚至沉没。

舰艇上的火灾在船体故障异常处理阶段及阴燃热解处理阶段的加剧发展变化速度也比较缓慢,而一旦火灾发展进入到阴燃热解阶段,舰艇上的火灾就已经开始迅速加剧发展,规模与普通军用建筑物的火灾规模相比明显有所增大,火势更难以有效控制。因此,为了及时获得最优的现场消防安全质量保障,就往往需要在消防火灾事故发生的应急初始检查阶段,既在异常发生故障或者过热解冻的阶段就及时扑救进行有效的预警和报警,在发生损失前就消火,早期火灾预警和报警能力是提高舰艇消防安全的一个关键环节。另外,对于舰艇上一些特殊的场所,如电池脆和轮机舱,其火灾形式表现为瞬间发生的明火或爆炸,普通探测和灭火设备基本没有反应时间,会对舰艇安全会造成极大的威胁。

二、红外技术的应用

红外技术从上世纪中叶发展至今一直是个研究热点,其中红外光谱技术和红外热检测技术近年来更是倍受关注,被广泛应用于化工、医疗、红外成像及生命科学等领域。在大型舰艇使用环境中,合理地充分应用各种红外技术,可以有效帮助企业实现大型舰艇在船舶火灾早期实时预警.应急报警和快速应急灭火系统联动等多种方面的应用需求,大幅度提高舰艇的消防安全能力。

2.1基于FTIR的早期火灾探测

近年来,通过与化学计量学先进成果的结合,FTIR技术逐渐拓展到定量检测方面的应用,并可以实现气体物质的多组分在线监测。而任何燃烧过程实际就是可燃气体的氧化反应过程。根据火灾学研究,一般可燃物在发生异常的热积聚后会进行热分解并释放出火灾特征气体,如可燃烷类以及可燃油蒸气等,而这些气体产物正是建立燃烧的必要条件。这些火灾特征气体就是火灾发生的重要特征,因此对火灾热解气体的监测就成为实现舰艇火灾早期探测的有力判据和有效途径。

2.2基于红外热检测的故障异常预警

研究人员发现各种类型的机电设备故障往往都会伴随着异常的机电发热反应现象,如果通过恰当的电子技术检测途径对这些的发热现象进行实现有效率的监测,将有机会及早及时发现机电设备异常,进而在机电火灾的剧烈酝酿期就及时发出火灾预警警报信息,就这样可以大量小幅度地有效提高企业预防机电火灾事故的响应能力。

在工业领域,红外热成像检测应用较早,但都需要专业热像分析人员对采集到的红外热图像进行分析,需要投入大量的人力和时间。然而,舰艇上的重要机电设备,如柴油机、供电装置等,在航行中往往运行时间长,负荷大,容易产生设备故障或异常,如果未及时发现和排除,一旦发生设备失灵或引发火灾将对舰艇安全造成重大的威胁。所以,对舰艇设备的故障和异常检测,不能沿用工业领域中以高人力投入的检测方法,而需要进行全时段、自动化的快速分析能力,实现对机电设备的全程监测,提高可靠性,同时减少人员投入。

因此,需要根据舰艇环境特点,通过火灾风险定量或定性分析,获得整个舰艇火灾风险的"概率-影响"分布,以确定需要进行故障异常热监测的重点保护设施。

2.3基于红外图像的快速灭火联动

舰艇火灾中有一类特殊的火灾类型,多发于电池舱﹑轮机舱等部位。这类火灾具有"阶跃"式的发展特征,通常不经过热解和阴燃过程而瞬间引发明火,火势发展极快,是舰艇安全的重大威胁。对于这类火灾,常规的烟、温探测装置无法有效响应,而对于-些基于光谱检测的火焰探测装置由于其观察视角和响应方式的影响,通常要等到火焰规模达到一定程度才能有效报警,导致探测时间较长,火势快速发展,很可能影响整个灭火行动的效果,甚至造成火情的失控。

基于红外图像的快速灭火联动技术,根据舰艇上"阶跃"型火灾发生时可能产生的特征现象,如电池短路形成的电弧﹑脉冲火花,油雾或气体爆燃产生的火团等,提取其热辐射模式特征并进行算法设计,实现在可燃物发生闪燃时就探测到火情。同时,由于"阶跃"型火灾发展速度很快,为有效扑灭火焰必须采用高效的灭火措施,考虑到对人员的保护和对设备损害的减少及空间弥散性的要求,采用高效清洁气体灭火剂可以很好地满足要求。

结束语

舰艇消防安全是舰艇损管体系中的重要组成部分,随着现代舰艇智能化程度的日益提高,对于舰艇的消防安全也提出了许多新的要求和挑战。为了能对舰艇火灾实现有效的控制,需要重点关注舰艇火灾发生的初始阶段。在舰艇环境下,通过应用红外技术可以有效地提高消防安全系统的效能,增加舰艇在高风险区域的异常预警、早期报警和快速灭火联动的能力,对提升舰艇的消防安全能力提供了重要保障。

参考文献：

[1]张永刚,黄超,魏周君.红外技术在舰艇消防安全中的应用[J].船海工程,2013,42(04):11-14.

[2]鲍可庆.红外技术探测原理及其在工业消防领域的应用[J].河南科技,2013(04):27.

[3]姚秋霞,李民,莫崇典.红外技术探测原理及其在工业消防领域的应用[J].电气应用,2006(08):145-148+152.