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舰船火灾危险源分析与辨识研究

文档作者：张光辉1 浦金云1 王京齐1 耿洪建2 文档来源： 1. 海军工程大学动力工程学院 2. 海军工程大学训练部		点击数：	更新时间： 2021年05月26日
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舰船火灾危险源分析与辨识研究
张光辉1，浦金云1，王京齐1，耿洪建2
(1. 海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033；2. 海军工程大学 训练部，湖北 武汉 430033)
摘 要: 根据事故致因理论，设计舰船火灾危险源分析与辨识的流程，确定各类火灾危险源的辨识目标、模
式、内容、计算指标和方法，并以某舰船机舱为例进行研究。结果表明：机舱内的第 1 类火灾危险源的危险度为
0.556，属于较易起火舱室；第 2 类火灾危险源灭火失效概率为 0.089；第 3 类火灾危险源的检查表分布中火灾报警
和探测系统管理、消防安全巡检和日常考核情况不合格，存在管理缺陷。研究方法可为消防设计者分析辨识火灾隐
患，加强防护设计提供技术支撑，对于消除安全风险，完善管理制度，提高舰员安全意识和训练效果具有重要的指
导意义。
关键词：火灾危险源；辨识；危险度
中图分类号：X928.1；TK121 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7619(2016)11 – 0165 – 04 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7619.2016.011.035
Research on warship's fire risk analysis and identification
ZHANG Guang-hui1, PU Jin-yun1, WANG Jing-qi1, GENG Hong-jian2
(1. Power Engineering College Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;
2. Training Department, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)
Abstract: Based on accident causation theory, the paper designed a warship's fire risk analysis and identification procedure,
established identification target, model, contents, calculation indexes and method. Then, the machine cabin was as an
example for calculating, the results were that the first category fires' risk degree was 0.556, the machine cabin belongs to an
easily burn cabin, the second category fire risks' invalid probability was 0.089, the third category fire existed some latent
dangers which fire alarms system, assess indexes, and safety inspection weren't qualified. The research can supply a help to
firefighting designers for analyzing and identifying fire risks, and also can eliminate safe hazard, improve safe consciousness,
offset manage system.
Key words: fire risk；identification；risk degree
0 引 言
按照火灾科学和事故致因理论舰船火灾危险源可
以分成 3 类：第 1 类是指一切能产生热量和有毒、有
害烟气的易燃物、可燃物及其燃烧产物；第 2 类是指
能动消防系统和非能动消防系统中存在的缺陷；第 3
类是指防火安全管理、组织以及其他不安全行为或因
素[1]。预防、限制和消除舰船火灾的首要问题是用定
量的方法分析和辨识危险源的危险等级，评估灭火失
效的概率，找出管理和控制措施中存在的漏洞。采用
经验、对照和实验法可以分析和辨识第 1 类火灾危险
源的危险性，采用系统安全分析法可以分析和辨识第
2 类和第 3 类火灾危险源的安全隐患，得到的结论可
以应用于舰船日常安全管理、火灾风险控制和事故调
查等方面，为舰船安全顶层设计和使用提供理论支撑[2]。
1 火灾危险源分析和辨识流程
火灾危险源分析和辨识分成 6 个基本步骤：确定
分析对象，调查火灾危险源，第 1 类火灾危险源分析
与辨识，第 2 类火灾危险源分析与辨识，第 3 类火灾
危险源分析与辨识，火灾危险源控制和评估，基本流
程如图 1 所示。
第 38 卷第 11 期舰 船 科 学 技 术Vol. 38, No. 11
2016 年 11 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Nov. , 2016
收稿日期: 2016 – 04 – 13； 修回日期: 2016 – 05 – 20
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50806071)
作者简介: 张光辉(1979 – )，男，博士，讲师，研究方向为舰艇安全技术与工程。万方数据
2 舰船第 1 类火灾危险源分析和辨识
第 1 类火灾危险源分析和辨识的目标是确定对象
中火灾危险源的危险性，主要表现为导致火灾事故而
造成的严重程度方面。通常采用的方法有后果分析和
划分危险等级 2 种方法，后果分析需要的数学模型准
确程度较高，数据较多，适用于特别重大危险源的危
险性评价，划分危险等级是一种相对评价方法，较适
用于第 1 类火灾危险源分析和辨识。
舰船火灾主要发生在舱室内，因此第 1 类火灾危
险源分析和辨识首要任务是描述舰船舱室结构、功
能、设备类型等，通过相关数据库开展小尺度火灾实
验，综合分析可燃物的热物理性及燃烧特性参数，包
括火灾载荷密度、可燃物起火后对环境的辐射热流
量、自燃和闪点等指标[3]，辨识模式如图 2 所示。
对于舰船单个舱室而言，常采用火灾危险度因子
进行综合描述，危险度因子函数为[4]：
Qf = (k1  k2  k3  k4  k5)0:2， (1)
式中：Qf 为舱室火灾危险度；k1 为舱室内可燃物着火
k1 = CH􀀀C1
CH􀀀CL
k2 =
q
qm
k3 = C3
Cm
因子； ，CH 为舱室可燃物的最高燃点，℃；
CL 为舱室可燃物的最低燃点，℃；C1 为舱室主要可燃
物的燃点， ℃ ； k2 为舱室内可燃物负荷密度因子，
；q 为舱室内可燃物的可燃负荷，kg/m2；qm 为
舱室内潜在失火危险性最大时的可燃负荷，kg/m2；k3
为舱室内可燃物燃烧速度因子， ；C3 为舱室内
主要可燃物的燃烧速度，m/mim；Cm 为舱室内可燃物
的潜在最大燃烧速度，m/mim；k4 为舱室通风状态因
子；k5 为舱室耐火因子。
3 舰船第 2 类火灾危险源分析和辨识
第 2 类火灾危险源需要调查火灾引发的原因，主
要是系统防火设施、烟气控排设施、火灾探测与灭火
设施等消防安全措施的失效性情况，辨识模式如图 3
所示。
舰船第 2 类火灾危险源分析与辨识通常采用事件
树分析法[5 – 7]，根据舰船消防系统布置情况及消防策略
的基本流程，可按照火灾事故递进的发展模式构建灭
火失效事件树分析模型：火灾发生→早期火灾探测与
扑救→自动火灾探测与扑救→人员现场火灾探测与扑
救。早期火灾探测与扑救主要考虑火灾现场是否设置
有早期烟雾报警器或连续的损害管制人员（或值守人
员），自动火灾探测与扑救主要考虑与自动消防设施
联动的火灾探测系统，人员现场火灾探测与扑救则考
虑损害管制人员对火灾信息的确认及后续响应，因此
灭火失效事件树分析模型如表 1 所示。
由表可知，事件树灭火失效概率为：
P (t) = P (E) + P (I) + P (M) 。
4 舰船第 3 类火灾危险源分析和辨识
第 3 类火灾危险源是第 2 类火灾危险源的深层原
因，是事故发生的本质根源，据统计，舰船火灾发生
绝大部分为第 3 类火灾危险源造成[8 – 9]。其基本辨识模
式如图 4 所示。
通常采用管理疏忽和风险树（MORT）进行第 3
图 1 火灾危险源分析和辨识流程
Fig. 1 Fire risk analysis and identification procedure
图 3 舰船第 2 类火灾危险源分析和辨识模式
Fig. 3 Risk analysis and identification model of warship’s
second fire
图 2 舰船第 1 类火灾危险源分析和辨识模式
Fig. 2 Risk analysis and identification model of warship’s
first fire
· 166 · 舰 船 科 学 技 术第 38 卷
万方数据
类火灾危险源分析和辨识，该方法将分析的重点放在
管理因素上，用一种事先安排好的、系统的逻辑树来
评价整个系统的危险。舰船火灾第 3 类危险源主要有
安全操作规程、责任制度不健全，导致作业人员在操
作过程中操作不规范；对舰员的
不足，重点
部位的舰员对本岗位的操作流程及所接触的危险物质
认识不足；安全检查和隐患治理工作不到位，特别是
对电气设备、消防器材等关键设备的专业检查不足，
压力表、安全阀、防静电等设施的检查不足；未制定
应急预案；未定期进行损管操演；未定期、定岗进行
损管考核；火灾通信、灭火组织指挥失误导致灾害进
一步扩大或灾害不可控等。为预防第 3 类火灾危险源
的发生，需找出各种不安全的因素，确定检查项目，
常用安全检查表来查明安全状况问题，模板形式如表 2
所示。
5 某船机舱危险源分析和辨识
5.1 某船机舱描述
某船机舱长 20 m，宽 12 m，高 14 m，舱壁为 A60
防护钢结构；分两层布局，上层前部左舷布置有烟
囱、柴电分系统电源柜、直流 24 V 电源装置、空调器
等；上层前部右舷布置有动力集控室、电源箱等，动
力集控室内部布置柴电机组显控台、电力推进集控
台、电网监控箱、集中水冷监控装置等。
上层后部布置 2 个容积 2 m3 柴油日用油柜，2 台
功率为 5 MW 的热气机发电机箱装体模块，2 台功率
为 20 kW 的淡水泵，3 台功率为 30 kW 的排气凝水
泵，2 台功率为 30 kW 的淡水冷却器，1 台发电机控制
柜和相应的燃油、滑油管路及辅助设备等；下层布置
冷箱和代换水舱。
舱室内布置有温感、烟感火灾探测器，前后布置
有监控摄像装置，平时要求 24 h 值班，安装有七氟丙
烷灭火系统，配置有移动式灭火器材。
5.2 机舱第 1 类火灾危险源的危险度计算
由机舱描述可知，机舱内的主要可燃物有柴油、
可燃电缆和滑油，按照危险度计算公式，各因子的计
算值如下：
1）燃烧因子 k1
柴油燃点为 220 ℃，电缆燃点为 300 ℃，滑油的
燃点为 400 ℃，主要可燃物为柴油，则燃烧因子 k1 = 1。
2）可燃物火灾载荷密度因子 k2
q =
4  800
240 = 13:3
qm =
48:5
2 = 24:75
k2 =
13:3
24:75 = 0:537
考虑到管道内的燃油、滑油以及电缆绝缘外套的
重量相对日用油柜的柴油重量较小，因此可以忽略不
计， 总的可燃物载荷密度为
kg/m2，而潜在失火危险性最大时的可燃负荷取柴油输
油管路破裂计算，单位时间内泄漏量为 48.5 kg/min，
铺展面积速率约 2 m 2 / m i n， 则 ，
。
3）舱室内可燃物燃烧速度因子 k3
k3 =
0:024
0:035 = 0:69
主要可燃物燃烧形式为柴油喷射后在高温垂直壁
面燃烧，潜在可燃物燃烧形式为柴油泄漏后在水平表
面燃烧，其燃烧速度分别为 0.024 g/m2·s 和 0.035 g/m2·s，
则 。
4）舱室通风状态因子 k4
表 1 灭火失效事件树分析模型
Tab. 1 Invalid event tree analysis model of firefight
火灾发
生
早期探测与扑
救
自动探测与扑
救
人工探测与扑救
事件序
列
最终状
态
探测扑救探测扑救探测
固定系
统
损管人
员
成功成功A 成功
成功成功B 成功
成功成功C 成功
成功D 成功
失败E 失败
失败失败成功成功F 成功
成功成功G 成功
成功H 成功
失败I 失败
失败失败失败失败成功成功J 成功
成功失败成功K 成功
成功L 成功
失败M 失败
图 4 舰船第 3 类火灾危险源分析和辨识模式
Fig. 4 Risk analysis and identification model of warship’s
third fire
表 2 舰船第 3 类火灾危险源检查表
Tab. 2 The third fire risks check table of warship
序号检查项目检查内容检查方法检查位置
检查结果
整改意见
合格不合格
1 – – – – – – –
2 – – – – – – –
…
第 38 卷张光辉，等：舰船火灾危险源分析与辨识研究· 167 ·
万方数据
舱室通风因子和通风状态有关，考虑到舱室有空
调器，因此可取 k4 = 1。
5）舱室耐火因子 k5
依据《舰船消防要求》，结构材料的防火等级分
成 7 个等级，对于 A60 防火等级，k5 = 0.143。
因此，机舱第 1 类火灾危险源的危险度 Qf=（0.537×
0.69×0.143）0 . 2 =0.556。按照《Fire aboard the M.S
SCANDI SEA》，当 0.5 < Qf < 0.9 时，舱室较易起火。
5.3 机舱第 2 类火灾危险源的灭火失效概率计算
极早期烟感、温感和监控探测器的失效概率为
0.02，气体灭火系统联动失效概率为 0.12，手动操作失
效概率为 0.05，而损管舰员灭火失效概率可用下式计算：
Ps = exp[(􀀀)  t  Cs]， (2)
Cs =
2t1
(t1 + t2)
式中： λ 为不同类型火灾的平均灭火速率， min– 1 ；
为舰船消防员灭火失效概率修正系数，t1
为舰船舰员平均响应时间，s； t2 为舰船专业消防舰员
平均响应时间，s；t 为舰船舰员灭火失效时间，s。
Ps = exp(􀀀0:076  5  0:75) = 0:752
已知舰船消防舰员灭火平均响应时间 t1 = 5 min，
舰船专业消防舰员平均响应时间 t2 = 3 min，油类火灾
的平均灭火速率 λ = 0.076 min– 1，假设机舱油火从火灾
探测到舰员损管开始的时间为 5 m i n ， 则
。
P(I) = 0:000012 P(M) = 0:00088
P(t) = 0:089
由上式可计算， 事件 E 的发生概率
P（E）=0.98×0.12×0.752=0.088，事件 I 的发生概率
，事件 M 的发生概率 ，
故机舱第 2 类火灾危险源的灭火失效概率
。
5.4 机舱第 3 类火灾危险源检查表
根据机舱第 1 类火灾危险源辨识情况，针对柴
油、可燃电缆和滑油编制安全检查表内容，按照机舱
第 2 类火灾危险源辨识情况，针对消防设施可能存在
的缺陷编制安全检查表内容，由于第 1 和第 2 类危险
源的产生由第 3 类危险源诱发，在管理缺陷上编制完
善安全检查表内容，如表 3 所示。
6 结论及展望
1）本文构建了舰船第 1、2 和 3 类火灾危险源分
析和辨识的目标、内容、模式和计算方法。通过某舰
船机舱实例计算表明，机舱内的第 1 类火灾危险源的
危险度为 0.556，属于较易起火舱室；第 2 类火灾危险
源灭火失效概率为 0.089；第 3 类火灾危险源的检查表
分布中火灾报警和探测系统管理、消防安全巡检和日
常考核情况不合格，存在管理缺陷。
2）第 1 类火灾危险源分析模式简单，计算公式涉
及大量的无因次量，其值与火灾载荷的物理、化学特
性有很大关系，要准确计算危险度的值，需要开展一
些小尺度火灾特性参数试验进行补充分析计算。
3）第 2 类火灾危险源的分析辨识结论与各消防系
统的失效概率有很大关系，需大量的资料调研和火灾
统计分析才能完善相关的数据库；损管舰员的灭火行
为在消防系统的有效性性方面异常重要，其影响因素 t
值，需要采用火灾模拟仿真的方法进行完善补充[9 – 10]。
(下转第173页)
表 3 舰船第 3 类火灾危险源检查表
Tab. 3 The third fire risks check table of the warship’s machine cabin
序
号
检查项目检查内容检查方法检查位置
检查结果
合格不合格
1 电缆防火1. 敷设情况，2. 绝缘情况，3. 短路情况，4. 断路情况现场检测
监控台、集控台、
电源箱、泵等设备
√
2 柴油防火1. 输油管路泄漏情况，2. 日用油柜泄漏情况现场检测日用油柜和油管√
3 滑油防火滑油管路泄漏情况现场检测滑油管路√
4
火灾报警和探测系统管
理情况
1. 探测和报警系统灵敏度，2. 线路情况现场检测机舱√
5 气体灭火系统管理情况
1. 灭火药剂有效性，2. 控制系统是否正常，3. 启动平头
阀及驱动情况
现场检测机舱√
6 值班情况1. 值班登记本填写情况，2. 设备使用登记本填写现场查看机舱√
7 应急预案情况1. 应急预案是否完整，2. 应急预案是否合理现场查看机舱√
8 消防安全巡检情况1. 安全巡检检查本情况，2. 整改措施落实情况现场查看机舱√
9 消防训练和预演情况
1. 消防训练和预演制度，2. 消防训练和预演流程，3. 消
防训练和预演效果
现场查看和
考核
机舱√
10 日常考核情况1. 日常考核制度，2. 日常考核成绩现场查看机舱√
· 168 · 舰 船 科 学 技 术第 38 卷
万方数据
向防御时会出现漏洞。滚体导弹发射装置弹仓容量更
大，不需要频繁装填弹药；另外在装填弹药时，也可
用定向能武器系统提供防御。表 2 为 3 种防空武器系
统的性能比较，可见 3 者具有很好的互补性。
此外，在环境允许情况下，航母还可通过集成光
学传感器和高能激光系统，加强识别敌方飞机和水面
舰艇的能力。另外定向能武器还具备其他用途，包括
使敌方侦察飞机传感器致盲、击伤高速汽艇上的恐怖
分子等。
4 结 语
国外正在积极开展定向能武器技术研究，在高能
激光、微波等武器的技术方面已经有一定成就。定向
能武器可以用于为编队提供反舰导弹防御能力和攻击
来袭敌机的能力，未来美国航母将继承定型能武器，
作为编队防御的重要组成部分。
参考文献：
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[6]
(上接第168页)
4）第 3 类火灾危险源的分析辨识模式和安全检查
表填制的工作量较大，不仅要对第 1 类和第 2 类火灾
危险源进行深层原因分析，还要掌握舰船安全管理体
系、制度及各项技术要求，因此要将其计算机程序
化，便于规范管理和检查。
本文的研究结果为消防设计者分析辨识火灾隐
患，加强防护设计提供了技术支撑，对于舰船舰员检
查安全漏洞、消除安全风险、增强安全意识、完善管
理制度、提高训练效果具有重要的指导意义。
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第 38 卷晋文超：定向能武器与未来航母编队防空反导· 173 ·

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