一种固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置及方法

摘要

一种固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置，所述装置包括训练区燃烧器、甲板平台、消防栓、训练区基坑、燃气控制系统、点火及燃烧系统，结合甲板训练平台单位面积的集水量、甲板训练平台所使用的消防栓的供水量及所述甲板训练平台的实时火场温度三种参数，判断灭火行动的有效性，进行多轮参数扫描和判定过程，直到气阀完全关闭，完成灭火行动达到模拟火灾扑灭效果；本发明提高了燃料的燃烧效率和火焰燃烧强度、实现气体火的带压燃烧，所采用的多因素控制模块的冗余度高，可以有效规避参训人员的误操作，提高了消防训练的真实度。

说明书

技术领域

本发明属于船舶消防模拟训练领域，具体涉及一种固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置。

背景技术

现代船舶中的火灾危险源种类和数量繁多，火灾事故对船舶安全危害巨大。消防模拟训练装置对于提高船员消防技能和增强船舶消防水平均具有现实意义。传统船舶甲板消防训练采用液体燃料真火(油火)施训，灭火过程不可控，危险性较大；燃烧后产生大量有毒有害烟气，污染环境；消防用水混杂未完全燃烧的液体燃料，污水处理困难。为此有关科研人员采用气体火源来模拟油火进行消防训练，很好地解决了油火训练中存在的一系列问题。据考察，气体真火消防模拟训练现已成为消防模拟训练的重要手段之一，气体火训练装置主要依靠燃烧单元的控制模块来调节阀门开度、进而控制火焰以实现消防模拟训练。

现有控制模块主要依靠燃烧单元的受水量来判断灭火行动的有效性，参训人员在得知控制模式后，往往会有意识地将消防水对准集水盘实施喷洒，这样训练严重违反消防灭火的基本战术动作，因此不能准确地评价受训人员的灭火行为，训练真实度较差。为此，船舶消防模拟训练亟需一种可以在陆地条件下模拟船舶甲板真火场景、同时兼具环境友好性和火场真实性的消防模拟训练装置。

发明内容

本发明主要解决的问题是目前的船舶消防模拟训练中存在的训练真实度较差的问题，本发明的主要目的在于提供一种应用丙烷气体火发生装置模拟船舶甲板燃油火灾、为训练人员使用消防水枪进行消防训练提供火场环境的真火消防训练装置。

本发明采用的技术方案是：一种固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置，所述装置包括训练区燃烧器、甲板平台、消防栓、训练区基坑，其特征在于：

所述甲板平台上端面的一侧设有消防栓，所述消防栓的水带接口上依次设有出水流量传感器、水龙带、消防水枪；甲板平台上端面的另一侧设有辅助用房，所述辅助用房内设有燃气控制系统和点火及燃烧系统；

所述甲板平台的下端面上设有多个由支撑架分隔开的训练区基坑,所述支撑架上端设有火场温度传感器，所述训练区基坑的一侧分别与氮气控制系统和进排风系统相连；训练区基坑下端面上还设有出水口，所述出水口与自流管道相连，所述自流管道与集水井相通；

所述训练区基坑内还设有紧贴于甲板平台的训练区燃烧器，所述训练区燃烧器下端设有气体预混腔，所述气体预混腔下端与加压管道相连，训练区燃烧器的正下方还设有集水器，所述集水器包括用于收集消防水的承水盘、水量传感器、集水管，所述承水盘的下端与集水管相连，所述集水管上设有水量传感器。

进一步的，所述承水盘的上部呈漏斗形。

进一步的，所述承水盘内设有滤网。

进一步的，所述训练区燃烧器的上表面还覆盖有用于防止训练区燃烧器受损伤的防护网。

进一步的，所述燃气控制系统包括燃气控制室、燃气分配及输送设施以及燃烧控制设施，所述燃气控制室内部安装燃气泄漏报警仪、防爆排气扇以及百叶门窗，以保证房间空气畅通；所述燃气分配及输送设施在所述燃气控制室内根据训练需求对气源进行分配。

进一步的，所述点火及燃烧系统包括：点火器、燃烧器、高能半导体电嘴、高压挠性电杆、高压电缆、加压管道和预混腔。所述点火器采用HEIA系列高能点火装置，点火器功率为180W；所述燃烧器上布置有燃烧嘴，所述高能半导体电嘴依靠半导体材料放电,可以有效降低放电电压,提高电嘴的自净能力,减少电极的电蚀作用；所述高压挠性电杆可在一定范围内弯曲，采用插接式接头，耐高温、防雨防潮，有效满足工程安装的需要；所述高压电缆由耐高压导线及屏蔽电缆组成，可耐高温200℃；所述加压管道用于丙烷气二次加压；所述预混腔将空气混入燃烧管内，与加压后的丙烷气进行混合。

进一步的，所述所述燃烧嘴的布置密度每平方米不少于40个.可保证燃烧器的燃烧火焰高度均匀，以形成整体火海的效果；

本发明的有益效果和特点是：①根据真实消防灭火训练中测得的消防栓供水量、集水盘集水量和火场温度分布三种火场参数，根据灭火过程中的火焰和消防水的交互特性，提炼出了基于三种火场参数的火焰控制模块；与只依赖集水量的单因素控制模块相比，本发明所采用的多因素控制模块的冗余度高，可以有效规避参训人员的误操作，提高消防训练的真实度。②在燃烧器的硬件设备上进行了改进，增加了预混腔结构，将加压后的丙烷气与空气像混合，使气体更加充分地燃烧，提高了燃料的燃烧效率和火焰燃烧强度；③通过加压管道，对训练用丙烷气进行二次加压，实现气体火的带压燃烧，可以在14.8m/s的风速下稳定燃烧、更好地模拟船舶在航状态下的风速情况。

附图说明

图1为本发明固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置的结构示意图(侧视)；

图2为本训练装置的燃气系统结构示意图；

图3为本训练装置的点火及燃烧系统结构示意图；

图4为图1中燃烧器(编号为4)俯视结构图；

图5为防护网结构图(编号为2)。

其中，1-火场温度传感器、2-防护网、3-预混腔、4-训练区燃烧器、5-消防水枪、6-水龙带、7-甲板平台、8-水带接口、9-出水流量传感器、10-消防栓、11-支撑架、12-训练区基坑、13-集水器、14-承水盘、15-滤网、16-测量面、17-水量传感器、18-集水管、19-加压管道、20-燃烧管、21-氮气控制系统、22-进排风系统、23-出水口、24-自流管道、25-集水井、26-燃气控制系统、27-点火及燃烧系统、28-辅助用房、29-场地污水处理系统、30-丙烷汽化器、31-氮气吹扫管道、32-输气支管截止阀、33-丙烷气流量计、34-压力变送器、35-旁路阀、36-电磁阀、37-输气支管压力表、38-U型集水管、39-排水阀、40-阻火器、41-气体过滤器、42-调压阀、43-总截止阀、44-快速截止阀、45-输气总管压力表、46-输气总管1#、47-输气支管、48-液体丙烷储罐、49-输气总管2#、50-输气总管3#、51-输气总管4#、52-输气总管1#预留支管、53-输气总管2#预留支管、54-输气总管3#预留支管、55-输气总管4#预留支管、56-火灾与消防仿真模型、57-电动阀控制模块、58-燃烧嘴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中具体实施例作进一步详细说明。

如图1所示，一种固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置，所述装置包括训练区燃烧器4、甲板平台7、消防栓10、训练区基坑12，其特征在于：

所述甲板平台7上端面的一侧设有消防栓10，所述消防栓10的水带接口8上依次设有出水流量传感器9、水龙带6、消防水枪5；甲板平台7上端面的另一侧设有辅助用房28，所述辅助用房28内设有燃气控制系统26和点火及燃烧系统27；

所述甲板平台7的下端面上设有多个由支撑架11分隔开的训练区基坑12,所述支撑架11上端设有火场温度传感器1，所述训练区基坑12的一侧分别与氮气控制系统21和进排风系统22相连；训练区基坑12下端面上还设有出水口23，所述出水口23与自流管道24相连，所述自流管道24与集水井相通；

所述训练区基坑12内还设有紧贴于甲板平台的训练区燃烧器4，所述训练区燃烧器4下端设有气体预混腔3，所述气体预混腔3下端与加压管道相连19，训练区燃烧器4的正下方还设有集水器13，所述集水器13包括用于收集消防水的漏斗形承水盘14、水量传感器17、集水管18，为了避免杂物进入集水管，影响水量的测量，所述承水盘14内设有滤网15；承水盘14的下端与集水管18相连，所述集水管18上设有水量传感器17。

为了防止训练区时对燃烧器4造成损伤，训练区燃烧器4的上表面还可以覆盖有防护网2(图5所示)。

所述燃气控制系统26包括燃气控制室、燃气分配及输送设施以及燃烧控制设施，所述燃气控制室内部安装燃气泄漏报警仪、防爆排气扇以及百叶门窗，以保证房间空气畅通；所述燃气分配及输送设施在所述燃气控制室内根据训练需求对气源进行分配。

如图2所示，本实施例的固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置的燃气控制系统采用“液体丙烷储罐48丙烷汽化器30输气总管46燃气控制系统26输气支管47训练区燃烧器4”的供气流程。所述燃气控制系统26包括燃气控制管路及其辅助装置液态丙烷从液体丙烷储罐48流出后，经丙烷汽化器30进行气化处理，然后进入输气总管46；在输气总管46上设有燃气控制系统26，丙烷气经气体过滤器41净化处理后，由调压阀42对管内的气体进行压力平衡，以保证丙烷气在训练区燃烧器4内稳定燃烧；在输气总管上还设有总截止阀43和输气总管压力表45，对管内压力进行实时监控，一旦出现异常，便可及时启动快速截止阀44，从而确保训练的安全性，所述辅助装置还包括燃气泄漏报警仪、防爆排气扇、防爆灯具以及百叶门窗。丙烷气进入输气支管47后，先由丙烷气流量计33进行流量统计，然后经过压力变送器34进行二次变压，气压稳定后的丙烷气由电磁阀36控制其具体流量，根据电磁阀36开度的变化，实现火势与消防作业的交互表征；上游系统向本系统提供4路管径DN100的燃气总管，每根总管的输气量为1000m3/h，在燃气控制室内根据训练需求对气源进行分配，每一路总管分为3路DN50的支管，共计12路，其中2#总管、3#总管、4#总管各为本系统二期项目预留1路支管。

如图3所示，所述点火及燃烧系统27通过控制每个燃烧单元供气管路上的电磁阀36来调节每个燃烧单元的开闭和火焰的大小，所述燃烧单元由压力变送器34、旁路阀35、电磁阀36、输气支管压力表37、U型集水管38、排水阀39和阻火器40组成。在没有消防介质干预时，各单元的火焰大小通过火焰自然扩散传播模型3决定，并通过电动阀控制模块57控制燃烧。当有消防介质(水)介入时，通过水量传感器17确定每个燃烧单元瞬时消防受水量和积累消防受水量；通过出水流量传感器9确定消防栓的实际供水量；通过火场温度传感器1确定有消防介质干预状态下燃烧单元的实际温度；然后将受水量、供水量和火场温度三种实时数据传输到电动阀控制模块57，结合有介质干预的火灾与消防仿真模型56确定各区域的火焰强度，并通过调节各单元供气量来进行模拟。

点火及燃烧系统27包括：点火器、燃烧器、高能半导体电嘴、高压挠性电杆、高压电缆、加压管道19和预混腔3。所述点火器采用HEIA系列高能点火装置，点火器功率为180W；所述燃烧器上布置有燃烧嘴58，燃烧嘴58的布置密度每平方米不少于40个.可保证燃烧器的燃烧火焰高度均匀，以形成整体火海的效果；所述高能半导体电嘴依靠半导体材料放电,可以有效降低放电电压,提高电嘴的自净能力,减少电极的电蚀作用；所述高压挠性电杆可在一定范围内弯曲，采用插接式接头，耐高温、防雨防潮，有效满足工程安装的需要；所述高压电缆由耐高压导线及屏蔽电缆组成，可耐高温200℃；所述加压管道19用于丙烷气二次加压；所述预混腔3将空气混入燃烧管20内，与加压后的丙烷气进行混合。

该固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置，其试验方法包括如下步骤：

a.开启氮气控制系统21；

b.进排风系统22对训练区基坑12及相关管路进行例行通风换气，防止上次训练后剩余的丙烷气在角落处聚集、形成安全隐患；

c.检查集水器13，确认滤网15、测量面16、水量传感器17等设备完好，打开集水管18，将承水盘14内残余的液体导入训练基坑12内，让液体通过出水口23和自流管道24，导入集水井25；

d.启动燃气控制系统26，系统进行供气；

e.启动点火及燃烧系统27，点燃训练区燃烧器4，火焰稳定燃烧后，下达“开始灭火”的口令；

f.燃气控制系统26将火场温度传感器1、出水流量传感器9和水量传感器17搜集到的数据进行实时分析，结合所述甲板训练平台单位面积的集水量、所述甲板训练平台所使用的消防栓的供水量及所述甲板训练平台的实时火场温度三种参数，每2秒钟对参数进行一次更新，判断集水量是否达到预设的阈值，集水量和供水量之比是否在预设的波动范围之内和火场温度是否低于预设的最高温度值，当三个条件同时满足时系统判定上一秒的灭火行动有效，经所述燃气控制系统26调低该区域气阀的开度；如果有任意一个条件不满意，则判定前一秒的灭火行动无效，调高该区域气阀的开度，然后进入下一轮参数扫描和判定过程，直到气阀完全关闭，完成灭火行动达到模拟火灾扑灭效果。判断当前时间段内参训人员的动作是否符合要求，然后调节气阀开度，直至火焰被成功“扑灭”或者训练时间结束；

g.完成训练后，关闭燃气控制系统26和点火及燃烧系统27，

h再次启动氮气控制系统21和进排风系统22对训练区基坑12及相关管路进行例行通风换气，并将集水井25内的污水导入场地污水处理系统29进行净化处理。

在上述训练过程中出现紧急状况时，燃气控制系统26会自动停止供气，并且联动开启氮气控制系统21和进排风系统22进行强制通风换气，直至警报解除。

本实施例新型固定式船舶甲板真火消防模拟训练装置可实现陆地条件下船舶甲板真火场景，方便舰员进行真火条件下的甲板火灾消防模拟训练。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。