基于事故案例的船舶机舱火灾分析
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作者张兴彪
摘要：以100起船舶机舱火灾事故实际案例为基础，重点分析事故案例中机舱火灾的原因，以及发生机舱火灾的时间、船舶动态、灭火措施、损失和伤亡情况，最后提出预防机舱火灾的措施，为船舶机舱火灾的预防和管理提供参考。
关键词：机舱火灾；灭火措施；燃料漏泄；设备故障
一、引言
随着航运业的蓬勃发展，船舶火灾事故的发生频率越来越高，其造成财产损失和人员伤亡的情况也愈发严重。船舶机舱火灾具有火灾载荷大、蔓延迅速、探测和扑救难度高、损失和伤亡大等特点，是影响船舶和人员安全的重要因素，一直受到管理和研究人员的关注[1，2]。根据澳大利亚交通安全局 ( ATSB ) 的统计资料，2005—2010年的6年间，澳大利亚水域共发生各类船舶事故546起，其中船舶火灾爆炸事故69起，约占12.6%，并且每年发生的频次比较稳定[3]；英国皇家海军在15年间发生的非战争引起的船舶火灾事故统计数据表明，在116起火灾事故中，机舱火灾事故有53起[4]。
大连海事大学轮机工程学院“轮机案例分析”课程教研团队一直注重收集和整理船舶机舱火灾案例，并对这些案例进行了深入研究，目的是总结船舶机舱火灾事故原因及其他影响因素，并探讨船舶机舱火灾事故的预防措施。
本文共研究了100起船舶机舱火灾实际事故案例，全部来源于官方公布的资料，绝大部分数据来源于英国海上事故调查局 ( MAIB )、ATSB、日本交通安全局 ( JTSB )、香港海事处和中国海事局的事故案例调查报告，较少部分事故案例数据来源于科技论文。
二、船舶机舱火灾事故案例分析
( 一 ) 船舶机舱火灾原因分析
对100起机舱火灾实际案例进行研究，可将机舱火灾发生的原因总结为6类：①燃料漏泄接触高温表面；②机械设备故障；③操作失误；④电器设备故障；⑤违规热工作业；⑥易燃品积存不当。
1.燃料漏泄接触高温表面
燃料漏泄接触高温表面引发的机舱火灾事故共计46起，其中主机燃料漏泄火灾19起，副机燃料漏泄火灾13起，导热油锅炉燃料漏泄火灾7起，液压油漏泄火灾6起，油柜漏泄火灾1起。燃料漏泄主要以压力喷溅和高处滴落两种形式接触高温表面，其中压力喷溅占大多数，共计32起。燃料漏泄主要来源于机舱燃油、滑油、液压油动力管系，其主要原因可分为管路失效、连接件失效、密封件失效和压力控制阀件失效，46起事故中各种燃料漏泄形式及原因的统计见表1。高温表面是漏泄燃料的点火源，主要是指柴油机排气管和增压器的裸露高温表面。
表1 燃料漏泄形式及原因统计
管路失效造成机舱火灾共计16起，主要表现形式是磨穿、脱焊、裂纹等。磨穿是指管路与其接触的部件因振动产生磨损而导致的穿孔，共计出现3起；脱焊是指因焊接质量不良导致焊接处出现破损，共计出现2起；出现管路裂纹的主要原因包括锈蚀、高压、疲劳、材料缺陷等，共计11起。
密封件失效是指动力管系中的轴封、垫圈或密封圈损坏，该类失效造成共计5起机舱火灾。
连接件失效包括螺纹或卡套接头损坏、法兰失效、螺栓失效三种主要形式。该类失效共计造成机舱火灾22起，其中螺纹或卡套接头失效9起，法兰失效9起，螺栓失效4起。螺纹或卡套接头损坏主要表现为连接仪器仪表的该类接头失效，螺栓失效主要表现为螺栓松动和断裂。
管路中的压力控制阀件主要包括背压阀、调压阀、安全阀等，压力控制阀件失效引起的高压会造成管路连接件或密封件损坏，也可能造成管路破裂，最终引起燃料漏泄，压力控制阀失效共计造成3起机舱火灾事故。
2.机械设备故障引发机舱火灾
机械设备故障引发的机舱火灾事故共计13起。本文中引起机舱火灾的机械设备故障主要包括曲轴箱爆炸、增压器爆炸、气缸燃气外泄、锅炉干烧、发电机线圈短路、油泵轴承高温等。曲轴箱爆炸导致机舱火灾共计4起，涉及的设备有柴油机和空调压缩机两种，其中柴油机曲轴箱爆炸火灾事故3起，空调压缩机曲轴箱爆炸火灾事故1起。柴油机曲轴箱爆炸的原因主要为运动件 ( 活塞、连杆、连杆螺栓 ) 断裂和轴承过热，运动件断裂会击碎曲轴箱，造成油气外泄，油气被激烈碰撞产生的能量引燃，轴承过热会引起曲轴箱内油气浓度过高，高温轴承表面点燃油气造成爆炸。空调压缩机曲轴箱爆炸的原因为空气进入曲轴箱 ( 低压继电器失灵 )，机体温度升高造成曲轴箱内油气爆炸。气缸燃气外泄造成火灾事故2起，原因分别为起动阀螺栓断裂和气缸盖垫片漏气。锅炉干烧造成机舱火灾事故2起，其中因燃油辅锅炉和废气锅炉缺水各1起。油泵轴承高温造成火灾2起，轴承高温导致机械轴封损坏，燃料漏泄并被轴承点燃。其他原因导致机舱火灾各1起。由机械设备故障引起机舱火灾具体情况见表2。
表2 机械设备故障引起机舱火灾情况统计
3.操作失误引发机舱火灾
100起机舱火灾事故中，由操作性失误引起的共计22起。其表现形式包括：①驳油致油柜燃油满溢并接触点火源，共计4起；②锅炉燃烧器维护不当导致回火时爆炸，共计6起；③拆装作业失误导致燃料漏泄并接触点火源，共计6起；④违规安装非船用设备造成过载起火，共计2起；⑤电器检测误操作造成配电板爆炸，共计1起；⑥充剂 ( 气 ) 不当引发爆炸，共计2起；⑦锅炉化学清洗产生可燃气体遇点火源，共计1起。22起由操作失误引起机舱火灾具体情况见表3。
表3 操作失误引起机舱火灾情况统计
4.电器设备故障引发机舱火灾
电器设备故障引起机舱火灾共计9起，其表现形式包括：①电加热器控制失灵引燃油气，共计2起；②电器元件短路引燃可燃物，共计5起；③电器元件过载引燃可燃物，共计2起。电器设备故障引起火灾具体情况见表4。
表4 电器设备故障引起机舱火灾情况统计
5.违规热工作业引燃可燃物
在100起机舱火灾事故中，由于违规热工作业引起的共计8起，其表现形式包括：①热工作业引爆油气，共计3起；②热工作业点燃周围固液可燃物，共计5起。违规热工作业引起火灾具体情况见表5。
表5 违规热工作业引起机舱火灾情况统计
6.易燃品积存不当
此类机舱火灾共2起，原因分别为罐装易燃品高处跌落和工作间积存的含油棉纱自燃。各种原因引起机舱火灾的比例见表6。
表6 各种原因引起机舱火灾的比例
鱼骨图又名石川图，是一种探究问题原因常用的方法，具有简洁实用、深入直观的特点。图1为基于因果分析法进行因果关联而绘制的机舱火灾原因的鱼骨图。
图1 机舱火灾原因鱼骨图
( 二 ) 机舱火灾发生的时间
每日各时间段内机舱火灾发生情况统计见表7。
表7 各时间段内发生机舱火灾数量统计
可以看出，发生在8：00—16：00间的机舱火灾共计58起，这可能与该时间段属于工作时间有关，在此期间机舱内运行设备增加，操作工作比较频繁。另外，根据ASTB的统计数据，大多数船舶事故发生在8：00—11：00之间。在这之后，下午事故发生的次数相当稳定，21：00会下降到一个低点。凌晨1：00—7：00之间的事故次数又有轻微上升。本文统计的数据规律与ASTB的统计数据基本符合。
( 三 ) 发生机舱火灾时船舶动态
船舶动态可以划分为机动航行、定速航行、锚泊和停泊四种。船舶所处的动态不同，机电设备的运行和操作均会有所不同。因此，船舶动态对机舱火灾的发生有一定影响。表8是不同船舶动态下发生机舱火灾数量统计，该表中将工程船正在施工作业视为机动航行。可看出大多数机舱火灾事故发生在船舶处于定速航行动态时，这可能与一般船舶处于该动态下的时间较长有关。因为船舶处于机动航行和锚泊的时间相对较短，所以发生机舱火灾的次数相对较少。
表8 发生机舱火灾时船舶动态情况
( 四 ) 船舶机舱火灾灭火措施
发生机舱火灾时，采取的灭火措施主要包括使用移动式灭火器、释放气体或泡沫灭火系统、激活细水雾灭火系统、喷淋消防水和岸上协助灭火等。统计案例中采取的灭火措施情况见表9。
表9 机舱火灾的灭火措施统计
共有56起机舱火灾发生时启用了气体或泡沫灭火系统进行灭火，有5起释放气体失败，其包括未释放或部分释放，主要原因有操作不当、控制气瓶压力不足和控制管路漏泄等；另外有4起因机舱未有效封闭造成气体或泡沫灭火效果受到影响。机舱火灾中气体或泡沫灭火使用率为56%，其释放成功率为91%，成功灭火率为84%。使用移动灭火器灭火的有18起，成功扑灭4起，成功率为22%。在6起激活细水雾灭火中，成功灭火3起，成功率为50%。机舱火灾中消防水主要用于边界冷却和锅炉内部灭火，事实证明，气体或泡沫对锅炉内部着火无效，喷淋消防水可有效扑灭锅炉内部火灾。但是，在用消防水扑灭废气锅炉内部火时，应注意水量过多对主机的影响。船舶只有在靠港或处于沿岸水域时才有可能得到岸上协助灭火，大多数情况下需要靠船员自己应对火灾。
( 五 ) 机舱火灾的损失和伤亡情况
我国依据伤亡人数和财产损失对火灾进行分类，例如，一般火灾是指造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1 000万元以下直接损失的火灾。在本文统计的机舱火灾中，1起属于特别重大火灾 ( 船舶沉没 )，4起属于较大火灾，其余均属一般火灾。表10为机舱火灾损失和伤亡情况统计。
表10 机舱火灾的损失和伤亡情况
本文的轻微损失是指机舱火灾未造成机电设备功能性损坏或人员伤亡，只有7次，说明机舱火灾对机电设备和人身安全造成损害概率很大。在32起造成人员伤亡的火灾中，总计伤亡人数为91人，平均每起大约受伤2人，死亡1人。船舶锅炉造成伤亡的人数最多，主要为锅炉燃烧和爆炸所致。
三、船舶机舱火灾的预防措施
( 一 ) 重视燃料漏泄问题，在日常管理中仔细排查
根据本文的统计，因管路、密封件、连接件和压力控制阀失效造成的燃料漏泄引起的机舱火灾占46%。另外，因拆装操作失误造成的燃料漏泄引起的机舱火灾占6%。因此，实际燃料漏泄引起的机舱火灾占52%。机舱日常管理中应该高度重视燃料漏泄问题，仔细查找各种形式的燃料漏泄，一经发现立即采取措施消除漏泄源。在可能涉及燃料漏泄的日常拆卸和安装作业中，要注意不要造成燃料漏泄，尤其是在靠近点火源位置的拆卸作业要特别小心。
( 二 ) 及时包扎和遮蔽裸露的高温表面，加强机械设备日常维护
柴油机排气管、增压器、蒸汽管、锅炉外壳等均属高温表面，如果漏泄燃料飞溅或滴落到这类高温表面上，极有可能引起机舱火灾。SOLAS公约对高温表面的保护要求包括：①对可能因燃油系统故障而接触到的温度超过220 ℃的表面应妥善隔热；②应采取措施防止在压力作用下可能从任何油泵、过滤器或加热器逸出的任何油类接触热表面。机舱火灾案例分析表明滑油、液压油接触高温表面同样会引起火灾。
机械设备日常维护中应特别注意不要破坏高温表面包扎的隔热材料，缺失的隔热材料应该立即采取弥补措施。管理人员应该认识到即使原本不属于高温表面，在某种情况下可能也会演变为高温表面。例如轴承过热会使轴承壳体变为高温表面，而轴承过热往往会损坏轴封，造成燃料漏泄，漏泄燃料如果接触轴承壳体高温表面，就会引起火灾。管理人员还应该认识到即使高温表面的隔热材料完好，如果漏泄燃料渗透到隔热材料的缝隙内，同样会引起火灾。因此，机舱防火最根本的措施还是根除燃料漏泄。
( 三 ) 规范日常维护管理操作，防止机械设备故障引起机舱火灾
机械设备故障引起机舱火灾的主要原因包括曲轴箱爆炸、增压器爆炸、气缸燃气外泄、锅炉干烧、发电机线圈短路和轴承高温等，日常维护管理中应特别注意防止发生类似故障。电器设备的维护管理应注意防止电加热器控制失灵、电器元件短路和过载等。锅炉燃烧器的维护过程中应特别注意不要造成燃油漏入炉膛。如果连续发生点火失败，再次点火时一定要充分扫风；点火失败后打开炉膛门要特别谨慎，因为进入氧气会造成锅炉回火爆炸。热工作业一定要按照作业规范进行，在可能存在油气和其他可燃物的情况下禁止进行热工作业。
( 四 ) 建立和落实船舶防火规章制度，定期开展防火安全检查
船舶防火规章制度包括船舶明火作业制度、船舶消防演习制度、消防设备定期检查制度、船员培训制度和机舱巡视制度等。船舶应该建立以轮机长为主要负责人的机舱防火领导小组，督促、检查轮机部各岗位防火安全制度是否落实，对发现的问题应进行原因分析、制定防范措施。船舶机舱防火安全检查不仅仅是对消防设备、防火结构的检查，更应该侧重对机舱火灾预防方面的检查。实践证明，坚持开展每日机舱防火安全检查可以有效避免火灾的发生。
参考文献：
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[4] 张勇亮.船舶机舱火灾风险等级评价及数值模拟研究[D].大连:大连海事大学,2020.