浅谈气体探测对船舶货仓火灾风险的监控

作者：赵庆伟（船长），樊伟伟

船舶通常携带便携式气体探测仪，主要用于检测封闭舱室中的有毒和爆炸性气体。本文结合国际公约和实际操作，探讨气体探测仪在货舱火灾风险监测中的应用。

一、相关公约要求及行业标准

相关海运公约对船舶气体探测仪的配备及气体检测有以下要求：

1. 国际海上人命安全(SOLAS)公约

SOLAS第XI-1/7条，封闭处所气体检测仪，要求船舶配备一台或多台妥当的便携式气体检测仪，能够在进入封闭处所前至少测量氧气浓度、可燃气或蒸汽浓度、硫化氢气体浓度和一氧化碳浓度。

2. 国际海运固体散装货物规则(IMSBC CODE)公约

 船舶应配备气体探测仪、温度计和货舱污水 PH 检测试纸，气体探测仪必须能测量甲烷、一氧化碳、硫化氢和氧气浓度。

3. 国标《防止船舶封闭处所缺氧危险作业安全规程(GB16993-2021)》

要求进入船舶封闭处所作业时，氧气浓度始终大于或等于19.5%（按体积比计），且小于或等于23.5%（按体积比计）；有毒有害气体浓度符合GBZ2.1职业接触限值的相关规定；可燃气体浓度小于或等于可燃下限(LFL)的1%。

4. 《经修订的进入船上围蔽处所建议案》(第A.1050(27)号决议)

要求进入封闭空间时测氧仪测得氧气含量在21%及以上；若空间里有潜在的可燃气体或蒸汽，经可燃气体测量仪测得，其含量不超可燃下限1%；有毒气体或蒸汽不得超职业暴露极限(OEL)的50%。   

二、探测气体的常见种类

在船舶货运航行中，常见需要检测的气体种类包括氧气、一氧化碳以及潜在的爆炸性气体。以下简要介绍这些气体的危害、安全含量范围以及检测的重要性。

1.氧气

当空气中氧气（O2）浓度低于18%时，被认定为缺氧环境，人体暴露于此环境可能导致一系列健康问题，甚至窒息风险。船舶上进行氧气检测的目的是确认封闭空间内的氧气浓度是否达到安全水平，即不低于21%。在进入任何封闭区域之前，操作人员必须使用氧气检测器检测，以确保该区域内的氧气含量。在火灾事件或火灾酝酿阶段，通过监测氧气含量及其变化，有助于评估舱室内燃烧情况或火灾风险的可能性。

2.有毒有害气体

船舶上常见的有毒有害气体包括硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、磷化氢（熏舱产生）等。有毒气体的浓度通常以百万分比（ppm）或毫克/立方米（mg/m3）等单位进行计量。为确保工作人员的安全，规定了这些气体的工作场所接触限值（WELs）。WEL是指空气中某种有害物质在特定时间段内的平均浓度，采用时间加权平均值（TWA）进行计量。通常使用长期（8小时）和短期（15分钟）两个时间段来评估。常见的有毒气体的WEL如下：

3. 可燃气体

可燃气体主要包括甲烷、一氧化碳、硫化氢等，在与空气混合达到一定比例时，遇热源可能发生燃烧，甚至引发爆炸。可燃气体是否会发生爆炸主要取决于其浓度值，通过爆炸下限（LEL：Lower Explosion Limit）和爆炸上限（UEL：Upper Explosion Limit）这两个关键指标进行界定。爆炸下限是指能够引起爆炸的可燃气体在空气中所占体积百分比的最小值；而爆炸上限则是指能够引起爆炸的最大体积百分比。船舶上常见的几种可燃气体的爆炸LEL和UEL如下：

备注：1%VOL=10000PPM（体积份数）    

三、常用气体浓度单位及其含义

船舶气体探测中常用气体浓度单位有PPM，%VOL和%LEL等，为了明确其含义与用途，列出以下表格比较说明。

四、气体探测仪的传感器类别

对于不同气体的检测，检测仪所采用的传感器技术也会有所不同，包括电化学传感器、红外传感器、半导体传感器等。列出以下表格，以说明常用的传感器功能与使用方法。   

在选择船舶气体检测仪时，需要特别注意检测仪的量程。举例来说，在CO检测中，如果某气体探测仪的最高探测浓度为1000 ppm，在超过这个数值时将会触发超量程（OL）警报，此时需要更换具有更高量程的探测仪以满足检测需求。   

船舶的部分气体探测建议选择的量程如下：氧气：0-30%VOL；硫化氢：0-100PPM；一氧化碳：0-10000PPM；可燃气体：0-100%LEL。

五、煤炭运输的气体探测

在煤炭运输过程中，船舶面临的主要风险包括煤炭自燃和可燃气体（尤其是甲烷）的产生。为了有效应对这些风险，选择性通风和气体检测至关重要。IMSBC Code明确规定，船舶必须配备能够测量甲烷、一氧化碳、硫化氢和氧气浓度的监测装置。

1. 选择性通风

在煤炭运输过程中，通风及通风方式的选择取决于煤炭的类型。对于非自燃但会释放甲烷(emitting methane)的煤炭，应当采用并保持表面通风，除非有明确规定要求密闭运输。对于自热型(self-heating)煤炭，只允许在清除甲烷积聚所需的最短时间内进行自然表面通风。

2. 关于气体含量变化趋势的检测   

煤炭运输中预防火灾、爆炸等情况，不只是检测气体的含量，记录各种气体含量的变化趋势尤为重要，通过气体含量的变化趋势可以判断煤炭的反应情况，如下表所述。

六、板材类货物运输过程中的气体探测

1. 板材燃烧的特性

板材热分解主要生成固体炭、焦油和气体。其中，固体炭约占15%，水和焦油等液体占65%，气体占20%。气体部分除了二氧化碳外，还包括一氧化碳、甲烷、乙烷和甲醛等易燃物质。单板燃烧时分解出的可燃性焦油和可燃性气体是产生有焰燃烧的根源，而固体炭是产生阴燃的根源。

在海上运输中，常用的板材类型主要包括胶合/密度板等。以胶合板为例，由于其原材料成分及制作工艺的特点，展现出明显的燃烧特性。首先，胶合板的燃烧速度较快，这主要是因为其表面通常涂覆有胶粘剂或涂料，这些物质在燃烧过程中能够促进火焰的传播，从而加快燃烧速度。其次，胶合板在燃烧过程中能产生较高的温度，这可能会导致火势迅速蔓延和火灾的扩大。最后，木胶合板常用的胶水类型包括酚醛胶、三聚氰胺胶和脲胶，这些材料在燃烧时会释放大量浓烟和有毒气体，对环境和人体健康构成威胁。

2. 板材货仓火宅时气体的变化趋势    

当板材货仓内发生火灾时，在初期阶段，船员通常采用水或灭火器进行灭火。若火势无法得到有效控制，较为理想的处理方式是关闭舱盖并迅速向内充注二氧化碳。在重新开启舱盖之前，可以通过监测仓内气体的变化趋势来判断火势是否已被完全扑灭或是否存在阴燃现象。下表列出了此过程中各种气体含量的变化趋势，可供参考。

备注：以上所述关于气体检测的结果及其解释来自相关法规/行业指南和实务，仅供大家参考。在进行火灾预警及应对火灾发生的情况时，应依据具体环境条件，结合多种检测技术，参考公约并咨询火灾专家的建议，实施严格和慎重的处理策略。