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艦船集體防護系統體系及防護等級劃分

文檔作者：趙宴輝全曉鵬聶亞杰李龍文檔來源：中國船舶重工集團公司第七一八研究所		點擊數：	更新時間： 2024年09月10日
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第42卷第4期
2013年08月
船海工程
SHIP&amp;amp;0CEAN ENGINEERING
V01．42 No．4
Aug．2013
DOI：10．3963“．issn．167l-7953．2013．04．034
艦船集體防護系統體系及防護等級劃分
趙宴輝，全曉鵬，聶亞杰，李龍
(中國船舶重工集團公司第七一八研究所，河北邯鄲056027)
摘要：借鑒國外艦船集體防護系統的發展經驗，考慮我軍現有艦型配置的集體防護系統，結合樣機測試
數據與實船勘驗，討論如何設置集防區的防護等級，如何確定防護范圍，以及按照何種原則進行集防區設備配
置等問題。
關鍵詞：艦船集體防護系統；核生化武器；防護等級；可再生濾毒技術
中圖分類號：U674．71；TL811 文獻標志碼：A 文章編號：1671_7953(2013)04旬123_05
水面艦艇是海軍主要作戰力量之一，也是受
核生化因素影響最嚴重的裝備之一。因為艦艇是
一個獨立的戰斗集體，活動范圍廣，而艦上人員集
中、密度大、活動范圍小，當遭受核化武器襲擊或
核化污染時，無法迅速地撤離出沾染區。為保障
海軍艦艇能夠在核生化沾染區連續執行作戰任
務，就必須對核生化防護系統展開更深層次的研
究。
1 國外集體防護設備發展現狀與趨勢
從20世紀80年代起，美軍就已經在水面艦
艇上配備了集體防護系統(collective protection
system，CPS)’1引。目前美國的水面艦艇上配備
了全艦范圍多區域CPs，對現役未安裝CPS的艦
艇進行補裝、加裝區域集體防護系統SAcPs。
DDG51級是美國海軍首次采用集體防護系統的
艦艇，如DDG51級全艦防護區按船長分布設為4
個，機艙區列為局部防護區，全艦防護區內增壓范
圍為490一610 Pa，外部空氣通過三級濾器進入艙
內，以消除外部空氣的污染。
而集防系統的防護效果好壞、持續防護時間
長短等關鍵性能指標取決與CPS的過濾器的壽
命和防護性能。目前在艦船cPS中使用的核心
過濾器都是利用浸漬活性炭材料的吸附性能脫除
化學毒劑，為集體防護艙室提供連續性的潔凈空
收稿日期：2013—03—28
修回日期：2013—06—29
第一作者簡介：趙宴輝(1984一)，男，碩士，工程師
研究方向：三防系統技術研究與儀器研制開發
E-mail：handan718@126．com
氣。但是使用這種技術的濾器在維修和更換時存
在壽命失效，后勤維護成本高等問題。
由此催生了集體防護設備目前的三個發展方
向舊J：制氧除二氧化碳和有毒氣溶膠的膜分離技
術；等離子體催化技術；可再生變壓／變溫吸附技
術。而可再生變壓／變溫吸附技術最具發展前景，
其技術的基礎是：利用分子篩和活性炭等材料的
吸附性能，在高壓或低溫條件下吸附化學毒劑，吸
附飽和后在低壓或高溫條件下脫除化學毒劑，兩
支吸附塔交替進行吸附和脫附，從染毒空氣中分
離出化學毒劑，為集體防護艙室提供連續性的潔
凈空氣。
根據操作條件的不同，將吸附技術分為變壓
吸附技術和變溫吸附技術。它們在化學工業氣體
分離中屬于成熟技術，廣泛用于氣體干燥、空氣凈
化、氣體提純和空分分離等領域。根據這一特性，
英國Domnick Hunter公司和美國Pall公司分別研
制開發了基于變壓吸附技術的可再生濾毒裝置，
由Chemical and Biological Defense Agency，TN0
Prins Maurits Lab和Battelle Memorial Institute等
機構對它們進行了實毒測試，化學毒劑或模擬劑
包括：DMMP、2一CEES、GD、HD、PS、AC、CK、異丁
烯、全氟異丁烯、R134a、R23、辛烷和乙醇等。長
達6個月的實毒測試表明這些裝置能夠連續運轉
500 h，出口空氣中沒有檢測到化學毒劑。
可再生變壓吸附濾毒裝置需要較高的工作壓
力(>0．3 MPa)，若為其單獨提供高壓空氣，勢必
增加裝置體積、重量和功率，這限制了它的使用。
為此，美軍提出了解決方案：將濾毒通風裝置集成
到艦船的艙室環境控制系統中，共用空氣壓縮機、
換熱器和過濾器等設備，達到大幅度降低裝置的
123
萬方數據
第4期船海工程第42卷
功率、體積和重量的目的，使其可以在大型水面艦
艇中應用。
2艦船集體防護體系的構成
集防系統‘4刮由集體防護和個人防護兩部分
組成。集體防護系統按防護機制不同又分為：隔
離式防護和過濾式防護；個體防護包括呼吸器官
防護、皮膚防護和防疫服。
1)隔離式防護。前蘇聯早期采用隔離式防
護方案，將傳統水密性的門、窗和口蓋改造成氣密
性的，利用艙室的空氣隔絕進行防護。由于建立
隔絕防護時要關閉集防區的門、窗和口蓋，禁止通
風和人員進出。但是，由于密閉艙室內氧氣、二氧
化碳和水蒸氣等濃度對艦員有很大影響，不宜長
時間采用隔離式防護，因此，目前已很少采用隔離
式防護。
2)過濾式防護。由于艦船在核生化條件下采
用隔絕式防護有許多不確定性，所以，現代大型水
面艦船必須采用過濾式防護。過濾式防護按照防
護等級高低又可劃分為全防護區和有限防護區。
圖1為典型的過濾式防護區的體系構成，外
界染毒空氣首先通過預濾芯(第一級)，除去染毒
空氣中大顆粒及纖維狀沾染物后，進入高效顆粒
濾芯(第二級)，濾除0．3“m及其以上的放射性
沾染物、毒煙、毒霧和生物戰劑后，再進入氣體吸
附催化濾器(第三級)去除氣態化學戰劑。這樣，
艙外受沾染的空氣經三級過濾吸附后，變為清潔
空氣經風機送入空調通風系統，再由送風管道分
送至各密閉艙室。
l歧L*：{
圖1典型集體防護系統防護區體系結構
為了保持艙室良好的防護效果，需要保證密
閉艙內造成的凈超壓值至少要與外界氣流形成的
動態超壓值相等，在相對風速57 kn／h仍具有防
1 24
護作用，超壓應維持在500 Pa。艙室內的廢氣通
過超壓閥門、廚房或衛生間等處直接排出，大型艦
船可由主機艙排出大部分廢氣，從而保證艙室內
空氣清潔，避免受外界染毒空氣的沾染。
全防護區的進出通道要設計得可以維持防護
區正的壓力。鎖壓室和鎖氣室都是小的隔離室，
有2個門，一個通向全防護區，另一個通向露天甲
板或通向艦的非加壓區。某一時間只開啟或關閉
一個門，避免全防護區內正壓力的損失。鎖氣室
還有吹氣式空氣清潔裝置(air sweep風浴)，用來
先從鎖氣室內吹除氣態和微粒污染物，之后才打
開通向全防護區的門。
過濾式防護系統(參考圖1)由集體防護系統
密閉區、濾毒通風裝置、密閉區超壓自動控制裝
置、超壓泄放設備、密閉區報警裝置等設備組成，
表1為核生化防護裝備的主要組成。
表1核生化集體防護系統的主要設備組成
防護區主要設備
防護區、邊界控制設備
濾毒通風裝置(含濾毒通風裝置監控分站)
空調系統+濾塵器
防護區監控分站(環境溫濕度、超壓、C0：濃
度監測、超壓泄排控制)
箍燃淼
氣密密閉門
集體防護區人員洗消站(集體防護區污染控
制裝置)
排水系統
?．． 機艙有限防護區
勰瓣篡分站
3)個人防護。個人防護是為避免艦員暴露
在核生化戰劑濃度已達到有害或致命程度的環境
中，應當穿用化學防護服和戴防護裝置。根據戰
場作戰任務的防護要求，針對威脅或危害的性質
及其嚴重程度，搭配合適的防護服和防護面具。
3 集防區防護等級劃分
集體防護系統提供兩級防護。7圳：全防護和有
限防護。
全防護區的防護等級要求較高，要保證對其可
以過濾任何物理狀態的核生化污染物，并且保持
(500±50)Pa超壓，阻止空氣中的污染物通過其它
路徑進入。全防護區包括作戰指揮所、起降指揮
萬方數據
艦船集體防護系統體系及防護等級劃分——趙宴輝，全曉鵬，聶亞杰，李龍
所、駕駛控制室、電子海圖室、動力損管部位、核化
監測戰位、醫療處所、餐廳和住艙等。根據總體設
計可分為若干個相互獨立的全防護分區，每個分區
安裝一套濾毒通風裝置，集防區部分指標如下。
1)全防護區超壓范圍：(400～650)Pa；連續
運行超壓：(500±50)Pa。
2)全防護區超壓報警：大于650 Pa過度超壓
報警；小于100 Pa事故情況。
3)選擇防護區超壓范圍：(150～400)Pa；連
續運行超壓：(350±50)Pa。
4)選擇防護區超壓報警：大于400 Pa過度超
壓報警；小于120 Pa事故情況。
5)防護區超壓建立時間：(60～120)s。
6)濾毒通風裝置通風量：根據防護區容積設
定，閉環控制誤差不大于設定通風量的5％。
有限防護區的防護等級要求較低。在有限防
護區內無法建立超壓環境。通常只能利用高效顆
粒空氣過濾器從進入有限防護區的空氣中清除放
射性、化學和生物氣溶膠。但是其無法過濾化學
戰劑蒸汽。這就需要根據核生化戰劑探測信息和
報警狀態戴防護面具防御化學戰劑蒸汽，必要時
應當穿著防護服。
有限防護區主要包括輪機艙室、機爐艙等。
全防護區和有限防護區的作戰任務和功能不同，
采用不同的防護等級；根據GJBll．3—1991、
GJB4000一2000，防護區空氣成分控制指標參考
常規潛艇指標，指標見表2。
表2防護區空氣成分的控制指標
三級防護的艦艇，設計的典型防護范圍及防
護區劃分見圖2。
對新造軍艦已經規定了集體防護系統的3個
防護等級(等級I、II、III)。
1)等級I。掩蔽區，全防護區的分區，對40％
艦員的住艙、餐室、衛生間和作戰防護區的設備提
供防護，這種設計有時稱為安全港：
匝U
}通道J‘l燃料艙彈
J人’t州藥艙貨艙
圖2三級防護的艦艇典型設計的防護范圍
及防護區的劃分
2)等級II。小作戰區，有限防護區，包括等級
I的掩蔽區和一些關鍵的作戰功能，可以經濟地
綜合到艦艇的設計中，重點是突然襲擊的生存。
3)等級III。大作戰區，除了飛行甲板和凹形
甲板作戰以外，包括等級I的掩蔽區、等級II小作
戰區，有足以滿足作戰任務要求的全防護區域。
4 集防系統設備配置原則
1)探測與評估：探測的作用是判斷核生化
戰劑襲擊是否已經發生，而評估的目的則是對襲
擊所造成危害的嚴重程度以及預計的危害持續時
間進行評價。根據探測與評估結果制定具體的防
御策略并準確控制相應防護設備，以及通過計算
確定防護的時間。
2)全防護區設備配置原則
(1)根據密閉區大小和容納人員數量確定濾
毒通風裝置的裝配數量，對重要艙室進行C0：、O：
及氟利昂濃度監測。另外，在濾毒通風裝置進風
圍井人口應設計溫度監測傳感器，量程：(一40～
400)℃，此點溫度控制與濾毒通風裝置連鎖。
(2)在全防護區內配置壓力控制閥㈡o，用來
防止全防護區的過度超壓。根據防護區大小，安
裝相應數量的壓力控制閥：當防護區的壓力升至
(500±50)Pa之前，壓力控制閥均是關閉的：當
防護區內的壓力繼續增加時，它們會打開，直至全
打開為止j當壓力開始下降時，壓力控制閥就開
始關閉。
(3)集防區內密閉區都要配置密閉門、密閉
艙口蓋、手動和自動泄壓閥、穿過防護區的通艙電
纜密封設施等防護區正壓保持設備；設計超壓控
制箱，對全防護區的艙室壓力進行監控、以及對流
量泄放閥開關進行控制。
1 25
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圓耀 ．萎淤 勇∥ 蕊糍郴
萬方數據
第4期船海工程第42卷
(4)為確定密閉艙室內超壓值保持穩定，應
在防護區內配置一定數量的差壓表來指示超壓
值。由于風向風速的差別，在同一防護區內的不
同差壓表讀數會有很大的變化。因此，防護區內
的差壓表在高壓進氣口處應設計緩沖器。
3)有限防護區設備配置。有限防護區只能
提供較低程度的有限防護¨1|。在有限防護區內
只配置濾塵器等設備，只能對大顆粒污染物進行
過濾，無法消除毒劑云團等化學戰劑。因此，在有
限防護區內一定要安裝核生化戰劑探測器，一旦
探測到有核生化沾染就要合理的穿戴防護面具、
防護服等。
4)防護區邊界確定。為防止煙霧和火焰通
過通風管道傳遍全艦，艦上的通風系統只能用于
一個火災防護區。因為通風系統為火災和煙霧提
供了從一個密閉區擴散到另一個密閉區的途徑，
而核生化污染物也能通過這些通風管道傳播。因
此使用防火區的艙壁作為防護區的邊界是選擇全
防護區位置的主要考慮。
因此，防護區的邊界設計應盡量與防火區邊
界設計相一致。
5)防護區污染控制。對污染控制技術的正
確應用可以有效防止艦員暴露在核生化危險之
中，限制有害環境對于作戰能力的影響，并能減少
對一次性使用的化生防護器材的需要用量，污染
控制包括如下幾項。
(1)預防或者減少沉積在艦艇上的核生化污
染的數量措施。
(2)限制艦員暴露在已查明或懷疑遭受污染
的艇上區域的方法。
(3)盡可能減少污染向干凈區域傳播的方
法。
(4)清除或降低艦艇表面、設備、艦員以及服
裝上的污染強度的方法。
6)防護區通風系統風道設計。防護區通風
系統風道設計應有回風凈化路徑。回風凈化路徑
主要提供防護區內通風系統循環，對防護區內空
氣循環凈化。另外，在防護區通風系統流程上設
計輔助路徑，在防護區發生火災時，利用防護區回
風凈化路徑由控制單元轉換為防護區排煙路徑
(避開碳濾器和高效顆粒濾器)，風機采用專用或
共享濾器風機，如果采用共享風機，系統設計時共
享風機必須設計正轉或反轉控制。
】26
7)全防護區排水彎管的設計。在壓力區內
的排水彎管都是4 ft的彎管，排水彎管設置在壓
力區以外。全防護區內的正壓力與大氣壓有差
別，必須使用這種較大尺寸的彎管。而標準尺寸
彎管中的水會被迫壓出來，會致使空氣從壓力區
通過污水管泄漏出去減小防護區內的正壓力。當
防護區不加壓時，污水管的氣體會漏入裝有排水
管的艙室。若4 ft彎管失去了水封，全防護超壓
就無法建立。
5 結束語
構建大型水面艦船集體防護體系是一個復
雜、綜合的系統，需要艦船設計、建造、監制和防化
等多個部門相互配合，通力合作，才能建立一個完
善、有效的集體防護體系，以滿足大型水面艦船參
與核生化條件下作戰的需要。
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萬方數據
第4期船海工程第42卷
飄；：恐封
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甜俞目p舍]禽
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圖8損管系統架構
在計算機上分別用VMware虛擬機模擬出2
個InTouch節點，加上本機InTouch開發節點，一
共是3個。PLC采用Modicon公司的Concept2．6
進行模擬仿真，采用Modbus通訊協議進行數據
傳輸。并在InT0uch節點上安裝Modicon MoDB—
uS Ethemet驅動程序。Oracle數據庫安裝在開發
節點和其它任意一個InTouch節點上，進行雙機
互備"J，這樣即使任意一臺0racle服務器損壞或
出現故障，也能保證損管系統的正常運行。
實驗證明，關閉任意一個無PLC仿真器節點
的網絡連接，其它的節點數據的傳輸控制都不受
影響，有一定的容災能力。
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The Disaster Tolerance and the Securitv Mechanism of the
Warship Damage Contr01 System Design
LU Xuan
(China Ship Devel叩ment and Design Center，Wuhan 430064，China)
Abstract：The disaster recovery capability and security mechanism of the damage control system was discussed． By analy—
zing the networl(snllcture and the authority mechanism separately， the network sⅡ．Llcture was obtained with higher redundancy，
reliability and the autho—ty mechanism which is more suitable for development and maintenance of the warship damage control
system． Through implementing and testing of the damage conn‘ol system with InTouch plaⅡbnn，the network snljcture and the au—
thodty mechanism get the expected result．
Key wordIs：damage control；InTouch；disaster tolerance；secu rity mechanism
(上接第126頁)
Shipboard CoUective Protection Svstem and Its Classification
ZHAo Yanmlli，QUAN Xiao—peng，NIE Ya-jie，LI Long
(No．7 l 8 Research Institute of CSIC，Handan Hebei 056027，China)
Abstract：In 1ight of the experience of foreign navy and the shipboard collection protection system deployed in our warships，
some novel coUective pmtection strategies were discussed about，including how to set the protec“on class in collective protection
zone，how to deternline protective area and protective principle，based on the testing results of pmtotype and fhll scale tests．
Key words：shipboard collection protection system；NBc wa—’are；protection classification；regenerative technology
130

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