雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

李銀濤

（七○八研究所 上海 200011）

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

李銀濤

（七○八研究所 上海 200011）

可燃?xì)怏w探測(cè)；雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)（DFDE）；液化天然氣運(yùn)輸船（LNGC）；自然蒸發(fā)氣（NBOG）；強(qiáng)制蒸發(fā)氣（FBOG）；爆炸下限（LEL）

詳細(xì)介紹了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，包括可燃?xì)怏w探頭及取樣管在不同區(qū)域的布置情況及數(shù)量要求。所述內(nèi)容不僅涉及LNG船本身的要求，也覆蓋了其他類型的液化氣體運(yùn)輸船的相關(guān)要求。

0 引言

傳統(tǒng)的LNG船幾乎全部使用蒸汽輪機(jī)作為主推進(jìn)裝置，蒸汽輪機(jī)一枝獨(dú)秀的局面在LNG船領(lǐng)域存在了近40年之久，蒸汽輪機(jī)最大優(yōu)勢(shì)是可以方便地使用LNG蒸發(fā)氣，可靠性也較高。然而，近年來(lái)由于缺乏操作高壓鍋爐和蒸汽輪機(jī)的熟練船員，以及蒸汽輪機(jī)推進(jìn)效率較低、操縱性較差等因素；同時(shí)，隨著新材料、新科技、加工工藝及能力地不斷進(jìn)步與發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)為了能在行業(yè)界取得自已的一席之地，也不斷地發(fā)展新的技術(shù)、推出新的設(shè)備，在提高動(dòng)力系統(tǒng)整體安全性的同時(shí)，也增加了動(dòng)力系統(tǒng)選型的多樣性，使得越來(lái)越多的船東改變了使用蒸汽輪機(jī)作為L(zhǎng)NG船主推進(jìn)裝置的觀念，而更青睞于DFDE等新型動(dòng)力系統(tǒng)。

而隨著低碳經(jīng)濟(jì)，綠色能源，節(jié)能環(huán)保等概念在實(shí)際生產(chǎn)及生活中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)因其綜合熱效率低（一般不到30%），其在液化天然氣運(yùn)輸船（LNGC）上的應(yīng)用已逐漸追趕不上綠色能源前進(jìn)的步伐，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)（DFDE）能直接燃用氣體燃料，且具有較高的熱效率（約為49%），無(wú)疑DFDE的出現(xiàn)，為L(zhǎng)NG船提供了完美的綠色能源解決方案。

圖1 DFDE LNG船機(jī)艙預(yù)覽圖

常壓全冷式的LNG船，液態(tài)貨物在-163℃左右且具有很好絕熱層的低溫狀態(tài)下仍會(huì)蒸發(fā)，通常蒸發(fā)率在0.1%~0.15%。在貨艙條件下自然蒸發(fā)出的天然氣稱為NBOG（Natural Boil-OffGas），用人工減壓或升溫強(qiáng)制蒸發(fā)出的天然氣稱為FBOG(Forced Boil-OffGas)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可將LNG船運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的蒸發(fā)氣（NBOG&FBOG）作為燃料，使之轉(zhuǎn)化為航行過程中推進(jìn)及服務(wù)所需的電能。由此，一方面解決了液貨艙因BOG大量積聚產(chǎn)生壓力過高的危險(xiǎn)，另一方面也充分地利用了能源，避免了BOG的浪費(fèi)。另外，DFDE系統(tǒng)因其低油耗、低排放、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、安全性能高、動(dòng)力裝置占用空間小、布置靈活、載貨空間增大等眾多優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越受到業(yè)主的青睞。而常溫常壓下，天然氣作為一種易燃易爆氣體，在其作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用時(shí)，必須對(duì)其供氣管路進(jìn)行嚴(yán)密地保護(hù)及探測(cè)。因?yàn)橐坏┬孤?，將?huì)帶來(lái)極大的危險(xiǎn)與損失。

本文主要從規(guī)范的角度及船舶設(shè)備自身要求等方面闡述了DFDE薄膜型LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

為方便敘述，本文假定目標(biāo)船為一艘標(biāo)準(zhǔn)型且配有DFDE動(dòng)力裝置的LNG船，分設(shè)有4個(gè)薄膜型液貨艙及2個(gè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)艙，其中每一雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)艙安裝有2套雙燃料發(fā)電機(jī)組（共4套）。為給雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)提供并控制其燃燒用的BOG，在機(jī)艙左右舷區(qū)域分別設(shè)有1個(gè)GVU（Gas Valve Unit）房間，每個(gè)GVU間布置有為相應(yīng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供氣的2套GVU。另外為防止過量的BOG直接排放至大氣而產(chǎn)生危險(xiǎn)，目標(biāo)船還設(shè)有一臺(tái)氣體燃燒塔（GCU，GasCombustion Unit），為GCU服務(wù)的供氣閥組布置在GCU燃燒器室內(nèi)。兩個(gè)GVU間，兩個(gè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)間及GCU燃燒器室均為相互獨(dú)立的房間，均布置有相互獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。

1 可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

對(duì)于液化氣運(yùn)輸船，由于所裝載貨品有著不同的物理特性，因此其可燃范圍也各不相同?？扇挤秶侵缚扇?xì)怏w與空氣構(gòu)成的可燃混合物中可燃?xì)怏w的最小和最大濃度（體積分?jǐn)?shù)）之間的幅度，通常用爆炸下限（LEL：Lower Explosion Limit）和爆炸上限（UEL：Utmost Explosion Limit）來(lái)表示。對(duì)于LNG船，其貨品主要成分為甲烷（CH4），甲烷的爆炸極限（空氣中體積百分比）為5.0~15。甲烷作為一種比空氣輕且易燃易爆的危險(xiǎn)氣體，為了保證LNG船的營(yíng)運(yùn)安全，必須對(duì)貨品的泄漏情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

在DFDE LNG船的燃?xì)庀到y(tǒng)中，BOG經(jīng)貨物壓縮機(jī)壓縮，并用管道輸送到GVU間。在經(jīng)過GVU間相應(yīng)的控制閥組后，BOG通過雙壁管輸送至相應(yīng)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。當(dāng)NBOG不足以供DFDE運(yùn)行時(shí)，可通過船上的強(qiáng)制蒸發(fā)器產(chǎn)生FBOG以滿足DFDE運(yùn)行所需的氣量；而當(dāng)BOG在滿足DFDE運(yùn)行所需氣量并過量時(shí)，過量的BOG可通過管路及相應(yīng)的控制閥組引至GCU燃燒掉，以消除BOG大量積聚產(chǎn)生壓力過高的危險(xiǎn)。為保證LNG船的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并考慮安全因素，當(dāng)BOG量很少或是發(fā)生氣體泄漏時(shí)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可切換至燃燒重燃油。對(duì)于燃?xì)庀到y(tǒng)中可能產(chǎn)生氣體泄漏或是氣體容易聚集的場(chǎng)所，均應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)裝置，以實(shí)時(shí)檢測(cè)各相關(guān)場(chǎng)所的氣體泄漏情況。

不同的貨品有著不同的特性，可燃?xì)怏w探測(cè)設(shè)備選用需考慮到貨品的特性，一般采用吸收式紅外線氣體濃度檢測(cè)儀或接觸燃燒式氣體濃度探測(cè)儀來(lái)對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)。

2 規(guī)范對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的要求

可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)和運(yùn)輸船上的其他系統(tǒng)一樣，在設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)則以及相關(guān)設(shè)備制造廠的要求和推薦。其中IMO IGC Code（International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk，中文全稱：《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備的國(guó)際規(guī)則》）中的要求應(yīng)理解為是強(qiáng)制性的，且適用于所有的液化氣運(yùn)輸船（包括LNG船）。同時(shí)，不同船級(jí)社規(guī)范對(duì)此系統(tǒng)的要求也略有不同。

針對(duì)DFDE LNG船，有的船級(jí)社還出版了專門的指導(dǎo)性文件，設(shè)備制造廠也有相應(yīng)的要求和推薦，特別是可燃?xì)怏w系統(tǒng)供應(yīng)商和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商所述的應(yīng)用要求也需認(rèn)真考慮。本文主要按照IMO IGCCode，美國(guó)船級(jí)社（ABS）及中國(guó)船級(jí)社（CCS）的相關(guān)規(guī)范要求對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討性研究。

2.1 IMO IGC Code相關(guān)要求

根據(jù)IMO IGCCode第13章第6節(jié)中要求，下列處所內(nèi)應(yīng)設(shè)有固定的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)和聲光報(bào)警裝置：

（1）貨泵艙；

（2）貨物壓縮機(jī)室；

（3）用于貨物裝卸機(jī)械的電動(dòng)機(jī)艙；

（4）貨物控制室（被指定為氣體安全處所者除外）；

（5）貨物區(qū)域內(nèi)可能積聚蒸發(fā)氣的其他圍蔽處所（包括貨艙處所和除C型獨(dú)立液貨艙之外的獨(dú)立液貨艙的屏壁間處所）；

（6）如將貨物用作燃料時(shí)，相關(guān)機(jī)器處所的通風(fēng)罩和氣體燃料管道；

（7）空氣閘。

除上述要求外，氣體探測(cè)設(shè)備應(yīng)能在不超過30min的時(shí)間間隔期內(nèi)，依次從每個(gè)取樣點(diǎn)取樣和分析，但在上述（6）中所述的通風(fēng)罩和氣體管道進(jìn)行氣體探測(cè)時(shí)，應(yīng)連續(xù)取樣；對(duì)于薄膜型LNG船，貨艙處所和屏壁間處所均應(yīng)設(shè)有固定安裝且能測(cè)量0~100%的氣體濃度（按容積）的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)泄漏蒸發(fā)氣濃度達(dá)到在空氣中的30%LEL或達(dá)到主管部門根據(jù)特殊貨物圍護(hù)裝置認(rèn)可的其他極限值時(shí)，具有聲光輸出的報(bào)警裝置應(yīng)被觸發(fā)。各測(cè)量點(diǎn)的取樣管路應(yīng)相互獨(dú)立、而不允許用公共取樣管路直接連至氣體分析箱。

氣體探測(cè)設(shè)備可布置在貨控室、駕駛室或其他適當(dāng)?shù)奈恢?，?dāng)該裝置布置在氣體安全處所時(shí)，應(yīng)保證氣體取樣管上設(shè)有截止閥或等效裝置，以防止其與氣體危險(xiǎn)處所相互連通。同時(shí)，從探測(cè)器分析箱排放的氣體應(yīng)在安全位置排向大氣。

另外，每船需配備兩套經(jīng)認(rèn)可并適合所載貨品的便攜式可燃?xì)怏w探測(cè)儀，以及一臺(tái)經(jīng)認(rèn)可并可測(cè)量惰性氣體中含氧量的氧氣濃度儀。

對(duì)于將BOG作為燃料的LNG船，在燃用BOG的機(jī)器處所、為機(jī)器供氣的閥組處所及上述處所的機(jī)械排風(fēng)管中均應(yīng)設(shè)置可連續(xù)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度的探頭，用以檢測(cè)BOG的泄漏情況，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到30%LEL時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，而當(dāng)濃度達(dá)到60%LEL之前，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)關(guān)閉氣體燃料總閥以切斷氣體燃料供應(yīng)，此時(shí)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)切換至燃油模式，以保證LNG船的正常運(yùn)行。

2.2 美國(guó)船級(jí)社（ABS）相關(guān)要求

如果目標(biāo)船的入級(jí)船級(jí)社為ABS，除滿足IMO IGCCode相關(guān)要求外，美國(guó)船級(jí)社（ABS）對(duì)DFDE LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)還有如下要求：

（1）如果雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙機(jī)械通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口處沒有安裝可燃?xì)怏w探測(cè)裝置，則進(jìn)風(fēng)管上應(yīng)安裝止回裝置，以防止機(jī)艙的可燃?xì)怏w通過風(fēng)管往外泄漏，而當(dāng)該進(jìn)風(fēng)口安裝有可燃?xì)怏w探測(cè)裝置時(shí)，該處可不設(shè)止回裝置；

（2）與貨物相關(guān)的壓縮機(jī)、換熱器、泄放柜、分離器、液貨泵及電機(jī)等處所都應(yīng)安裝有可燃?xì)怏w探測(cè)器，當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到可燃?xì)怏w濃度超過30%LEL，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，而當(dāng)檢測(cè)濃度超過60%LEL時(shí)，貨物壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)停止，以防止可燃?xì)怏w繼續(xù)泄漏而產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)；

（3）可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能自檢，當(dāng)系統(tǒng)自檢發(fā)現(xiàn)自身故障時(shí)，該系統(tǒng)的輸出應(yīng)能自動(dòng)斷開并發(fā)出報(bào)警，以避免探測(cè)器故障導(dǎo)致錯(cuò)誤的緊急停車；

（4）對(duì)GCU，應(yīng)配備兩套相互獨(dú)立并能連續(xù)檢測(cè)的固定式可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)其中一套系統(tǒng)故障后，另一套系統(tǒng)可以馬上替代其進(jìn)行檢測(cè)工作；

（5）為GCU供氣的閥組上方也應(yīng)提供可燃?xì)怏w探測(cè)，當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到可燃?xì)怏w濃度達(dá)到30%LEL，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，而當(dāng)檢測(cè)濃度達(dá)到60%LEL時(shí)，為GCU供氣的閥組會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以切斷對(duì)GCU的燃?xì)夤?yīng)；

（6）雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱上應(yīng)設(shè)有氣體取樣口，以便使用便攜式可燃?xì)怏w探測(cè)儀對(duì)曲軸箱內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，曲軸箱應(yīng)安裝防爆型的油霧探測(cè)器和氣體探測(cè)設(shè)備或等效設(shè)備，氣體探測(cè)器可位于曲軸箱透氣管內(nèi)，其布置應(yīng)防止油霧污染該可燃?xì)怏w探測(cè)器。

2.3 中國(guó)船級(jí)社（CCS）相關(guān)要求

如果目標(biāo)船的入級(jí)船級(jí)社為CCS，同樣，在滿足IMO IGCCode相關(guān)要求的同時(shí)，中國(guó)船級(jí)社（CCS）對(duì)DFDE LNG船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)有如下要求：

（1）表1所規(guī)定的位置應(yīng)安裝固定式可燃?xì)怏w探測(cè)器。各處所內(nèi)可燃?xì)怏w探測(cè)器的數(shù)量應(yīng)根據(jù)該處所的尺寸、布置以及通風(fēng)予以考慮，但不應(yīng)小于表1規(guī)定的最低要求；如所使用的固定式可燃?xì)怏w探測(cè)器具有自檢功能，各單獨(dú)處所內(nèi)安裝的獨(dú)立可燃探測(cè)器最小數(shù)目可降為1臺(tái)；

表1 CCS對(duì)DFDE LNG船固定式氣體探測(cè)器的安裝要求

（2）可燃?xì)怏w探測(cè)裝置應(yīng)布置在氣體可能積聚的地方或布置在通風(fēng)出口處。氣體管路的環(huán)圍導(dǎo)管和機(jī)艙必須進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)；

（3）每個(gè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)艙室應(yīng)至少設(shè)有2套獨(dú)立的固定式可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)泄漏氣體；當(dāng)任一探測(cè)系統(tǒng)失效時(shí)，其余可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)仍應(yīng)滿足探測(cè)要求；

（4）可燃?xì)怏w探測(cè)裝置的聲光報(bào)警應(yīng)布置在駕駛室和機(jī)艙集控室；

（5）打開雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱之前，應(yīng)能對(duì)曲軸箱進(jìn)行惰化和除氣；

（6）正常情況下，當(dāng)管路內(nèi)存在氣體燃料，以及維修工作前進(jìn)行掃氣操作時(shí)，可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)保持工作；

（7）可燃?xì)怏w探測(cè)器的安裝位置是影響可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)有效性的關(guān)鍵因素，安裝時(shí)應(yīng)考慮氣流對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)器敏感度的影響。

2.4 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)自身要求

假定目標(biāo)船采用了4臺(tái)MAN公司型號(hào)為51/60DF的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)該機(jī)型ProjectGuide及Safety concept中對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的要求，在進(jìn)行可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)滿足如下要求：

（1）從甲板BOG機(jī)艙供氣總管截止閥至GVU房間的雙壁管外壁上應(yīng)安裝至少2個(gè)經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器（僅當(dāng)該供氣總管通過封閉的氣體安全處所時(shí)設(shè)該雙壁管）；

（2）在GVU房間，每只GVU上方需安裝至少2個(gè)經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器；

（3）GVU房間至雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的雙壁管外壁上需安裝至少2個(gè)經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度大于30%LEL時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，并將雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由燃?xì)饽Ｊ阶詣?dòng)切換至燃油模式，此時(shí)，GVU上為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供氣的電磁閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)惰氣（N2）會(huì)將GVU的供氣管路惰化，以完全消除爆炸的危險(xiǎn)；

（4）GVU間及雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)間的排風(fēng)管上需安裝至少2個(gè)經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器；

（5）為防止燃?xì)庑孤┎⒃陔p燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上方聚集，每臺(tái)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上方需安裝至少2個(gè)經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器；

（6）當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需的空氣直接通過風(fēng)管取自大氣，而不是由機(jī)艙風(fēng)機(jī)供應(yīng)時(shí)，進(jìn)風(fēng)口需設(shè)置進(jìn)風(fēng)關(guān)閉裝置并設(shè)置最少2個(gè)相互獨(dú)立并經(jīng)認(rèn)證的本質(zhì)安全型可燃?xì)怏w探測(cè)器，當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到可燃?xì)怏w超標(biāo)并報(bào)警時(shí)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的關(guān)閉裝置會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以切斷雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需的空氣，以避免爆炸的危險(xiǎn)；

（7）當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行或是供氣設(shè)備及管系處于惰化狀態(tài)時(shí)，必須要有兩套相互獨(dú)立并能連續(xù)檢測(cè)的固定式可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)；

（8）為防止設(shè)備取樣管路自身的泄漏，可燃?xì)怏w探測(cè)裝置應(yīng)能自檢；

（9）出于維修時(shí)的安全考慮，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱、滑油循環(huán)艙、高溫冷卻水膨脹水箱、低溫冷卻水膨脹水箱及噴油嘴冷卻水箱上均設(shè)有便攜式可燃?xì)怏w探測(cè)器接口及惰化接口。

2.5 可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

圖2 順序取樣可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖

對(duì)于液貨艙絕緣處所順序取樣系統(tǒng)，其測(cè)量原理如圖2所示，在不超過30min的時(shí)間間隔期內(nèi)，采樣泵通過端部濾器將各檢測(cè)點(diǎn)的取樣氣體依次抽至帶接點(diǎn)智能紅外氣體檢測(cè)變送器進(jìn)行分析，并顯示出取樣氣體中可燃?xì)怏w的濃度（按容積），當(dāng)該濃度值達(dá)到30%LEL時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)變送器還可將檢測(cè)的濃度值以4~20mA的信號(hào)輸送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以在各終端實(shí)時(shí)顯示出各取樣點(diǎn)可燃?xì)怏w的濃度。

對(duì)于需連續(xù)測(cè)量的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，其測(cè)量原理如圖3所示，探測(cè)頭布置在各需要檢測(cè)的區(qū)域，該探頭通過電纜與智能紅外變送式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀連接，將檢測(cè)到的可燃?xì)怏w濃度（按容積）顯示在檢測(cè)儀上，當(dāng)檢測(cè)濃度達(dá)到30%LEL時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)該變送器也可將檢測(cè)的濃度值以4~20mA的信號(hào)輸送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以在各終端實(shí)時(shí)顯示出各取樣點(diǎn)可燃?xì)怏w的濃度。對(duì)于安裝在氣體危險(xiǎn)區(qū)及所在處所有特殊要求的探測(cè)頭，應(yīng)為本質(zhì)安全型。

圖3 連續(xù)測(cè)量可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖

3 目標(biāo)船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 目標(biāo)船配置及設(shè)備布置概況

目標(biāo)船設(shè)有4個(gè)薄膜型液貨艙，該液貨艙的結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，根據(jù)規(guī)范要求，每個(gè)液貨艙的初級(jí)絕緣層及次級(jí)絕緣層均應(yīng)安裝固定式可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，該探測(cè)系統(tǒng)能在不超過30min的時(shí)間間隔期內(nèi)，依次從每個(gè)取樣點(diǎn)取樣和分析，并能測(cè)量從0~100%的氣體濃度（按容積），當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到在空氣中的30%LEL時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。

圖4 薄膜型液貨艙典型截面圖

另外，目標(biāo)船貨物區(qū)甲板上還布置有貨物壓縮機(jī)室及貨物電機(jī)室；船首布置有水手長(zhǎng)儲(chǔ)藏室及首泵艙（燃油輸送泵）；上層建筑里布置有貨控室，根據(jù)上述規(guī)范要求，在這些處所也都應(yīng)裝設(shè)可燃?xì)怏w探測(cè)裝置；燃?xì)庀到y(tǒng)方面，目標(biāo)船配置了4臺(tái)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及一臺(tái)GCU；推進(jìn)系統(tǒng)方面則采用了DFDE系統(tǒng)，具體的動(dòng)力配置及功率傳遞流程圖如圖5所示。

圖5 目標(biāo)船動(dòng)力配置及功率傳遞流程圖

如上文所述，目標(biāo)船的兩個(gè)GVU間，兩個(gè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)間及GCU燃燒器室均為相互獨(dú)立的房間，均布置有相互獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。按照規(guī)范要求，在該處所通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)管路上，均應(yīng)安裝可燃?xì)怏w探測(cè)裝置。

同時(shí)，目標(biāo)船的甲板BOG管路（單壁管）通過開敞區(qū)域直接進(jìn)入GVU間及GCU燃燒器室，而GVU至相應(yīng)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)間的供氣管均為雙壁管，此處雙壁管的外壁上也應(yīng)裝設(shè)可燃?xì)怏w探測(cè)裝置。

按照規(guī)范要求，具有通向危險(xiǎn)區(qū)域開口的非危險(xiǎn)封閉處所，應(yīng)設(shè)置一個(gè)空氣閘，并應(yīng)保持高于外部危險(xiǎn)區(qū)域的正壓通風(fēng)，在目標(biāo)船的貨物電機(jī)室即設(shè)有一個(gè)空氣閘，該處也應(yīng)設(shè)有可連續(xù)測(cè)量的可燃?xì)怏w探測(cè)裝置。另外，在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)間的新風(fēng)進(jìn)口及艙室空調(diào)進(jìn)風(fēng)口處也應(yīng)設(shè)有可連續(xù)測(cè)量的可燃?xì)怏w探頭。

3.2 目標(biāo)船可燃?xì)怏w探測(cè)點(diǎn)布置位置及數(shù)量

根據(jù)上述規(guī)范及設(shè)備自身對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的要求，結(jié)合目標(biāo)船的實(shí)際布置情況，可按區(qū)域及功能將目標(biāo)船的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)分為四個(gè)子系統(tǒng)及一些手動(dòng)測(cè)量點(diǎn)：

（1）液貨艙絕緣處所順序取樣系統(tǒng)；

（2）機(jī)艙區(qū)域連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)A；

（3）機(jī)艙區(qū)域連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)B；

（4）其他區(qū)域連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)。

四個(gè)子系統(tǒng)為固定安裝式可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)A與系統(tǒng)B為兩個(gè)相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，但其探測(cè)點(diǎn)位置一樣。當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行或是供氣設(shè)備及管路處于惰化狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)A與系統(tǒng)B同時(shí)工作，其他工況下，只需其中一套系統(tǒng)處于工作狀態(tài)即可。當(dāng)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)通過自檢檢測(cè)到其中一套系統(tǒng)（A或B）故障時(shí)，另外一套系統(tǒng)（B或A）能馬上替代發(fā)生故障的系統(tǒng)，對(duì)各探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)。對(duì)于本身處于氣體危險(xiǎn)區(qū)及上文有明確要求的可燃?xì)怏w探測(cè)器，應(yīng)使用本質(zhì)安全型。

綜上所述，以目標(biāo)船為典型的DFDE LNG船，其可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)固定安裝的探頭及取樣管布置位置及型式如圖6所示。

出于維修時(shí)的安全考慮，還應(yīng)設(shè)置手動(dòng)便攜式可燃?xì)怏w測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)MAN 51/60DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)要求，應(yīng)在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)滑油循環(huán)艙、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)高溫冷卻水膨脹水箱、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)低溫冷卻水膨脹水箱、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴冷卻水箱等處所設(shè)置便攜式可燃?xì)怏w探測(cè)器接口及惰化接口，當(dāng)檢測(cè)到該處所的可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)，需用氮?dú)鈱?duì)該處所進(jìn)行除氣處理。

3.3 目標(biāo)船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合目標(biāo)船各處所可燃?xì)怏w探測(cè)點(diǎn)的具體探測(cè)原理及探測(cè)形式，根據(jù)圖6所示的目標(biāo)船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)框圖，可繪制出目標(biāo)船相關(guān)處所的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖。圖7為液貨艙絕緣處所順序取樣可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖，圖8為雙燃料發(fā)電機(jī)室及GVU間可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖。

圖8所示的處所同一探測(cè)點(diǎn)需設(shè)置兩個(gè)相互獨(dú)立的連續(xù)探測(cè)可燃?xì)怏w探測(cè)器，兩個(gè)探測(cè)器分屬于A探測(cè)系統(tǒng)和B探測(cè)系統(tǒng)。A探測(cè)系統(tǒng)與B探測(cè)系統(tǒng)為兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行或是供氣設(shè)備及管路處于惰化狀態(tài)時(shí)，兩系統(tǒng)需同時(shí)工作，其他工況下，只需其中一套系統(tǒng)處于工作狀態(tài)即可。當(dāng)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)通過自檢檢測(cè)到其中一套系統(tǒng)（A或B）故障時(shí)，另外一套系統(tǒng)（B或A）能馬上替代發(fā)生故障的系統(tǒng)，對(duì)各探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)，從而保證可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)在部分故障情況下仍能保證對(duì)各探測(cè)點(diǎn)的正常監(jiān)測(cè)。

圖6 目標(biāo)船可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)框圖

圖7 液貨艙絕緣處所順序取樣可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖

圖8 雙燃料發(fā)電機(jī)室及GVU間可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)原理圖

3.4 探測(cè)系統(tǒng)報(bào)警點(diǎn)及其功能設(shè)置

一般情況下，當(dāng)被檢測(cè)的氣體中可燃?xì)怏w濃度達(dá)到30%LEL時(shí)，可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，而當(dāng)可燃?xì)怏w濃度繼續(xù)升高時(shí)，可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)以產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，從而提前遏制危險(xiǎn)的產(chǎn)生。在進(jìn)行以目標(biāo)船為典型的DFDE LNG船的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在保證LNG船能正常航行的同時(shí)，結(jié)合實(shí)際的安全需求，各可燃?xì)怏w探測(cè)器報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置及動(dòng)作情況如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

DFDE薄膜型LNG船作為一種節(jié)能環(huán)保的高附加值船舶，在對(duì)其可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)備自身的要求，并充分考慮船舶危險(xiǎn)區(qū)域劃分及實(shí)際的使用情況，合理地布置及安裝可燃?xì)怏w探測(cè)裝置，保證LNG船營(yíng)運(yùn)過程中的用氣安全。

表2 報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置及動(dòng)作情況表

［1］IMO，International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk（IGC code）［EB/OL］.

［2］中國(guó)船級(jí)社.雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝指南［S］.2007.

［3］中國(guó)船級(jí)社.氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南［S］.人民交通出版社，2008.

［4］中國(guó)船級(jí)社，散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范［S］.人民交通出版社，2006.

［5］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器（JJG 693-2004）［R］.2004.

［6］美國(guó)船級(jí)社，ABSRULESFORBUILDINGANDCLASSING STEELVESSELS［S］.2010.

［7］美國(guó)船級(jí)社，ABSGUIDE FOR PROPULSION SYSTEMS FOR LNGCARRIERS［S］.2005.

［8］MAN，Project Guide for Marine Plants Dual-fuel Engine51/60DF in Compliance with IMOTier II［S］.2009.

［9］MAN，Dual-fuel Engine Safety Concept［S］.2008.

［10］McGuire and White，Liquefied Gas Handling Principles On Ships and in Terminals［S］.2005.

Flammable gas detecting system design for DFDE LNG carrier

Li Yin-tao

Flammable gas detecting；DFDE（Dual Fuel Diesel Electric）；LNGC（Liquefied Natural Gas Carrier）；NBOG（Natural Boil-Off Gas）；FBOG（Forced Boil-Off Gas）；LEL（Lower Explosion Limit）

This paper introduces the design essentials of flammable gas detecting system for DFDE LNGC，including installation position and quantity for detecting sensors and sample pipes in various spaces.The contents involve the requirement of LNGC and other liquid gas carriers.

U664.88

A

1001-9855（2011）02-0042-07

2010-07-30

李銀濤（1982-），男，漢族，工程師，主要從事船舶輪機(jī)系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)工作。