63 m雙燃料貨船安保系統(tǒng)設計

方　杰，李　偉

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

63 m雙燃料貨船安保系統(tǒng)設計

方杰1，李偉2

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

摘要：針對天然氣或天然氣、燃油混合動力船舶存在易燃易爆的問題，利用模塊化配置靈活、安全性高、經(jīng)濟可靠等特點，設計基于模塊化的63 m雙燃料貨船安保系統(tǒng)。實船證明，該系統(tǒng)性能良好，滿足相關(guān)設計要求。

關(guān)鍵詞：天然氣；燃油；混合燃料；安保系統(tǒng)；模塊化設計

0引言

天然氣是一種清潔、高效經(jīng)濟的能源。近年來，我國交通部門為響應國家綠色環(huán)保的要求，以及保證能源供應多元化和改善能源消費結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略布局要求，推廣天然氣動力或天然氣、燃油混合動力型船舶。但是，天然氣作為一種可燃氣體，一旦發(fā)生泄露將造成不可估量的重大損失，因此，有必要在使用天然氣或天然氣、燃油混合動力的船舶上配備一套安全保障系統(tǒng)，用于監(jiān)控天然氣的使用狀況，保障船舶的正常運營，提高船舶安全運行的系數(shù)。

根據(jù)市場需求，研究并設計了一批采用天然氣作為動力的船舶，如63 m雙燃料貨船、49.8 m天然氣貨船、49.8 m天然氣貨船等。本文以63 m雙燃料貨船為例，著重介紹該船安保系統(tǒng)的設計。

163 m雙燃料貨船簡介

63 m雙燃料貨船總長63 m，總寬13 m，型寬12.8 m，型深3.4 m，吃水2.8 m，載重量1 450 t，可裝載標準尺寸集裝箱56個，船舶總噸位890，設計航區(qū)A級，航速要求大于15 kn。

2安保系統(tǒng)的設計

依照《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》(2013)(以下簡稱“規(guī)范”)的要求，將船舶機器處所分為本質(zhì)安全機器處所、ESD防護式機器處所和增強安全機器處所3類。本質(zhì)安全機器處所是指機器處所在任何情況下(正常及異常情況)均處于氣體安全狀態(tài)；ESD防護式機器處所是指機器處所在正常情況下被認為處于氣體安全狀態(tài)，但在某種異常情況下可能變成氣體危險區(qū)域；增強安全機器處所是指主要通過加強機器處所通風、增加可燃氣體探測覆蓋、機器處所內(nèi)供氣管路采用全焊透對接焊等措施增強機器處所的安全水平。考慮到63 m雙燃料貨船具體情況，將機器處所定位為增強安全機器處所。

根據(jù)“規(guī)范”對增強安全機器處所的要求，為了確保天然氣供氣系統(tǒng)的安全可靠，進行了整合性設計，即在保證氣源監(jiān)控系統(tǒng)和主機監(jiān)控系統(tǒng)完整性的前提下，完成全船安保系統(tǒng)設計。63 m雙燃料貨船安保系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

安保系統(tǒng)設計采用模塊化方案，主要分為數(shù)據(jù)綜合處理部分、前段數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)交換部分。數(shù)據(jù)綜合處理部分由安?？刂乒駥崿F(xiàn)，可匯總采集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，然后發(fā)出相關(guān)指令。前段數(shù)據(jù)采集部分由火災報警系統(tǒng)、可燃氣體探測系統(tǒng)、通風導管控制器組成。數(shù)據(jù)交換部分由主機控制箱、氣罐控制箱組成?；馂膱缶到y(tǒng)、可燃氣體探測系統(tǒng)、通風導管控制器、主機機旁控制箱、氣罐控制箱各自相對獨立，自成系統(tǒng)，可將各自的監(jiān)測信號送至安?？刂乒?，由安?？刂乒窬C合分析處理。

(1)安?？刂乒裼蓛陕冯娫垂╇姡宦窞橹麟娫?，一路為蓄電池電源。主電源失效時，可自動轉(zhuǎn)換蓄電池電源供電，保證供電連續(xù)性。安保控制柜基于西門子S7-300可編程控制器制作，可采集開關(guān)量及模擬量信號，同時可將相關(guān)報警信號延伸至駕駛室控制臺。

(2)設1套帶地址編碼的固定式火災報警系統(tǒng)，全船居住艙室、走道、氣罐處所和機器處所設火災探測器，其中氣罐處所和機器處所要求設防爆類型感煙和感溫火災探測器兩種形式的火災探測器，火災時可準確定位每一個探測位置。

(3)設1套可燃氣體探測系統(tǒng)，氣罐處所、機器處所以及通風導管內(nèi)布置可燃氣體探測器，要求各個地方布置數(shù)量在2個以上(含2個)。

(4)氣罐控制箱由氣罐隨機配套，主要實現(xiàn)氣罐狀態(tài)監(jiān)測和天然氣動力管路供氣閥組的控制。氣罐狀態(tài)主要為液位、壓力和溫度等，天然氣動力管路供氣閥組的控制主要指天然氣動力管路上的自動截止閥、自動透氣閥和主氣體燃料閥這3個閥的互鎖功能，即自動關(guān)閉自動截止閥和主氣體燃料閥，自動打開自動透氣閥。

(5)主機機旁控制箱由主機隨機配套，主要實現(xiàn)監(jiān)測壓力、溫度、超速等主機各種運行狀態(tài)，以及實現(xiàn)天然氣和燃油的選擇供應。

圖1　63 m雙燃料貨船安保系統(tǒng)示意圖

3安保系統(tǒng)的實現(xiàn)功能和監(jiān)控內(nèi)容

3.1安保系統(tǒng)的實現(xiàn)功能

本船安保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“規(guī)范”要求的各項功能，即氣罐狀態(tài)監(jiān)測和天然氣動力管路供氣閥組的控制，氣罐處所及其連接處所和機器處所內(nèi)火災監(jiān)測，氣罐處所及其連接處所、機器處所內(nèi)和通風導管內(nèi)氣體濃度探測，通風導管風機狀態(tài)監(jiān)測和主機運行狀態(tài)監(jiān)測。

3.2安保系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容

本船安保系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容主要分氣體燃料充裝時的監(jiān)控和氣體燃料供應時的監(jiān)控兩部分。

3.2.1氣體燃料充裝時的監(jiān)控內(nèi)容

3.2.1.1聲光報警類

(1)圍壁或半圍壁充裝站內(nèi)探測到氣體濃度高于20%LEL(LEL為爆炸下限)。

(2)充裝管路雙壁管(通風導管)通風失效。

(3)充裝管路雙壁管(通風導管)探測到氣體濃度高于20%LEL。

(4)充裝總管上遙控截止閥失去驅(qū)動動力。

3.2.1.2聲光報警并A級動作類

A級動作指自動關(guān)閉充裝總管上的遙控截止閥。

(1)圍壁或半圍壁充裝站內(nèi)探測到氣體濃度高于40%LEL。

(2)充裝管路雙壁管(通風導管)探測到氣體濃度高于40%LEL。

(3)氣罐液位高。

(4)氣罐壓力高。

(5)充裝總管上手動截止閥關(guān)閉。

3.2.2氣體燃料供應時的監(jiān)控主要內(nèi)容

3.2.2.1聲光報警類

(1)氣罐壓力高。

(2)氣罐壓力低。

(3)氣罐液位低。

(4)1個探測器探測到氣罐連接處所內(nèi)氣體濃度高于20%LEL。

(5)氣罐處所內(nèi)污水井高液位。

(6)1個探測器探測到通風導管內(nèi)氣體濃度高于20%LEL。

(7)1個探測器探測到氣體閥件單元內(nèi)氣體濃度高于20%LEL。

3.2.2.2聲光報警并B級動作類

B級動作指自動關(guān)閉供氣總管上的主氣體燃料閥。

(1)2個探測器探測到氣罐連接處所內(nèi)氣體濃度高于40%LEL。

(2)氣罐處所內(nèi)探測到火災。

(3)氣罐處所內(nèi)污水井低溫。

(4)2個探測器探測到通風導管內(nèi)氣體濃度高于40%LEL。

(5)通風導管內(nèi)通風失效。

3.2.2.3聲光報警并C級動作類

C級動作指自動關(guān)閉主氣體燃料閥和互鎖氣體閥，自動開啟透氣閥。

(1)2個探測器探測到氣體閥件單元處所內(nèi)氣體濃度高于40%LEL。

(2)氣體閥件單元處所內(nèi)通風失效。

(3)探測到機器處所內(nèi)失火。

(4)探測到機器處所內(nèi)供氣管路破裂。

(5)1個探測器探測到機器處所內(nèi)氣體濃度高于20%LEL。

(6)機器處所內(nèi)通風失效。

(7)供氣管路內(nèi)壓力異常。

(8)控制閥門的工作介質(zhì)失效。

(9)發(fā)動機故障。

(10)發(fā)動機應急停車。

4結(jié)語

采用以上設計方案的好處主要有兩點：第一，從船舶的經(jīng)濟性角度看，可以有效節(jié)約船舶的建造成本，主要體現(xiàn)在可以最大程度利用船舶原有系統(tǒng)，如火災報警系統(tǒng)、可燃氣體探測系統(tǒng)等，避免系統(tǒng)的重疊設置，節(jié)約資金；第二，從船舶的安全性角度看，可以提高船舶的安全性，主要體現(xiàn)在本系統(tǒng)各模塊之間是有限結(jié)合，保持相對獨立完整性，不至于某個模塊發(fā)生故障，造成系統(tǒng)全部損壞。

目前，該型船已順利通過船檢檢驗并投入使用，其安保系統(tǒng)滿足要求，用戶反應使用情況良好。

參考文獻：

[1]中國船級社.天然氣燃料動力船舶規(guī)范(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：方杰(1982—)，男，工程師，主要從事船舶電氣工程設計工作；李偉(1987—)，男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造。

中圖分類號：U662.2

文獻標志碼：A