安全返港要求下的客船電氣設(shè)計

吳 駿王志剛趙凡琪（.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海000； .江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 上海093）

安全返港要求下的客船電氣設(shè)計

吳 駿1王志剛2趙凡琪1
（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011； 2.江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 上海201913）

客船安全性長期以來備受國際海事組織關(guān)注，海安會MSC216（82）決議中也修正了SOLAS對于2010年7月1日起建造客船的相關(guān)要求。文中介紹了對應(yīng)該決議要求的設(shè)計步驟及方法，對于規(guī)范的正確解讀以及相應(yīng)的設(shè)計方法總結(jié)給同類型船的設(shè)計者提供參考。

安全返港；設(shè)計步驟；設(shè)計方法

引　言

隨著客船規(guī)模的不斷增大，載運(yùn)乘客的數(shù)量也日益增加，而一旦發(fā)生海難事故，由于海上相對有限的救援能力，人員傷亡往往會相當(dāng)嚴(yán)重。國際海事組織對此也極為關(guān)注，陸續(xù)提出許多有關(guān)船舶安全的新要求。其在所頒布的海安會決議MSC216（82）的“經(jīng)修正的1974年國際海上人命安全公約”修正案中，對于“SOLAS第II-2條”進(jìn)行修改補(bǔ)充，增加了第21條“關(guān)于事故門限、安全返港及安全區(qū)的要求”、第22條“在失火事故后維持運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”以及第23條“客船上的安全中心相關(guān)設(shè)計要求”［1］。此3條要求均針對2010年7月1日起建造的客船，其適用范圍為按照SOLAS第II-1章2.5條的定義，長度為120 m及以上，或具有三個及以上主豎區(qū)的客船［2］。本文將對相關(guān)要求作詳細(xì)介紹并分析其對于電氣設(shè)計的影響。

1　目的與要求

1.1 目 的

第21條的目的是為確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使船舶在發(fā)生未超出所規(guī)定門限的事故后，依靠自身能力安全返港。

第22條的目的是為確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使船舶在發(fā)生超出所規(guī)定門限事故后，必要系統(tǒng)的殘存能力能夠支持人員有序撤離及棄船。

需要指出的是，以上規(guī)定中所提到的事故是指火災(zāi)或進(jìn)水。火災(zāi)事故門限包括：原發(fā)處所直至最近的“A”級邊界（原發(fā)處所受固定式滅火系統(tǒng)保護(hù)，該邊界可以是原發(fā)處所的一部分）；或者原發(fā)處所及相鄰處所直至最近的“A”級邊界（該邊界并非原發(fā)處所的一部分）。進(jìn)水事故門限包括：水線以下單個水密艙室［3］。

第23條的目的為確定客船上安全中心功能的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 要 求

1.2.1 第21條

當(dāng)火損或進(jìn)水未超出所規(guī)定門限時，在船上未受失火災(zāi)影響部分的下列系統(tǒng)應(yīng)維持運(yùn)轉(zhuǎn)：

（1）推進(jìn)系統(tǒng)；

（2）操舵系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)；

（3）導(dǎo)航系統(tǒng)；

（4）燃油注入、轉(zhuǎn)輸和服務(wù)系統(tǒng)；

（5）駕駛臺、輪機(jī)處所、安全中心、滅火隊及控?fù)p隊之間的內(nèi)部通訊系統(tǒng)、以及通知旅客和船員所需的內(nèi)部通訊系統(tǒng)；

（6）對外通訊系統(tǒng)；

（7）消防總管系統(tǒng)；

（8）固定式滅火系統(tǒng)；

（9）火、煙探測系統(tǒng)；

（10）艙底水及壓載系統(tǒng)；

（11）動力操作的水密和半水密門；

（12）預(yù)計支持“安全區(qū)”的系統(tǒng)；

（13）進(jìn)水探測系統(tǒng)；

（14）主管機(jī)關(guān)認(rèn)定的對控?fù)p至關(guān)重要的其他系統(tǒng)。

該條主要針對的是事故門限內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計要求，一般針對的是船舶航行操縱的系統(tǒng)能力、內(nèi)外通訊系統(tǒng)能力、固定式消防滅火能力、火災(zāi)探測、水密門報警、安全區(qū)供電等能力。

1.2.2 第22條

任何一個主豎區(qū)因失火而無法使用時，下列系統(tǒng)的布置與分隔應(yīng)能確保在失火主豎區(qū)外的部分維持運(yùn)行至少3小時：

（1）消防總管；

（2）支持通知、集合旅客及船員所需要的內(nèi)部通訊系統(tǒng)；

（3）對外通訊手段；

（4）供滅火使用的艙底水系統(tǒng)；

（5）逃生通道沿線、集中站和救生設(shè)備登乘站的照明；

（ 6）必須設(shè)有撤離導(dǎo)向系統(tǒng)。

該條主要是針對事故門限外的系統(tǒng)設(shè)計要求，僅針對消防系統(tǒng)、應(yīng)急狀態(tài)下的內(nèi)外通訊系統(tǒng)、逃生通道沿線的應(yīng)急照明等。

1.2.3 第23條

安全中心必須具有下列安全系統(tǒng)的全部功能（操作、控制、監(jiān)測或所需要的任何組合）：

（1）所有動力通風(fēng)系統(tǒng)；

（2）防火門；

（3）緊急報警系統(tǒng)；

（4）公共廣播系統(tǒng)；

（5）電動撤離導(dǎo)向系統(tǒng)；

（6）水密和半水密門；

（7）船殼門、裝貨門和其它關(guān)閉裝置的顯示器；

（8）內(nèi)（外）首門、尾門及任何其他船殼門的漏水；

（9）電視監(jiān)視系統(tǒng)；

（10）探火及報警系統(tǒng)；

（11）固定式局部滅火系統(tǒng)；

（12）灑水和同類系統(tǒng)；

（13）機(jī)器處所的水基滅火系統(tǒng)；

（14）召集船員用的警報系統(tǒng)；

（15）中庭排煙系統(tǒng)；

（16）進(jìn)水探測系統(tǒng)；

（17）消防泵及應(yīng)急消防泵。

該條為客船上設(shè)置安全中心的設(shè)計依據(jù)。當(dāng)?shù)?1條所指的事故門限內(nèi)有安全中心時，安全中心系統(tǒng)的設(shè)計要求也需要滿足安全返港的相關(guān)規(guī)定。

2　設(shè)計步驟及方法

針對以上要求，筆者根據(jù)某型客船的系統(tǒng)設(shè)計歸納出了設(shè)計步驟以及一些具體設(shè)計方法。

2.1 設(shè)計步驟

根據(jù)以上新增規(guī)范的要求設(shè)計工作應(yīng)分為以下幾步展開。

2.1.1 步驟1

根據(jù)船舶的實(shí)際運(yùn)營航線、最惡劣航速、返港狀態(tài)電力負(fù)荷等條件核算安全返港時間及燃油消耗。

該船自2011年6月開始設(shè)計，2013年9月開始建造，目前已經(jīng)交船。

該船滿足SOLAS第II-1章2.5條的定義，是國內(nèi)建造的首批需要執(zhí)行第II-2章中增加要求的船舶。表1為該船主要參數(shù)。

表1　客船主要參數(shù)

根據(jù)船級社對于安全返港的要求，應(yīng)以至少6 kn航速返回最近港口，設(shè)計需要具備最大返港時間為72 h，最大返港航程為：6×72 = 432 n mile。

根據(jù)航行海圖，本船設(shè)計航線中任意2個相鄰港口之間的最大距離不超過600 n mile（最大返港距離應(yīng)大于最遠(yuǎn)相鄰港口間距的一半），滿足要求。

為安全返港所設(shè)置的油艙容積應(yīng)同時滿足一臺主推進(jìn)柴油機(jī)和一臺發(fā)電機(jī)組在返港工況下運(yùn)行的燃油消耗要求。

因此需要在電力負(fù)荷計算中增加安全返港工況，以計算出返港工況時的用電量，進(jìn)而計算燃油的消耗。下頁表2為安全返港電力負(fù)荷計算表。

表2　安全返港電力負(fù)荷計算表

續(xù)表2

可見，本船在安全返港工況下的用電負(fù)荷為680 kW，安全返港燃油計算方法如下：

式中：NeS1為安全返港時主機(jī)功率，根據(jù)船模試驗及理論計算，蒲氏8級風(fēng)航速6 kn時主機(jī)功率2 800 kW；

geS1為安全返港時主機(jī)燃油耗率（238 g / kW·h）；

NeS2為安全返港時輔機(jī)正常工作負(fù)荷功率（680 kW）；

geS2為安全返港時主電站柴油機(jī)燃油耗率，為（198+5%）g / kW·h；

T為供油時間（72 h）；

ρ為燃油密度（815 kg/m3）；

k為容積系數(shù)，取1.2；

ν為未用盡容積系數(shù)，取1.1；

V4.1.8為安全返港專用燃油艙容積。

本船將燃油艙設(shè)置在前機(jī)艙區(qū)域，因此需要在后機(jī)艙區(qū)域設(shè)置專門供安全返港使用的燃油儲存艙，并且該儲存艙容積大于95 m3。

2.1.2 步驟2

根據(jù)事故門限區(qū)域的劃分設(shè)計電力系統(tǒng)（見圖1）。

圖1　安全返港電力系統(tǒng)原理圖

對電力系統(tǒng)而言，最嚴(yán)重的事故應(yīng)為放置發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙失火損毀，此時將沒有正常電力供推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行。因此需要將全船的發(fā)電機(jī)組分散布置在兩個推進(jìn)機(jī)艙內(nèi)，同時需分散設(shè)置兩塊主配電板，主配電板之間采用電纜連接。當(dāng)某一個機(jī)艙發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)水事故時可以人為斷開跨接開關(guān)，剩余機(jī)艙內(nèi)電站配置可以滿足返港用電需求。

本船在前、后機(jī)艙分別設(shè)置3臺945 kW柴油發(fā)電機(jī)組以及各1塊主配電板，在下橋樓甲板設(shè)置應(yīng)急發(fā)電機(jī)組以及應(yīng)急配電板。由于前、后主配電板與應(yīng)急配電板的跨接電纜分別從前、后機(jī)艙敷設(shè)，故當(dāng)一個機(jī)艙發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)水事故后不會影響到由應(yīng)急配電板供電的其他設(shè)備。

2.1.3 步驟3

針對第21條要求的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，同時某些系統(tǒng)在設(shè)備布置及功能實(shí)現(xiàn)方面也需要同時考慮第22條的要求。安全返港要求下的系統(tǒng)設(shè)計要求對比見下頁表3。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計方法簡介

筆者根據(jù)對于事故門限以及各個系統(tǒng)本身功能實(shí)現(xiàn)方式的理解，歸納總結(jié)出如下系統(tǒng)設(shè)計方法。

2.2.1 簡單備用法

第21條所要求的系統(tǒng)中導(dǎo)航系統(tǒng)的雷達(dá)、對外通訊系統(tǒng)的VHF電話等設(shè)備僅需要根據(jù)要求在事故門限范圍以外的地方另外配置一套即可，需要注意的是供電分電箱應(yīng)安裝在兩個不同的“A”級邊界分割區(qū)域。

2.2.2 分散布置法

第21條所要求的系統(tǒng)中動力操作的水密門報警系統(tǒng)由于控制報警設(shè)備均為功能獨(dú)立的成套設(shè)備，可以按照設(shè)備的布置位置就近設(shè)置報警控制箱，并在兩個不同控制部位設(shè)置報警顯示，需要注意的是水密門控制箱的報警電源應(yīng)來自兩個不同的“A”級邊界分割區(qū)域的分電箱。

2.2.3 艙室分割法

第21條所要求的系統(tǒng)中，由于推進(jìn)系統(tǒng)、操舵系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)、燃油注入、轉(zhuǎn)輸和服務(wù)系統(tǒng)、消防總管系統(tǒng)、艙底水及壓載等系統(tǒng)均設(shè)置在主機(jī)艙及舵機(jī)艙區(qū)域，故在艙室劃分階段就需要將主機(jī)艙與舵機(jī)艙分割為兩個獨(dú)立的防火分割及水密區(qū)（即前、后機(jī)艙及左、右舵機(jī)艙），使以上這些系統(tǒng)均有兩套設(shè)備且完全獨(dú)立，并需要從兩個機(jī)艙的配電板上獨(dú)立供電。

2.2.4 分布采集報警冗余控制法

第21條所要求的系統(tǒng)中進(jìn)水報警系統(tǒng)、通知和集合旅客及船員所需的內(nèi)部通訊系統(tǒng)、火災(zāi)探測等系統(tǒng)中使用的傳感器、探測器、通用報警警鈴、廣播揚(yáng)聲器等設(shè)備均是全船性布置的報警設(shè)備，需將控制箱冗余設(shè)置，采集箱或接線箱分布式布置，并將各個設(shè)備分別連接至兩個位于不同“A”級分割區(qū)域的采集箱或接線箱。該設(shè)計方法必須保證只有一個控制箱在線工作（必要時人工切換控制箱）。

2.2.5 尋找事故門限外安裝法

第21條所要求的系統(tǒng)中導(dǎo)航系統(tǒng)的航行燈控制系統(tǒng)，由于可將裝有電氣線路的控制箱安裝在露天甲板（即非失火源處所），故不受進(jìn)水事故和火災(zāi)事故的影響。系統(tǒng)設(shè)計時只需在兩個位于不同“A”級分割區(qū)域內(nèi)各放置一個控制板，控制箱連接燈具的電纜采用耐火電纜即可。

2.2.6 其他系統(tǒng)替代方法

第21條所要求的系統(tǒng)中固定式滅火系統(tǒng)的全船噴淋系統(tǒng)由于主控制箱設(shè)置在機(jī)艙以外，故不適用于艙室分割的方法，僅需要將噴淋管路與消防管路連接就可以使用位于機(jī)艙的一臺消防泵來代替噴淋泵的工作，滿足系統(tǒng)的功能。

2.2.7 冗余計算機(jī)系統(tǒng)法

第23條客船安全中心也需滿足第21條的要求，由于安全中心涉及的系統(tǒng)眾多，有些是全船分布的系統(tǒng)，如所有動力通風(fēng)系統(tǒng)及防火門監(jiān)控等，需要在全船各個不同的“A”級分割區(qū)域內(nèi)設(shè)置信息處理裝置，并在特定處所（一般為駕駛室）設(shè)置一套計算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)相關(guān)信息的采集與處理，同時在位于此處所不同的“A”級分割區(qū)域內(nèi)再設(shè)置同樣一套計算機(jī)系統(tǒng)冗余備份，將采集的各種信息集中在同一個船型界面上顯示控制，方便值班人員必要時在不同的站位操作。

表3　安全返港系統(tǒng)設(shè)計要求對比表

通過以上各種方法既可滿足規(guī)范的要求，又能最大程度上節(jié)省電纜使用及設(shè)備訂貨。

3　結(jié)　論

安全返港對于任何一個客船電氣設(shè)計師來說均是一次全新的嘗試，對于規(guī)范的理解過程也較為復(fù)雜，希望本文對于規(guī)范的解讀以及相應(yīng)的設(shè)計方法總結(jié)能夠給同類型船的設(shè)計者提供一些參考。

［1］ IMO.國際海上人命安全公約SOLAS［S］. 2014.

［2］ 顧一清.安全返港的相關(guān)要求及對電氣設(shè)計的影響［J］.船舶設(shè)計通訊，2013（增刊2）： 62-66.

［3］ 劉正江. 從IMO在提高客滾船安全方面的新舉措看客滾船未來發(fā)展趨勢［J］. 中國海事，2010（1）：5.

Electrical design of passenger ships under requirements of safety return to port

WU Jun1WANG Zhi-Gang2ZHAO Fan-qi1
(1. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China; 2. Jiangnan Shipyard(Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The safety of passenger ships has long been concerned by the international maritime organization (IMO). The MSC216(82) resolution of the IMO maritime safety committee (MSC) amended the relevant requirements in the convention on the safety of life at sea (SOLAS) about the passenger ships which are built after July 1st , 2010. This paper introduces the design procedure and design methods according to the resolution requirements. The correct interpretation of the regulations and the conclusions of the corresponding design methods can provide reference for the design of the similar ships.

safety return to port ; design procedure; design methods

U665

A

1001-9855（2016）04-0078-09

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2016.04.078

2016-04-27；

2016-05-10

吳 駿（1981-），男，高級工程師，研究方向：船舶電氣設(shè)計。

王志剛（1979-），男，工程師，研究方向：船舶電氣設(shè)計。

趙凡琪（1988-），女，工程師，研究方向：船舶電氣設(shè)計。