采用C貨艙的LNG運(yùn)輸船貨物系統(tǒng)危險(xiǎn)區(qū)域劃分研究

謝小波，何金平，高秋玲

(1. 中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津300452；2. 天津大港油田集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司 天津300272)

0 引 言

隨著世界能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，各國(guó)對(duì)天然氣的需求量與日俱增，因此LNG 運(yùn)輸船在造船工業(yè)中的份額不斷加大。近年來(lái)，LNG 運(yùn)輸船隊(duì)迅速增多，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)拇笮?LNG 運(yùn)輸船體積越來(lái)越龐大，新一代Qmax 級(jí)LNG 運(yùn)輸船已投入營(yíng)運(yùn)，各國(guó)用于LNG 各港口間調(diào)配運(yùn)輸?shù)闹行⌒蚅NG 運(yùn)輸船隊(duì)伍也日漸壯大。

目前在全球運(yùn)營(yíng)的中小型LNG 運(yùn)輸船大都采用獨(dú)立C 型貨艙，該貨艙是一種半冷半壓式的壓力容器，其主要形式有單圓筒、雙圓筒和三圓筒型，貨艙溫度設(shè)計(jì)為-163 ℃。該類型貨物維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)以貨艙、貨艙外處所、貨物管系、透氣系統(tǒng)等的布置，開(kāi)展危險(xiǎn)區(qū)域劃分設(shè)計(jì)。本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，闡述危險(xiǎn)區(qū)域劃分的要點(diǎn)，對(duì)船舶電氣設(shè)備的防爆等級(jí)選型等關(guān)鍵技術(shù)要求進(jìn)行分析，為該類型船舶設(shè)計(jì)建造提供參考。

1 危險(xiǎn)區(qū)域劃分概述

1.1 危險(xiǎn)區(qū)域的概念

危險(xiǎn)區(qū)域是指通?？赡芫奂兹蓟蛞妆瑲怏w、蒸氣、粉塵或爆炸物的區(qū)域[1]。LNG 運(yùn)輸船船舶，主要涉及液化天然氣的存儲(chǔ)與運(yùn)輸，其貨物系統(tǒng)主要是可燃性和爆炸性極強(qiáng)的甲烷氣體。在LNG 運(yùn)輸船設(shè)計(jì)建造中，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行識(shí)別和劃分，合理地選擇防爆電氣設(shè)備、電纜和機(jī)械裝置，可以最大程度地消除潛在引爆源以避免發(fā)生安全事故。

1.2 危險(xiǎn)區(qū)域的分類

對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，世界各國(guó)對(duì)其劃分不同，但大致可以分為兩大派系：我國(guó)和大多數(shù)歐洲國(guó)家采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的分類方法，而以美國(guó)和加拿大為代表的其他國(guó)家則采用北美分類方法。我國(guó)根據(jù)擬使用防爆電氣設(shè)備的選擇，依據(jù)爆炸性氣體存在的可能性及存在的時(shí)間長(zhǎng)短，將危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)劃分為3 類[2](表1)。

表1 危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)劃分表Tab.1 Classification of hazardous areas

1.3 針對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的安全性設(shè)計(jì)

對(duì)于LNG 運(yùn)輸船這種高科技特種船舶，需要從船舶總體設(shè)計(jì)中危險(xiǎn)區(qū)域劃分、設(shè)備選型、總體布置、監(jiān)測(cè)報(bào)警各方面采取有效措施，開(kāi)展危險(xiǎn)區(qū)域針對(duì)性設(shè)計(jì)。LNG 運(yùn)輸船危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)品主要是甲烷氣體，為防止可燃?xì)怏w擴(kuò)散，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵭羞吔缁刂疲谠O(shè)計(jì)中對(duì)船舶船體結(jié)構(gòu)、門、艙蓋、電纜穿艙件等進(jìn)行氣密分隔。在總體布置中，危險(xiǎn)區(qū)域的布置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離易發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)所，如機(jī)艙等處所[3]。在可能容易產(chǎn)生危險(xiǎn)氣體聚集的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置，也可以增加相應(yīng)的防爆型通風(fēng)裝置等，以減少危險(xiǎn)氣體的聚集或降低危險(xiǎn)氣體濃度。危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的機(jī)械裝置、電氣設(shè)備、管系等設(shè)備應(yīng)通過(guò)焊接、栓接、導(dǎo)線同電位跨接等手段可靠連接，避免靜電產(chǎn)生[4]。

2 LNG運(yùn)輸船危險(xiǎn)區(qū)域劃分設(shè)計(jì)

2.1 某LNG運(yùn)輸船危險(xiǎn)區(qū)域劃分實(shí)例

某LNG 運(yùn)輸船，貨物系統(tǒng)采用獨(dú)立的C 型貨艙，貨艙設(shè)計(jì)為-163 ℃壓力儲(chǔ)罐。在貨物系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)其介質(zhì)以及危險(xiǎn)氣體存在的環(huán)境，依據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)劃分定義，對(duì)貨艙內(nèi)部、管線、透氣桅、氣穹等區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域劃分，制定危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖，如圖1 為某LNG 運(yùn)輸船危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖(局部)。

2.2 電氣設(shè)備選型

危險(xiǎn)區(qū)域的電力裝置設(shè)計(jì)應(yīng)使設(shè)備和線路布置滿足規(guī)范要求，特別是將正常運(yùn)行時(shí)能產(chǎn)生火花的設(shè)備布置在爆炸性環(huán)境以外。當(dāng)需要設(shè)置在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)時(shí)，應(yīng)布置在爆炸危險(xiǎn)較小的位置，并采用防爆型設(shè)備。

圖1 某LNG船危險(xiǎn)區(qū)域劃分局部圖Fig.1 Hazardous area division of LNG carrier

設(shè)計(jì)中，在滿足生產(chǎn)工藝及安全的前提下，應(yīng)減少防爆電氣設(shè)備的使用數(shù)量。爆炸性環(huán)境內(nèi)的電氣設(shè)備及線路應(yīng)符合該環(huán)境條件對(duì)該設(shè)備的要求。爆炸性環(huán)境內(nèi)所用防爆電氣設(shè)備應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3836.1《爆炸性環(huán)境第1 部分：設(shè)備通用要求》的規(guī)定[5]。

防爆電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)爆炸性危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)和爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)的類別、級(jí)別和組別進(jìn)行選型，并符合安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則。防爆電氣設(shè)備分為2 類：Ⅰ類為煤礦井下用電氣設(shè)備，Ⅱ類除礦井以外的場(chǎng)所使用的電氣設(shè)備。Ⅱ類電氣設(shè)備，按其適用于爆炸性氣體混合物最大試驗(yàn)安全間隙或最小點(diǎn)燃電流比，細(xì)分為ⅡA、ⅡB、ⅡC 3 類，并按其最高表面溫度分為T1～T6 共6 組[6]。

LNG 運(yùn)輸船貨物系統(tǒng)設(shè)備的選型，依據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖，開(kāi)展設(shè)備選型。設(shè)備選型參照表2。types in hazardous areas

表2 氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所用電氣設(shè)備防爆類型選型表Tab.2 Selection of explosion-proof electrical equipment

3 結(jié) 語(yǔ)

LNG 運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)與劃分直接關(guān)系著船舶本身的安全及日后的運(yùn)營(yíng)安全。LNG 船舶貨物系統(tǒng)是船舶的核心內(nèi)容，針對(duì)貨物系統(tǒng)開(kāi)展危險(xiǎn)區(qū)域的分類與劃分，明確船舶危險(xiǎn)區(qū)域的范圍和等級(jí)，并有針對(duì)性地開(kāi)展危險(xiǎn)區(qū)域管理，指導(dǎo)船舶整體布置與危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備選型至關(guān)重要。

本文以對(duì)某C 型貨艙LNG 運(yùn)輸船危險(xiǎn)區(qū)域劃分為實(shí)例，闡述該類型船舶危險(xiǎn)區(qū)域劃分的依據(jù)和電氣設(shè)備選型依據(jù)，旨在為該類型船舶設(shè)計(jì)中危險(xiǎn)區(qū)域劃分提供參考。