載運(yùn)危險(xiǎn)貨品船舶管弄的通風(fēng)設(shè)計(jì)

中船黃埔文沖船舶有限公司 熊曉陽(yáng) 郝立國(guó) 王冬梅 劉富均

散貨船/集裝箱船的管弄設(shè)置在雙層底內(nèi)，位于中心線處，與貨艙相鄰，內(nèi)部布置有艙底水及壓載水系統(tǒng)、液位遙測(cè)系統(tǒng)、閥門遙控系統(tǒng)及各類管弄照明等電氣設(shè)備。貨艙底部設(shè)有污水井，用于收集貨艙內(nèi)的污水，由設(shè)置在管弄里的艙底水管將貨艙污水井內(nèi)的污水集中排放至舷外或污水沉淀艙。本文主要介紹在滿足相關(guān)規(guī)范要求的前提下，應(yīng)如何設(shè)置載運(yùn)危險(xiǎn)貨品船舶的管弄通風(fēng)系統(tǒng)。

規(guī)范要求

1、危險(xiǎn)區(qū)的定義

根據(jù)IMO《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)品規(guī)則》 (《IMDG 規(guī)則》)和《國(guó)際海運(yùn)固體散貨規(guī)則》 (《IMSBC規(guī)則》)的有關(guān)規(guī)定，需對(duì)電氣設(shè)備采取安全措施的危險(xiǎn)貨物分為有包裝的危險(xiǎn)貨物、散裝固體危險(xiǎn)貨物等若干類。

船舶由于載運(yùn)這些規(guī)定的危險(xiǎn)貨物可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)區(qū)域可分為以下兩類：

（1）在正常工作狀態(tài)下可能出現(xiàn)爆炸性環(huán)境的區(qū)域或處所，稱為危險(xiǎn)區(qū)；

（2）在正常工作狀態(tài)下不太可能出現(xiàn)爆炸性環(huán)境，即使出現(xiàn)也僅僅是偶然的和短時(shí)間的區(qū)域或處所，稱為擴(kuò)大危險(xiǎn)區(qū)。

2、規(guī)范對(duì)于管弄是否屬于危險(xiǎn)區(qū)域的要求

對(duì)于載有危險(xiǎn)貨品的散貨船/集裝箱船，根據(jù)《IEC60092-506-2003 載運(yùn)特殊危險(xiǎn)貨物和散裝危險(xiǎn)材料的船舶》要求，載運(yùn)閃點(diǎn)低于 23℃有包裝的易燃液體（3 類、6.1類或8類）、鋁熔煉/再熔煉副產(chǎn)品（UN3170）、經(jīng)加工的鋁熔煉/再熔煉副產(chǎn)品（ MHB）、硅鐵（MHB）和硅鐵（ UN1408），其帶有法蘭、閥門、泵的艙底水管路構(gòu)成了釋放源，含有該釋放源的圍蔽處所（例如管弄、艙底泵艙等）應(yīng)作為一個(gè)擴(kuò)大危險(xiǎn)區(qū)（等同于2 區(qū)），除非具有滿足IEC要求的正壓保護(hù)，該正壓保護(hù)包括了正壓通風(fēng)、失壓的聲光報(bào)警等等措施規(guī)定要求。

可實(shí)施方案分析

1、管弄作為安全區(qū)域，避免構(gòu)成危險(xiǎn)釋放源

將管弄內(nèi)的艙底水管路設(shè)置成不可拆形式，如采用對(duì)接焊或套管承插焊接，將所有的法蘭、閥門、泵等含有可拆接頭的位置集中至單一密封艙室布置，該密封艙室設(shè)置為擴(kuò)大危險(xiǎn)區(qū)域，管弄?jiǎng)t設(shè)置為安全區(qū)域。管弄按常規(guī)安全區(qū)域方案配置相關(guān)風(fēng)、水、電系統(tǒng)。此方案并未完全避免危險(xiǎn)區(qū)域的存在，且不可拆接頭形式對(duì)船廠施工工藝要求較高，對(duì)艙底水管道及閥門的設(shè)置要求較高。

2、管弄作為危險(xiǎn)區(qū)域，電氣設(shè)備采用防爆型

將管弄作為危險(xiǎn)區(qū)域?qū)Υ?，艙底水系統(tǒng)在管弄中采用常規(guī)法蘭、閥門及水泵設(shè)計(jì)，管弄內(nèi)部所有電器元件、設(shè)備均采用防爆型，包括并不限于壓載及艙底水系統(tǒng)的遙控閥件、液位遙測(cè)傳感器、電纜、管弄風(fēng)機(jī)等。防爆型電器元件及設(shè)備造價(jià)較高，此設(shè)計(jì)方案對(duì)成本影響較大。

3、管弄作為安全區(qū)域，采用正壓保護(hù)

具有滿足IEC要求的正壓保護(hù)，該正壓保護(hù)包括了正壓通風(fēng)、失壓的聲光報(bào)警等措施規(guī)定要求。管弄作為安全區(qū)域，按常規(guī)安全區(qū)域設(shè)置管系及電氣設(shè)備。

（1） 規(guī)范對(duì)正壓保護(hù)的要求

IEC60092-506第7節(jié)對(duì)正壓保護(hù)的要求如下：

①整個(gè)管弄處所應(yīng)維持至少25Pa以上的正壓，并且與管弄相關(guān)的門、逃生口、艙口蓋等應(yīng)保持關(guān)閉。

②在管弄內(nèi)布置的電氣設(shè)備初次啟動(dòng)或關(guān)閉之后，在為管弄內(nèi)任何電氣設(shè)備通電之前，如果管弄內(nèi)沒有正壓的情況下，則必須確保管弄內(nèi)部氣體無(wú)害，或進(jìn)行足夠時(shí)間的事先吹掃，使管弄內(nèi)部氣體可視為無(wú)害氣體，并且給管弄加壓。

注：規(guī)范認(rèn)為，當(dāng)管弄空間內(nèi)所有測(cè)量點(diǎn)的爆炸性氣體或蒸汽的濃度低于爆炸下限的30%時(shí)，氣體可視為無(wú)害氣體，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)，以確?？蓽y(cè)量出爆炸性氣體或蒸汽的最高濃度。

③應(yīng)加裝傳感器以確保管弄維持正壓。

④管弄應(yīng)能夠在任何門或開口打開狀態(tài)下保持要求的正壓水平，或應(yīng)能在任何門或開口處設(shè)置開關(guān)報(bào)警。

⑤如果正壓失效，應(yīng)采取以下保護(hù)措施以應(yīng)適用于在危險(xiǎn)區(qū)域使用時(shí)未受保護(hù)的電氣設(shè)備：設(shè)置聲光報(bào)警，并立即恢復(fù)正壓。如果正壓恢復(fù)需要一段時(shí)間或空氣內(nèi)可燃?xì)怏w上升至危險(xiǎn)水平，則應(yīng)斷開所有電氣設(shè)備。

（2） 規(guī)范解讀

通過解讀分析，管弄可采用機(jī)械送風(fēng)、自然排風(fēng)，管弄排風(fēng)口設(shè)置壓差傳感器，傳感器低于25Pa時(shí)能輸出報(bào)警信號(hào)至有人值守的地方，機(jī)械送風(fēng)風(fēng)機(jī)應(yīng)能提供運(yùn)行、報(bào)警信號(hào)至有人值守的地方。風(fēng)機(jī)故障后應(yīng)立即檢修故障風(fēng)機(jī)，以便盡快恢復(fù)正壓。管弄內(nèi)電氣設(shè)備應(yīng)能在正壓失效后手動(dòng)切斷管弄內(nèi)的電氣設(shè)備（閥門遙控及液位測(cè)量系統(tǒng)、管弄內(nèi)的照明及插座）電源。在風(fēng)機(jī)恢復(fù)運(yùn)行、氣體安全、且管弄大于25pa的正壓后，可恢復(fù)管弄內(nèi)的電氣設(shè)備供電。

實(shí)船應(yīng)用

以成功建造的某64000噸散貨船為例，研究正壓通風(fēng)措施。該根據(jù)該船規(guī)格書要求，貨艙可能會(huì)裝載危險(xiǎn)貨物，管弄和貨艙分隔，沒有開口或通道。但管弄內(nèi)設(shè)有艙底管系，包括法蘭、閥門、伸縮接頭等可拆接頭。該船的管弄還將布置遙控閥、液位遙測(cè)傳感器、照明燈、插座等電氣設(shè)備，綜合成本等因素，采用正壓保護(hù)方案將管弄空間按非危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)。

1、管弄通風(fēng)的綜合布置

（1） 管弄通風(fēng)方案

如圖1所示，該船的管弄設(shè)置在雙層底內(nèi)，位于第2至第7貨艙的中心線處。

圖1

管弄采用1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，布置在主甲板上，出風(fēng)口采用自然排風(fēng)口，主甲板處設(shè)有菌型通風(fēng)筒，排風(fēng)口處設(shè)有開度式壓差風(fēng)閘，用以精確控制該管弄內(nèi)正壓范圍，并可同時(shí)顯示管弄正壓狀態(tài)及輸出報(bào)警信號(hào)。通風(fēng)布置圖如圖2所示：

圖2

（2）管弄風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)管弄實(shí)際布置位置，計(jì)算出整個(gè)管弄的容積，約為2224.3m3，按規(guī)格書要求換氣次數(shù)6次/小時(shí)，通過計(jì)算公式：

Q=V*N=2224.3*6=13345.8m3/h

Q——風(fēng)量（m3/h）

V——容積（m3）

N——換氣次數(shù)（次/小時(shí)）

按計(jì)算出的風(fēng)量選用管弄軸流送風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：風(fēng)量13350m3/h，靜壓1000Pa，風(fēng)機(jī)型號(hào)CZF50C，電機(jī)采用德州Y160M1-2H型，功率11KW，電制采用440V/60HZ/3相交流電，考慮為室外布置，防護(hù)等級(jí)為IP56，絕緣為F級(jí)。

注：各個(gè)船級(jí)社入級(jí)規(guī)范對(duì)正壓要求的管弄換氣次數(shù)均為6次。

管弄風(fēng)機(jī)的布置如圖3所示：

圖3

（3）壓差風(fēng)閘的設(shè)置

差壓風(fēng)閘的布置如圖4所示，安裝在主甲板面菌型通風(fēng)筒與底座之間。

圖4

該船選用壓差風(fēng)閘外形及組成部件如圖5所示：

圖5

當(dāng)室內(nèi)外壓差小于25Pa時(shí)，智能微壓差變送器輸送電壓信號(hào)為0V，通過電控箱數(shù)字轉(zhuǎn)換器同樣輸出0V信號(hào)到風(fēng)閘電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器控制壓差風(fēng)閘處于關(guān)閉狀態(tài)，送風(fēng)機(jī)持續(xù)送風(fēng)給管弄加壓。

當(dāng)室內(nèi)外壓差大于30Pa時(shí)，智能微壓差變送器輸出2-10V電壓信號(hào)到電控箱，通過電控箱信號(hào)反饋到電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器控制壓差風(fēng)閘的葉片開啟一定的角度，實(shí)行卸壓，至管弄壓力維持在25Pa。如此反復(fù)，可精確控制管弄正壓范圍在25～30Pa之間，即保證了規(guī)范要求的管弄正壓，又避免了正壓過大導(dǎo)致的通向管弄的門、逃口等開啟或關(guān)閉困難。

電控箱、智能微壓差變送器及電動(dòng)執(zhí)行器電制均為DC24V。壓差風(fēng)閘為開度型，輸送信號(hào)時(shí)，可控制風(fēng)閘葉片角度在0°～90°區(qū)間變化，并可保持在某一固定角度不變。如果智能微壓差變送器給出的電壓信號(hào)是穩(wěn)定的，則風(fēng)閘可以固定在某一角度不變，以此實(shí)現(xiàn)管弄正壓精確控制。風(fēng)閘的電動(dòng)執(zhí)行器也可以進(jìn)行手動(dòng)控制，以確保風(fēng)閘電氣故障后進(jìn)行手動(dòng)操作。

（4）電氣設(shè)置

該船設(shè)有獨(dú)立的風(fēng)機(jī)運(yùn)行遠(yuǎn)程開關(guān)狀態(tài)指示，并設(shè)有故障聲光報(bào)警。風(fēng)機(jī)采用主配電板電源供電，應(yīng)急配電板作為備用電源，可進(jìn)行自動(dòng)切換。

管弄內(nèi)電氣設(shè)備可一鍵切斷電源，一旦管弄失壓，可立即進(jìn)行手動(dòng)切斷。風(fēng)機(jī)運(yùn)行不與管弄電氣設(shè)備供電連鎖，因?yàn)橐坏╋L(fēng)機(jī)故障，直接自動(dòng)切斷閥門遙控、液位遙測(cè)以及橫傾水泵等重要系統(tǒng)的供電，這樣操作有可能會(huì)影響船舶的航行安全。重要系統(tǒng)（例如艙底和壓載系統(tǒng)）應(yīng)采用適合在危險(xiǎn)區(qū)域2中使用的合格防爆型設(shè)備。

管弄失壓后，須立即采取措施恢復(fù)正壓，若不能立即恢復(fù)正壓，在人可操作的地方切斷電源，安裝在管弄中在失壓情況下還需要運(yùn)行的電氣設(shè)備，不得斷開，應(yīng)保持通電，且電氣設(shè)備需滿足危險(xiǎn)區(qū)域2的要求。

在駕駛室和集控室布置警示牌“在裝運(yùn)危險(xiǎn)品貨物時(shí)，必須保證管弄大于25pa的正壓，若管弄風(fēng)機(jī)故障，必須手動(dòng)切斷管弄內(nèi)的電氣設(shè)備（閥門遙控及液位測(cè)量系統(tǒng)、管弄內(nèi)的照明及插座）電源。在風(fēng)機(jī)恢復(fù)運(yùn)行，且管弄大于25pa的正壓后，恢復(fù)管弄內(nèi)的電氣設(shè)備供電?！?/p>

船舶操作手冊(cè)中包含關(guān)于在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)正壓或易燃?xì)怏w上升到危險(xiǎn)水平時(shí)，斷開管弄內(nèi)未受保護(hù)的電氣設(shè)備電源的程序說明。

（5）關(guān)于設(shè)置冗余機(jī)械通風(fēng)裝置的說明

該船未設(shè)置風(fēng)機(jī)冗余，若成本許可，可設(shè)置兩臺(tái)管弄風(fēng)機(jī)，一用一備用，常規(guī)設(shè)置如圖6所示，風(fēng)機(jī)下方設(shè)置了電動(dòng)關(guān)斷風(fēng)閘，以便兩臺(tái)風(fēng)機(jī)互相連鎖控制，一臺(tái)出現(xiàn)故障以后，另一臺(tái)風(fēng)機(jī)可立即啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)與其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)關(guān)斷風(fēng)閘連鎖控制，同開同關(guān)。

圖6

不適合在危險(xiǎn)區(qū)域2使用的設(shè)備和重要系統(tǒng)應(yīng)與機(jī)械通風(fēng)聯(lián)鎖，以避免在機(jī)械通風(fēng)停止時(shí)設(shè)備和系統(tǒng)還能工作。其余設(shè)置可參見上述設(shè)置方案。

壓差風(fēng)閘用于更精確的控制管弄正壓范圍，非規(guī)范要求的必須配置，常規(guī)情況也可僅僅在自然出風(fēng)口設(shè)置一只差壓傳感器即可。但此類設(shè)置可能會(huì)出現(xiàn)通往管弄的門因?yàn)檎龎哼^大而不好開啟和關(guān)閉，如有此類情況，建議加裝壓差風(fēng)閘控制。