郵船電力推進(jìn)系統(tǒng)安全返港評估

董良志, 曹亞冬

(中船郵輪科技發(fā)展有限公司，上海 200137)

0 引 言

郵船在發(fā)生不超過事故界限區(qū)域的火災(zāi)或進(jìn)水事故后應(yīng)具備安全返港的能力，電力推進(jìn)系統(tǒng)作為郵船安全返港的重要系統(tǒng)，可為郵船提供安全返港的動(dòng)力。該系統(tǒng)關(guān)系船舶、船員和乘客的安全，其安全返港設(shè)計(jì)評估格外重要。

國外先進(jìn)的郵船建造公司或設(shè)計(jì)公司具備安全返港系統(tǒng)評估能力，具備標(biāo)準(zhǔn)的評估流程、評估方法和評估軟件。我國在郵船安全返港系統(tǒng)評估方面尚處于起步階段，國內(nèi)郵船建造船廠和設(shè)計(jì)公司安全返港系統(tǒng)評估主要委托國外設(shè)計(jì)公司完成。目前國內(nèi)的研究學(xué)者[1-5]將重點(diǎn)放在安全返港設(shè)計(jì)階段，未對安全返港具體評估原理和方法進(jìn)行深入研究。安全返港貫穿客船整個(gè)生命周期，從概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)到建造、調(diào)試、試航和運(yùn)營。對郵船相關(guān)系統(tǒng)的供電、控制、布置和電纜等進(jìn)行分析和評估，確保在發(fā)生界限區(qū)域內(nèi)的事故時(shí)該系統(tǒng)可正常運(yùn)行。安全返港設(shè)計(jì)具有目標(biāo)導(dǎo)向和手段多樣化的特點(diǎn)，通過對電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行評估，采用系統(tǒng)總體評估和事故界限區(qū)域詳細(xì)評估的方法，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 評估原理

按照《國際海上人命安全公約》(SOLAS)第Ⅱ-2/21.4條和第Ⅱ-2∥22.3條要求，在發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)水事故后，在不直接受到事故影響的處所中需要保持運(yùn)行的所有系統(tǒng)和系統(tǒng)所屬部分稱為重要系統(tǒng)。對規(guī)范進(jìn)行總結(jié)，重要系統(tǒng)共分14類，在安全返港過程中發(fā)揮不可或缺的作用，其中，更為重要的是關(guān)鍵系統(tǒng)，其有可能因1個(gè)或多個(gè)火災(zāi)或因1個(gè)或多個(gè)進(jìn)水情況不能適當(dāng)運(yùn)行(事故均不超過臨界)。

圍繞重要系統(tǒng)和關(guān)鍵系統(tǒng)，國際海事組織(IMO)海上安全委員會(huì)(MSC)的MSC.1/Circ.1369通函給出大致的評估方案。每次評估應(yīng)分為兩步：①系統(tǒng)整體評估，涉及重要系統(tǒng)和功能要求，對發(fā)生規(guī)定的火災(zāi)或進(jìn)水事故后的重要系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化評估；②關(guān)鍵系統(tǒng)的詳細(xì)評估，即基于事故界限區(qū)域?qū)υO(shè)備和電纜的選型與走向等進(jìn)行詳細(xì)評估。基于上述評估，可找出導(dǎo)致重要系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并適當(dāng)采取措施(如分隔、雙套、冗余和加強(qiáng)保護(hù)等)，形成滿足安全返港要求的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)評估流程如圖1所示。

圖1 評估流程

2 電力推進(jìn)系統(tǒng)安全返港設(shè)計(jì)方案

根據(jù)安全返港規(guī)范對電力推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[6]，電力推進(jìn)系統(tǒng)采用雙套結(jié)構(gòu)和獨(dú)立布置。以某一中型郵船為例，該船參數(shù)如表1所示。配置艏艉2個(gè)機(jī)艙，機(jī)艙壁采用A60級水密分隔，艏艉發(fā)電機(jī)和配電板分別布置在對應(yīng)機(jī)艙內(nèi)。配置左右舷2個(gè)推進(jìn)機(jī)艙，推進(jìn)機(jī)艙壁采用A60級水密分隔。為便于設(shè)計(jì)評估，將艏機(jī)艙發(fā)配電系統(tǒng)和左推進(jìn)艙推進(jìn)系統(tǒng)劃分為A區(qū)，將艉機(jī)艙發(fā)配電系統(tǒng)和右推進(jìn)艙推進(jìn)系統(tǒng)劃分為B區(qū)。左右舷推進(jìn)變壓器、推進(jìn)變頻器、推進(jìn)電機(jī)和就地控制系統(tǒng)分別布置在對應(yīng)推進(jìn)艙內(nèi)。推進(jìn)系統(tǒng)的電纜走向應(yīng)遠(yuǎn)離失火區(qū)域和易產(chǎn)生機(jī)械損耗的區(qū)域，服務(wù)于2套推進(jìn)系統(tǒng)的電力電纜應(yīng)避免布置于同一事故界限區(qū)域內(nèi)。同樣，推進(jìn)系統(tǒng)的控制電纜需要參照電力電纜的走向原則設(shè)計(jì)，實(shí)際的電纜托架應(yīng)在水平和垂直2個(gè)維度上盡可能遠(yuǎn)離，最終確保推進(jìn)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)。電力系統(tǒng)單線圖如圖2所示，其中，PMS(Power Management System)為電力管理系統(tǒng)，I/O(Input/Output)為輸入/輸出，MVZ(Main Vertical Zone)為主豎區(qū)。

表1 郵船主要參數(shù)

圖2 電力系統(tǒng)單線圖

3 基于系統(tǒng)的評估方法

基于系統(tǒng)的評估和基于艙室的評估是評估的兩個(gè)基本過程，先進(jìn)行系統(tǒng)的總體評估，再進(jìn)行區(qū)域的詳細(xì)評估。在評估電力推進(jìn)系統(tǒng)事故的可能性時(shí)，應(yīng)從供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩方面進(jìn)行考慮：①損失1個(gè)供電線路或控制單元；②損失某一事故界限區(qū)域。評估流程如圖3所示。

圖3 評估流程

3.1 控制系統(tǒng)

對控制系統(tǒng)進(jìn)行評估，除事故界限區(qū)域評估外，控制單元的評估均為概述性。原因在于在設(shè)計(jì)初期，考慮安全返港可靠性要求，控制單元配置布置均采用冗余設(shè)計(jì)方式，冗余可大幅提高系統(tǒng)的可靠性。

該船2套推進(jìn)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相互獨(dú)立。每套推進(jìn)系統(tǒng)均包含1個(gè)獨(dú)立的就地控制站，并包含位于集控室和駕駛室的遙控控制站。就地控制站和遙控控制站之間具有通信聯(lián)系，但損失任何遙控控制站均不會(huì)影響推進(jìn)系統(tǒng)的功能。安全返港對遙控控制站無強(qiáng)制要求，僅要求就地控制站應(yīng)在安全返港時(shí)正常運(yùn)行。

3.2 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)類似，同樣可分為發(fā)電系統(tǒng)和事故界限區(qū)域進(jìn)行考慮。事故界限區(qū)域評估同樣放在基于艙室的評估中進(jìn)行。發(fā)電系統(tǒng)采用冗余原則，左舷推進(jìn)系統(tǒng)由艏部發(fā)配電系統(tǒng)供電，右舷推進(jìn)系統(tǒng)由艉部發(fā)配電系統(tǒng)供電。除艏艉機(jī)艙2套供配電系統(tǒng)外，配備1套應(yīng)急發(fā)配電系統(tǒng)。在發(fā)生不超過事故界限區(qū)域的事故時(shí)，應(yīng)保證上述3套發(fā)配電系統(tǒng)中的2套正常供電；在超過事故界限區(qū)域時(shí)，應(yīng)至少保證上述3套發(fā)配電系統(tǒng)中的1套正常供電。1套發(fā)電系統(tǒng)損失，不會(huì)影響左舷或右舷的推進(jìn)系統(tǒng)正常運(yùn)行，滿足安全返港規(guī)范要求。

4 基于艙室的評估方法

基于艙室的評估方法是對系統(tǒng)總體評估的完善和細(xì)化。若冗余系統(tǒng)的電纜穿過同一區(qū)域，則冗余性削弱，甚至導(dǎo)致無法滿足安全返港要求?；谙到y(tǒng)的總體評估不能檢驗(yàn)該類問題，而基于艙室的評估則可逐個(gè)區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)，對事故影響進(jìn)行詳細(xì)分析評估，確保系統(tǒng)可保證滿足安全返港要求。

4.1 評估文件準(zhǔn)備

4.1.1 事故界限區(qū)域編號

為便于對火災(zāi)和進(jìn)水事故界限區(qū)域進(jìn)行評估，需要對事故界限區(qū)域進(jìn)行編號，編號規(guī)則如圖4所示。水密線以下的甲板一般習(xí)慣性地以單一英文字母命名，依次為A甲板、B甲板、C甲板等，但由于郵船上層建筑的甲板較多，可能超過10層，因此在郵船的火災(zāi)事故界限區(qū)域編碼規(guī)則中，前兩位為甲板編號。具體來說，水密線以下的甲板，其編號的前兩位為“0+字母”，例如“0C”；上層建筑的甲板，其編號的前兩位為2個(gè)數(shù)字，以“01”開始。

圖4 事故界限區(qū)域編號規(guī)則示例

根據(jù)上述編號規(guī)則，可繪制該船推進(jìn)系統(tǒng)事故界限區(qū)域分割圖。某區(qū)域的事故界限區(qū)域劃分如圖5所示，每個(gè)區(qū)域均標(biāo)出事故界限區(qū)域編號，便于后續(xù)評估。以“013A03”為例，該編號表示1甲板、第3主豎區(qū)、固定式防火系統(tǒng)覆蓋、第3區(qū)域的事故界限區(qū)域。

圖5 某區(qū)域的事故界限區(qū)域劃分

4.1.2 繪制推進(jìn)系統(tǒng)評估原理圖

安全返港電纜分為4類，分別為防火電纜、路徑檢查電纜、區(qū)域內(nèi)電纜和不重要電纜。根據(jù)MSC.1/Circ.1369通函第13條解釋，由于在發(fā)生火災(zāi)時(shí)滿足一定條件的防火電纜仍視為可用，因此防火電纜不需要進(jìn)行評估。路徑檢查電纜和區(qū)域內(nèi)電纜均非防火類型，區(qū)域內(nèi)電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)位于同一區(qū)域，路徑檢查電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)不在同一區(qū)域。電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)位于同一區(qū)域，即電纜連接的2個(gè)電氣設(shè)備位于同一區(qū)域，若該區(qū)域損失，電纜存在與否并不重要。路徑檢查電纜連接的2個(gè)電氣設(shè)備位于2個(gè)區(qū)域，該類型電纜穿過的區(qū)域至關(guān)重要，對設(shè)備是否正常運(yùn)行具有很大影響，其穿過的每個(gè)區(qū)域均需要進(jìn)行評估。不重要電纜與安全返港無關(guān)，在評估時(shí)不需要考慮?；诎踩蹈鄣碾娎|選型流程如圖6所示。

圖6 安全返港的電纜選型流程

在進(jìn)行評估前，需要統(tǒng)計(jì)推進(jìn)系統(tǒng)各事故界限區(qū)域內(nèi)布置的設(shè)備和穿過的電纜。結(jié)合電力推進(jìn)系統(tǒng)圖、電纜類型和電氣設(shè)備布置圖，繪制安全返港電力推進(jìn)系統(tǒng)圖。以左舷推進(jìn)供電為例，安全返港的推進(jìn)供電系統(tǒng)如圖7所示，其中，數(shù)字1～9為電纜編號，與表2相互對應(yīng)。結(jié)合圖表進(jìn)行分析，可評估某事故界限區(qū)域發(fā)生事故對其他系統(tǒng)和設(shè)備的影響。以左舷推進(jìn)供電為例，供電電纜均為中壓電纜，沒有選用防火防水霧類型，且電纜起點(diǎn)和終點(diǎn)不在同一區(qū)域，安全返港電纜標(biāo)識為路徑檢查電纜。

表2 左舷推進(jìn)電纜路徑

圖7 左舷推進(jìn)供電系統(tǒng)

4.2 基于艙室的詳細(xì)評估

基于艙室的詳細(xì)評估主要以事故界限區(qū)域?yàn)橹行模噪姎庠O(shè)備所在區(qū)域的電纜類型和路徑進(jìn)行分析，評估該區(qū)域發(fā)生不超過事故界限的事故帶來的影響和需要采取的操作。

在明確評估區(qū)域后，從低層甲板開始，對事故界限區(qū)域逐個(gè)進(jìn)行評估。以0A1A42事故界限區(qū)域?yàn)槔?，對其進(jìn)行評估，如表3所示。在0A1A42區(qū)域發(fā)生事故損失時(shí)，需要考慮區(qū)域損失對推進(jìn)系統(tǒng)的影響、在該區(qū)域發(fā)生事故后進(jìn)行必要的手動(dòng)操作和船舶系統(tǒng)可用性描述。在0A1A42區(qū)域發(fā)生損失后，經(jīng)過該區(qū)域的左舷推進(jìn)中壓供電電纜發(fā)生損失，左舷推進(jìn)電機(jī)失去動(dòng)力來源，而B系統(tǒng)的右舷推進(jìn)仍正常使用，保證返港動(dòng)力。

表3 評估表格

根據(jù)上述步驟，基于艙室的評估方式對每個(gè)事故界限區(qū)域逐一進(jìn)行詳細(xì)評估，每個(gè)區(qū)域的事故影響可清晰表示。在完成所有的事故界限區(qū)域評估后，形成評估結(jié)果表，并顯示推進(jìn)系統(tǒng)與其他輔助系統(tǒng)的關(guān)系，如表4所示。按MSC.1/Circ.1369通函第2.6條所述，這些輔助系統(tǒng)應(yīng)為重要系統(tǒng)，同樣需要進(jìn)行安全返港評估。但其評估不應(yīng)在推進(jìn)系統(tǒng)的評估中進(jìn)行，而應(yīng)在其自身的安全返港評估中完成。

表4 推進(jìn)系統(tǒng)評估關(guān)系表(火災(zāi)事故)

上述評估驗(yàn)證該船電力推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足安全返港規(guī)范要求，在發(fā)生不超過事故界限區(qū)域的事故時(shí)，該系統(tǒng)的設(shè)備、電纜及其輔助系統(tǒng)可正常工作。

5 結(jié) 語

安全返港評估是郵船的一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，貫穿設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營各階段。以電力推進(jìn)系統(tǒng)為例分析安全返港評估的流程和方法，在完成評估后需要對不合理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和重新評估，需要手動(dòng)操作的系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)形成手動(dòng)操作手冊。通過上述方法編制的郵船電力推進(jìn)系統(tǒng)安全返港評估報(bào)告已通過船級社認(rèn)可，相關(guān)理論和方法可用于其他船型與系統(tǒng)的安全返港評估。