穿梭油輪氣體探測系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

張建方

（舟山中遠海運重工有限公司，浙江 舟山 316131）

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的需求量逐漸增大，海上石油的開采也一直處于較高水平，這種經(jīng)濟現(xiàn)狀強有力地推動了海上石油工業(yè)的發(fā)展。許多新的大型海上油田不斷被發(fā)現(xiàn)，穿梭油輪由于其儲油、運輸、裝載和卸載的優(yōu)勢，成為快速、經(jīng)濟、有效地開發(fā)海上油田不可或缺的裝置[1]。

石油是一種由多種物質(zhì)組成的混合物，其中含有多種碳氫和硫化氫化合物，部分碳氫和硫化氫化合物的揮發(fā)性比較強，很容易形成可燃性和有毒性的蒸汽。當(dāng)可燃性的氣體與空氣中的氧氣混合并達到一定的濃度時，在遇到明火的情況下就會發(fā)生爆炸。引起爆炸的可燃氣體最低體積分數(shù)為爆炸下限（LEL），為將油輪上爆炸的概率降到最低，通常會向油艙注入惰性氣體，用于降低油氣和氧氣的含量比。由于石油的持續(xù)揮發(fā)性問題，需要利用氣體探測系統(tǒng)反復(fù)地測量，從而掌握可燃性氣體和有毒性氣體體積百分數(shù)的即時變化情況，以便采取應(yīng)對措施將可燃和有毒氣體體積分數(shù)控制在安全范圍內(nèi)。

1 穿梭油輪氣體探測系統(tǒng)的設(shè)計

鑒于氣體探測系統(tǒng)在穿梭油輪上對于人員及船舶安全的重要作用，本文參照某船廠建造的154 000 DWT 穿梭油輪實船應(yīng)用，介紹穿梭油輪氣體探測系統(tǒng)的設(shè)計。

1.1 氣體探測系統(tǒng)的原理

氣體探測系統(tǒng)是氣體泄漏檢測報警系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄漏時，檢測到氣體體積百分數(shù)達到爆炸或中毒報警器設(shè)置的臨界點時，氣體探測報警器就會發(fā)出報警信號，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障船員及船舶安全。可燃氣體和有毒氣體體積百分數(shù)量程及報警值如表1所示，量程和報警值可以根據(jù)設(shè)計規(guī)格書或船東要求進行調(diào)整。

表1 可燃氣體和有毒氣體體積百分數(shù)量程及報警值%

1）氣體探測系統(tǒng)分類。穿梭油輪上氣體探測系統(tǒng)分為抽氣式氣體取樣探測和傳感器式氣體探測2種。

（1）抽氣式氣體取樣探測。工作原理：吸氣泵通過取樣管從被保護區(qū)內(nèi)連續(xù)采集空氣樣品放入探測器，空氣樣品經(jīng)過過濾器組件濾去灰塵顆粒后進入氣體分析單元，經(jīng)過氣體分析單元分析，完成信號轉(zhuǎn)換，顯示器顯示氣體體積百分數(shù)值及其報警等級。氣體探測設(shè)備應(yīng)設(shè)計為從每個被保護處所內(nèi)的每一取樣管路進行取樣和分析，相繼間隔不超過30 min。

（2）傳感器式氣體探測。按傳感器劃分主要有催化燃燒式傳感器、電化學(xué)傳感器、紅外傳感器、半導(dǎo)體傳感器和光離子傳感器。幾種傳感器的主要工作原理如下：①催化燃燒式傳感器屬于高溫傳感器，其工作原理是利用可燃氣體燃燒帶來熱量的原理，提高鉑線圈溫度，產(chǎn)生電阻變化。根據(jù)電阻變化的大小獲得可燃氣體的體積百分數(shù)值。②電化學(xué)傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測氣體的還原性和氧化性，電子在化學(xué)反應(yīng)過程中被釋放吸收，大量電子形成電流，電流大小與被測氣體體積百分數(shù)成正比。通過這些反應(yīng)，可以區(qū)分氣體的成分和體積百分數(shù)。③紅外傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測氣體對紅外線的不同吸收程度形成特征和吸收峰，通過紅外光敏器件上電流的大小獲得可燃氣體的體積百分數(shù)。④半導(dǎo)體傳感器，其工作原理是利用金屬氧化物半導(dǎo)體材料在特定溫度下吸附氣體使其電阻值發(fā)生變化，根據(jù)電阻值的變化就能檢測氣體的體積百分數(shù)。⑤光離子傳感器，其工作原理是利用高能紫外線電離被測氣體，在極板上形成電流，通過電流大小獲得氣體體積百分數(shù)。

2）氣體探測系統(tǒng)選用。氣體探測系統(tǒng)需要根據(jù)實船設(shè)計需要以及設(shè)計規(guī)格書的要求，選取合適的氣體探測系統(tǒng)，該船選取傳感器式氣體探測系統(tǒng)，傳感器選用催化燃燒式傳感器和電化學(xué)傳感器。

1.2 氣體探測傳感器的設(shè)置

根 據(jù)DNV-RU-SHIP 《Part 6 Additional class notations, Chapter 4 Cargo operations, Section 2 Centralised cargo control for liquid cargoes-CCO》（以下簡稱《規(guī)范》）要求，除貨艙附近空間的氣體采樣點外，還應(yīng)在所有上層建筑進風(fēng)口和所有機艙通風(fēng)進風(fēng)口設(shè)置氣體檢測點；根據(jù)MSC.367（93）決議《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》第15章惰性氣體系統(tǒng)修正案的通知，惰氣發(fā)生器間應(yīng)設(shè)置2個氧氣檢測點。該船上層建筑和機艙區(qū)域設(shè)置了氣體探測傳感器，氣體探測傳感器設(shè)置的具體位置如表2所示。

表2 氣體探測傳感器設(shè)置的具體位置

1.3 氣體探測取樣管的設(shè)置

1）根據(jù)《規(guī)范》要求，貨油泵艙氣體連續(xù)檢測監(jiān)控報警系統(tǒng)應(yīng)測量泵艙大氣中的O2、H2S 和HC 化合物含量，取樣系統(tǒng)應(yīng)在底層地板下方和上方設(shè)置取樣點，以防止泄漏。該船泵艙氣體探測取樣管設(shè)置具體如下： ①在底層地板下方最少設(shè)置2個氣體探測器，最大高度設(shè)于泵艙雙層底上方0.5 m 處；②每個貨油泵和掃艙泵之間的底層地板上方應(yīng)安裝1 個氣體探測器； ③排風(fēng)機通風(fēng)管道內(nèi)應(yīng)設(shè)置氣體探測器1 個；④1 個氣體探測器設(shè)置在真空泵裝置；⑤2萬DWT及以上的油輪，應(yīng)安裝固定的碳氫氣體檢測系統(tǒng)，用于測量所有壓載艙、雙層底空艙、雙層底靠近貨油艙或污油艙空間中的碳氫氣體體積百分數(shù)，包括艏尖艙和艙壁甲板下與貨油艙相鄰的任何其它艙和空間。

2）該船的壓載艙、空艙以及泵艙設(shè)置氣體探測取樣管。氣體探測取樣管路安裝位置如表3所示。

表3 氣體探測取樣管路安裝位置

氣體探測取樣管路系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。圖1 中，SP 為氣體吸進口，SV 為截止閥，F(xiàn)A 為阻火器，TS 為時間控制，F(xiàn)L 為濾器，NV 為流量控制閥，TV為三通閥，VS為真空開關(guān)。

圖1 氣體探測取樣管路系統(tǒng)示意圖

1.4 便攜式氣體取樣系統(tǒng)

根據(jù)DNV-RU-SHIP《Part 5 Ship types，Chapter 5 Oil tankers, Section 9 Instrumentation and automation》要求，船舶應(yīng)配備經(jīng)認可的便攜式氣體探測器，便攜式氣體探測器配備如下：測量O2體積百分數(shù)的儀器2 臺，測量HC 氣體體積百分數(shù)（量程0～20%）的儀器2 臺以及測量HC 氣體體積百分數(shù)（量程0～2.1%）的儀器2臺。

2 氣體探測系統(tǒng)的安裝

2.1 氣體探測傳感器的安裝

該船氣體探測傳感器主要安裝在上層建筑、機艙的通風(fēng)管路以及甲板上的一些房間內(nèi)，通過電信號傳送到氣體探測系統(tǒng)的控制箱內(nèi)。氣體探測傳感器主要有2種安裝方式，一種是安裝在通風(fēng)管路上，另一種通過支架固定。

1）傳感器安裝在通風(fēng)管路上，這種類型傳感器主要安裝在機械送風(fēng)管路上，用于檢測送風(fēng)中是否含有可燃性氣體。傳感器本體固定在1個法蘭基座上面，需在通風(fēng)管路上安裝1個同樣規(guī)格的法蘭，2 個法蘭通過螺栓固定即可完成安裝。固定在通風(fēng)管路上的傳感器示意圖見圖2。

圖2 固定在通風(fēng)管路上的傳感器示意圖

2）傳感器安裝固定在支架上，這種類型傳感器主要是安裝在房間內(nèi)，用于檢測房間內(nèi)的可燃氣體是否超標(biāo)。一般這種傳感器本體帶1個帶孔耳板，根據(jù)帶孔耳板的形式做1個支架，通過螺栓固定即可。固定在支架上的傳感器見圖3。

2.2 氣體探測取樣管的安裝

該船氣體探測取樣管主要安裝在壓載艙、泵艙、空艙、聲吶艙以及推進器室，根據(jù)氣體探測取樣管取樣位置不同，具體的布置也不同，大體可分為以下3類。

1）壓載艙氣體探測取樣管的安裝。壓載艙需要安裝2根氣體探測取樣管路，分別對其頂部和底部進行取樣探測，取樣管在穿甲板時采用卡套穿艙，底部削斜并配有端部濾器。壓載艙氣體探測取樣管安裝示意圖見圖4。

圖4 壓載艙氣體探測取樣管安裝示意圖

2）泵艙氣體探測取樣管的安裝。泵艙每個取樣點附近安裝一路取樣管，取樣管在穿甲板時采用卡套穿艙，底部無需安裝端部濾器。泵艙氣體探測取樣管安裝示意圖見圖5。

圖5 泵艙氣體探測取樣管安裝示意圖

3）空艙、聲吶艙以及推進器室氣體探測取樣管的安裝。每個艙的底部分別安裝一路取樣管，安裝形式、穿艙件形式以及端部形式與壓載艙氣體探測取樣管相同。

3 結(jié)束語

氣體探測傳感器只能檢測一種氣體，價格比較貴，但是安裝相對比較方便；氣體取樣管可以檢測多種氣體，價格便宜，安裝相對比較復(fù)雜，限制條件也比較多。設(shè)計時要根據(jù)實船的具體情況來選擇合適的氣體探測方式。

氣體探測系統(tǒng)是穿梭油輪安全系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠性決定了穿梭油輪安全系統(tǒng)的可靠性。一個設(shè)計可靠、運轉(zhuǎn)良好的氣體探測系統(tǒng)能夠?qū)Υ┧笥洼喩峡赡馨l(fā)生的火災(zāi)以及可燃、有毒氣體的泄漏及時監(jiān)測并處理，做到防患于未然，對保障穿梭油輪的人員安全和最大限度地減少事故所引起的經(jīng)濟損失，起到?jīng)Q定性的作用[2]。