《天然氣燃料動力船舶規范》

[背景]受部海事局委托，中國船級社武漢規范研究所完成了《天然氣燃料動力船規范》的編制工作，并于2013年9月1日生效，替代CCS《氣體燃料動力船檢驗指南》（2011）。該規范旨在滿足國內LNG燃料動力船的建造和改裝等發展需要，是國內首部以天然氣燃料作動力的船舶技術規范。該規范是在CCS《氣體燃料動力船檢驗指南》（2011）的基礎上，按照目標型標準（GBS）和風險評估理念而制定的針對以天然氣燃料（CNG/LNG）作動力的鋼質船舶規范。

（續上期）

附錄3 電子控制系統技術要求

第1節 一般規定

1.1 一般要求

1.1.1 本附錄中電子控制系統系指氣體燃料發動機的電控系統以及氣體燃料控制系統。

1.1.2 本附錄中電子控制系統的設備和裝置的設計和制造，應向本社申請檢驗。

1.1.3 本附錄中涉及的電控系統的供電應符合本規范第9章第3節的相關要求。

第2節 氣體燃料發動機電控系統技術要求

2.1 一般要求

2.1.1 電控系統電子設備的設計、制造、檢驗，包括軟件設計，應滿足本社《鋼質海船入級規范》第7篇或《鋼質內河船舶建造規范》第4篇，以及《電氣電子設備型式認可試驗指南》的有關規定。

2.2 功能要求

2.2.1 氣體燃料發動機電控系統系指電子控制的燃氣和燃油（如有時）系統。它控制噴氣量、空燃比、點火時刻、噴油量（如有時）等參數，能柔性調節氣體燃料發動機各系統參數，對外進行數據交換。氣體燃料發動機電控系統由傳感器、電子控制器（ECU）、執行機構、機旁控制器以及對外接口組成。

2.2.2 電控系統對氣體燃料發動機的監測功能及控制功能設計，應滿足本規范第10章和第11章的相關要求。

2.2.3 電控系統主電源失效時，應能在機旁控制和遙控控制地點均進行聲光報警。

2.2.4 電控系統應具有故障自診斷和安全保護功能，當出現故障時，系統應立即進行故障診斷，啟動相應的安全保護功能，以維持氣體燃料發動機工作。

2.2.5 應具備機旁控制功能，以及供集控室或駕駛室的遠程控制系統使用的對外接口。

2.2.6 電控系統的監測功能，應能對系統的傳感器、電子控制器（ECU）及執行機構的主要功能故障進行報警。機旁控制和遙控控制地點均應設有聲光報警。

2.2.7 電控系統應能監視氣體燃料發動機工作情況，自動調整氣體燃料發動機各系統參數，并對系統及部件故障進行檢測和報警。

2.2.8 電控系統應設有檢查端口，使監測和維修方便。

2.2.9 電控系統應具有數據記錄功能，應能自動記錄氣體燃料發動機一定數量的最新運行數據，對運行過程中的報警及故障等異常狀態進行存儲，異常狀態的存儲記錄只能被手動清除。

2.2.10 電控系統應能夠將發動機狀態及報警通過對外接口輸出給船舶的監控系統。這些狀態及報警應包含但不限于本附錄表2.2.10所列項目。

表2.2.10 對外輸出項目

2.3 設計要求

2.3.1 電控系統中因功能故障可能影響主推進氣體燃料發動機正常運轉的設備，應具有雙套系統，如電子控制器ECU、曲軸轉角測量裝置，兩套系統的類型與功能完全相同，當其中之一出現故障時，另一套系統能自動替換前一套繼續工作，以維持氣體燃料發動機正常運轉，并同時發出相關報警。

2.3.2 電控系統的零部件在功能特性和結構尺寸上應具有可換性，在結構上應能快速拆卸，更換和安裝。

2.3.3 對于易腐蝕損壞的材料，應采用表面防護措施。不同金屬材料直接接觸，一般應采取防電解腐蝕措施。

2.3.4 電控系統各部件的安裝，應滿足其在柴油機上的安裝位置、界面尺寸、接頭、屏蔽、耐熱、抗振等要求。各部件要便于在氣體燃料發動機上安裝固定；所有電子電路接線應牢固可靠，以防止在機器運轉時松脫。

2.3.5 安裝帶有減振器的電控系統部件時，其周圍應留有足夠的空隙，以避免與相鄰的部件或結構發生碰撞。

2.4 試驗要求

2.4.1 型式試驗

（1）電控系統的型式試驗除滿足本社《電氣電子產品型式認可試驗指南》的相關要求外，還應滿足本節的要求。

（2）電控系統的型式試驗，應對本規范中要求的氣體燃料發動機的控制和監控功能進行效用試驗，效用試驗應配合發動機進行，效用試驗的內容應涵蓋本規范附錄2中所規定氣體燃料發動機的型式試驗。

（3）電控系統的型式試驗，應對電控系統本身的故障和功能系統進行最大程度的試驗。試驗中驗證的項目應包含但不限于以下內容:

①軟件版本證明；

②1個曲軸轉角傳感器故障，后備傳感器的有效性；

③1個控制模塊故障，后備控制模塊的功能的有效性；

④遙控控制故障，驗證就地控制的有效性；

⑤就地控制故障，驗證遙控控制的有效性；

⑥運行狀態及故障記錄功能有效性；

⑦供電電源中的一路電源失效時，系統能自動切換使用另一路電源，且控制系統功能的有效性不應受到影響；

⑧檢查端口對電控系統內部參數監測功能的有效性。

2.4.2 與氣體燃料發動機聯合出廠試驗

（1）電控系統與氣體燃料發動機的聯合出廠試驗應滿足本規范對氣體燃料發動機的相關控制和監控要求，配合發動機完成本規范附錄2中所規定的出廠試驗。

（2）電控系統自身功能的有效性應在試驗中驗證，一般應包括下列驗證項目（如適用）:

①軟件版本證明；

②燃氣噴射控制閥功能；

③點火/引燃控制模塊功能；

④1個控制模塊故障，后備控制模塊的功能；

⑤1個曲軸轉角傳感器故障，后備傳感器的有效性；

⑥對外接口功能的有效性；

⑦其他適用的故障與功能試驗。

2.4.3 船上試驗

（1）除配合氣體燃料發動機完成附錄2中所規定的船上試驗外，氣體燃料發動機電控系統還應進行如下試驗項目（如適用）:

①與船舶的駕控系統、監控系統和氣體燃料控制系統數據交換功能的驗證；

②供電電源的一路電源失效時，系統能自動切換使用另一路電源；

③進行故障模擬，對涉及電控系統的報警及監控的相關功能進行最大程度的試驗。

第3節 氣體燃料控制系統技術要求

3.1 一般要求

3.1.1 氣體燃料控制系統電子設備的設計、制造、檢驗，包括軟件設計，應滿足本社《鋼質海船入級規范》第7篇或《鋼質內河船舶建造規范》第4篇，以及《電氣電子設備型式認可試驗指南》的有關規定。

3.2 功能要求

3.2.1 在正常工況下，氣體燃料控制系統應能安全、可靠地操作使用。

3.2.2 氣體燃料控制系統應能遙控每一氣罐的氣體燃料出口管路上的氣罐主閥以及每一供氣管路上的主氣體燃料閥、互鎖氣體閥、管路透氣閥。

3.2.3 氣體燃料控制系統應監測的內容包含但不限于以下內容，并在異常狀況下按照本規范第10章表10.4.1.1(2)采取相應的保護動作:

（1）氣罐連接處所和機器處所之間的雙壁管（通風導管）內外管之間的通風或惰性氣體保護有效性；

（2）位于本質安全型機器處所內雙壁管（通風導管）內外管之間的通風或惰性氣體保護有效性；

（3）機器處所內通風（如設有）有效性；

（4）氣體閥件單元處所內通風有效性；

（5）氣罐連接處所內的火災情況；

（6）氣體燃料發動機機器處所內的火災情況；

（7）氣罐連接處所內的氣體濃度；

（8）氣罐連接處所和機器處所之間的雙壁管（通風導管）內外管之間的氣體濃度；

（9）位于本質安全型機器處所內的雙壁管（通風導管）的內外管之間的氣體濃度；

（10）機器處所內的氣體濃度；

（11）氣體閥件單元處所內的氣體濃度；

（12）壓縮機室內的氣體濃度；

（13）熱交換器氣體燃料出口溫度；

（14）供氣管路內的氣體壓力；

（15）閥門控制工作介質的有效性；

（16）由發動機故障造成的發動機自動停車；

（17）發動機的緊急停車；

（18）氣罐處所內污水井液位；

（19）氣罐處所內污水井溫度；

（20）氣罐壓力；

（21）氣罐液位；

（22）機器處所內供氣管路破裂快速探測。

3.2.4 氣體燃料控制系統的警報應布置在駕駛室以及機艙控制室（或有人值班位置）。

3.2.5 氣體燃料控制系統的主用電源失效時，應進行聽覺和視覺報警。

3.2.6 氣體燃料控制系統應具備自檢功能，應能對系統自身的傳感器、控制設備的主要功能故障進行報警。

3.3 設計要求

3.3.1 氣體燃料控制系統所使用的傳感器應能長期穩定地正常工作，其量程及頻率特性（必要時）應與被測參數的最大變化范圍及變化速率相適應，并應具有適當的精度和靈敏度。

3.3.2 所使用的傳感器應堅固耐用或具有良好機械保護，并應有良好電氣絕緣性能和可靠的電氣連接端子。

3.3.3 所使用的傳感器的布置應能真實地反映出被監測參數，并應易于接近和檢修。在難以更換傳感器的位置，還應加裝一個備用傳感器。

3.4 型式試驗

3.4.1 氣體燃料控制系統的型式試驗應滿足本社《電氣電子產品型式認可試驗指南》的相關要求。

3.4.2 氣體燃料控制系統功能的有效性也應在型式試驗中驗證，如不易實現，應模擬相應每一監測點的故障信號，驗證氣體燃料控制系統動作的有效性。

3.5 船上試驗

3.5.1 試驗前應編制試驗大綱，并經本社審查同意。

3.5.2 應在船上試驗中驗證氣體燃料控制系統設備是否已正確安裝以及整個系統能否正常工作。

3.5.3 試驗應進行如下試驗項目（如適用）:

（1）主電源故障，系統自動切換使用應急電源；

（2）模擬每一監測傳感器故障，系統應能識別并進行報警；

（3）模擬每一監測點探測到故障時，系統動作的正確性及有效性。

附錄4 熱交換器技術要求

第1節 一般規定

1.1 適用范圍

1.1.1 本附錄適用于固定管板式、浮頭式、U形管式和填料函式熱交換器。

1.1.2 熱交換器適用的設計溫度范圍按金屬材料允許的使用溫度確定。

1.1.3 熱交換器的設計、制造、試驗除必須符合本規定外，還應遵守GB 150《壓力容器》、GB 151《管殼式換熱器》和國家頒布的有關規定。

1.1.4 特定結構形式的熱交換器，其設計、制造、檢驗和驗收應滿足下述標準的相應要求:

（1）JB/T 4751《螺旋板式換熱器》；

（2）NB/T 47004《板式熱交換器》；

（3）NB/T 47006《鋁制板翅式熱交換器》；

（4）NB/T 47007《空冷式熱交換器》。

1.2 圖紙資料

1.2.1 應將下列圖紙資料提交本社批準:

（1）總圖；

（2）本體結構圖（包括構件連接結構）；

（3）受壓部件結構圖；

（4）附件布置圖；

（5）壓力釋放閥通徑計算書；

（6）強度計算書；

（7）構件的熱處理工藝說明書；

（8）壓力試驗的技術文件；

（9）系統原理圖（熱源流量、溫度監測及被加熱LNG溫度監控）；

（10）換熱量計算書。

1.3 定義

1.3.1 設計壓力:系指熱交換器的最大許用工作壓力，熱交換器的強度計算應以設計壓力為依據，并應不小于任一壓力釋放閥的最高設定壓力。

1.3.2 設計溫度:系指熱交換器在正常工作情況下，設定的元件金屬溫度（沿元件金屬橫截面的溫度平均值），設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。在任何情況下，元件金屬的表面溫度不得超過材料的允許使用溫度。

第2節 設計與制造

2.1 一般要求

2.1.1 設計時主要應考慮以下載荷:

（1）內壓、外壓或最大壓差；

（2）膨脹量不同引起的作用力；

（3）液柱靜壓力；

（4）熱交換器自重及正常工作條件下或試驗條件下內裝物料的重力載荷；

（5）附屬設備及隔熱材料等的重力載荷；

（6）支座及其他型式支撐件的反作用力；

（7）連接管道和其他部件的作用力；

（8）溫度梯度引起的作用力；

（9）壓力急劇波動引起的沖擊載荷；

（10）運輸或吊裝時的作用力。

2.1.2 設計壓力的確定

（1）熱交換器上裝有超壓泄放裝置時，應按GB 150.1附錄B的規定確定設計壓力；

（2）熱交換器各程的設計壓力應按各自最苛刻的工況分別確定，必要時還應考慮不同工況的組合，并且應在設計文件中注明各工況操作條件下的壓力和溫度值；

（3）熱交換器存在負壓操作時，確定元件計算壓力時應考慮在正常工作情況下可能出現的最大內外壓力差；

（4）真空側的設計壓力按承受外壓考慮，當裝有壓力釋放閥時，設計壓力取1.25倍最大內外壓力差，或0.1MPa兩者中的較低值；當無安全控制裝置時，取0.1MPa；

（5）對于同時受兩程壓力作用的元件，僅在全壽命期內均能保證不超過設定壓差時，才可以按壓差設計。否則應分別按各程設計壓力確定計算壓力，并應考慮可能存在的最苛刻的壓力組合。按壓差設計時，壓差的取值還應考慮在壓力試驗過程中可能出現的最大壓差值，應在設計文件中明確設計壓差，同時應提出壓力試驗中保證壓差的要求。

2.1.3 設計溫度的確定

（1）設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態可能達到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。

（2）熱交換器的各程設計溫度應按各自最苛刻的工況分別確定。對于同時受兩程介質溫度作用的元件應按金屬溫度確定設計溫度。

（3）元件的金屬溫度通過以下方法確定:

①傳熱計算求得；

②在已使用的同類設備上測定；

③根據介質溫度并結合外部條件確定。

2.2 許用應力

2.2.1 熱交換器及其構件材料的許用應力按照本附錄表2.2.1(1)和表2.2.1(2)確定。

表2.2.1(1) 鋼材（螺栓材料除外）許用應力的取值

表2.2.1(2) 鋼制螺栓材料許用應力的取值

2.2.2 設計溫度低于20℃時，取20℃時的許用應力。

2.3 焊接接頭系數

2.3.1 鋼制熱交換器焊接接頭系數按本附錄表2.3.1選取。

表2.2.1(2) 鋼制螺栓材料許用應力的取值

2.4 材料

2.4.1 選材原則

（1）熱交換器用鋼的標準、冶煉方法、熱處理狀態、許用應力、無損檢測標準及檢測項目均按GB 150.2附錄A、D的規定。

（2）碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼鋼材的使用溫度下限應按GB 150.2第4章至第7章相關條文的規定。

（3）熔點低于925℃的材料不得用于制造熱交換器中與LNG燃料接觸的管、殼和附件。

2.4.2 圓筒及封頭

（1）用于制造熱交換器圓筒或封頭的鋼板應符合GB 150.1引用標準和GB 150.2的有關規定。

2.4.3 管板、平蓋、法蘭

（1）用于制造管板、平蓋、法蘭的鋼鍛件應符合GB 150.2中第6章的規定，且合格級別不得低于II級。

（2）用于制造管板、管箱平蓋、容器法蘭的板材應符合GB 150.1引用標準和GB 150.2的有關規定。

2.4.4 換熱管

（1）換熱管應符合GB 150.2和GB 151引用標準的規定。

2.4.5 螺柱、螺栓、螺母

（1）螺柱、螺栓用鋼的標準、使用狀態、許用應力按GB 150.2第7章及表12、表13、表14、表16和表18的有關規定。

（2）螺母用鋼的標準、使用狀態應滿足GB 150.2第7章及表15和表17的有關規定。

（3）螺柱、螺栓的硬度宜比螺母稍高。

2.5 結構設計和計算

2.5.1 熱交換器的結構設計和計算應滿足GB 151的相關要求。

第3節 檢驗與試驗

3.1 一般規定

3.1.1 熱交換器的制造、檢驗除應滿足本附錄要求外，還應滿足GB 150.1、GB 150.4和GB151的有關規定。

3.2 無損檢測

3.2.1 熱交換器焊接接頭無損檢測的檢查要求和評定標準，應根據熱交換器管、殼程不同的設計條件，按GB 150.4中的規定和圖樣要求執行。

3.3 壓力試驗

3.3.1 熱交換器制成或裝配完畢后，應按照以下規定進行壓力試驗:

（1）內壓容器:

式中:PT為試驗壓力，MPa；p為設計壓力，MPa；[σ]為熱交換器元件材料在試驗溫度下的許用應力，MPa；[σ]1為熱交換器元件材料在設計溫度下的許用應力，MPa。

注:1）容器銘牌上規定有最大允許工作壓力時，公式中應以最大允許工作壓力代替設計壓力p。2）容器各元件（圓筒、封頭、接管、法蘭及堅固件等）所用材料不同時，應取各元件材料的[σ]/[σ]1比值中最小者。

（2）外壓容器

式中:pT為試驗壓力，MPa；p為設計壓力，MPa。

3.4 安裝

3.4.1 應根據熱交換器的結構型式，在熱交換器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。

3.4.2 應在不受力的狀態下連接管線，避免強力裝配。