63 m雙燃料貨船安保系統設計

方　杰，李　偉

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

63 m雙燃料貨船安保系統設計

方杰1，李偉2

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

摘要：針對天然氣或天然氣、燃油混合動力船舶存在易燃易爆的問題，利用模塊化配置靈活、安全性高、經濟可靠等特點，設計基于模塊化的63 m雙燃料貨船安保系統。實船證明，該系統性能良好，滿足相關設計要求。

關鍵詞：天然氣；燃油；混合燃料；安保系統；模塊化設計

0引言

天然氣是一種清潔、高效經濟的能源。近年來，我國交通部門為響應國家綠色環保的要求，以及保證能源供應多元化和改善能源消費結構的戰略布局要求，推廣天然氣動力或天然氣、燃油混合動力型船舶。但是，天然氣作為一種可燃氣體，一旦發生泄露將造成不可估量的重大損失，因此，有必要在使用天然氣或天然氣、燃油混合動力的船舶上配備一套安全保障系統，用于監控天然氣的使用狀況，保障船舶的正常運營，提高船舶安全運行的系數。

根據市場需求，研究并設計了一批采用天然氣作為動力的船舶，如63 m雙燃料貨船、49.8 m天然氣貨船、49.8 m天然氣貨船等。本文以63 m雙燃料貨船為例，著重介紹該船安保系統的設計。

163 m雙燃料貨船簡介

63 m雙燃料貨船總長63 m，總寬13 m，型寬12.8 m，型深3.4 m，吃水2.8 m，載重量1 450 t，可裝載標準尺寸集裝箱56個，船舶總噸位890，設計航區A級，航速要求大于15 kn。

2安保系統的設計

依照《天然氣燃料動力船舶規范》(2013)(以下簡稱“規范”)的要求，將船舶機器處所分為本質安全機器處所、ESD防護式機器處所和增強安全機器處所3類。本質安全機器處所是指機器處所在任何情況下(正常及異常情況)均處于氣體安全狀態；ESD防護式機器處所是指機器處所在正常情況下被認為處于氣體安全狀態，但在某種異常情況下可能變成氣體危險區域；增強安全機器處所是指主要通過加強機器處所通風、增加可燃氣體探測覆蓋、機器處所內供氣管路采用全焊透對接焊等措施增強機器處所的安全水平。考慮到63 m雙燃料貨船具體情況，將機器處所定位為增強安全機器處所。

根據“規范”對增強安全機器處所的要求，為了確保天然氣供氣系統的安全可靠，進行了整合性設計，即在保證氣源監控系統和主機監控系統完整性的前提下，完成全船安保系統設計。63 m雙燃料貨船安保系統示意圖如圖1所示。

安保系統設計采用模塊化方案，主要分為數據綜合處理部分、前段數據采集部分和數據交換部分。數據綜合處理部分由安保控制柜實現，可匯總采集數據，分析數據，然后發出相關指令。前段數據采集部分由火災報警系統、可燃氣體探測系統、通風導管控制器組成。數據交換部分由主機控制箱、氣罐控制箱組成。火災報警系統、可燃氣體探測系統、通風導管控制器、主機機旁控制箱、氣罐控制箱各自相對獨立，自成系統，可將各自的監測信號送至安保控制柜，由安保控制柜綜合分析處理。

(1)安保控制柜由兩路電源供電，一路為主電源，一路為蓄電池電源。主電源失效時，可自動轉換蓄電池電源供電，保證供電連續性。安保控制柜基于西門子S7-300可編程控制器制作，可采集開關量及模擬量信號，同時可將相關報警信號延伸至駕駛室控制臺。

(2)設1套帶地址編碼的固定式火災報警系統，全船居住艙室、走道、氣罐處所和機器處所設火災探測器，其中氣罐處所和機器處所要求設防爆類型感煙和感溫火災探測器兩種形式的火災探測器，火災時可準確定位每一個探測位置。

(3)設1套可燃氣體探測系統，氣罐處所、機器處所以及通風導管內布置可燃氣體探測器，要求各個地方布置數量在2個以上(含2個)。

(4)氣罐控制箱由氣罐隨機配套，主要實現氣罐狀態監測和天然氣動力管路供氣閥組的控制。氣罐狀態主要為液位、壓力和溫度等，天然氣動力管路供氣閥組的控制主要指天然氣動力管路上的自動截止閥、自動透氣閥和主氣體燃料閥這3個閥的互鎖功能，即自動關閉自動截止閥和主氣體燃料閥，自動打開自動透氣閥。

(5)主機機旁控制箱由主機隨機配套，主要實現監測壓力、溫度、超速等主機各種運行狀態，以及實現天然氣和燃油的選擇供應。

圖1　63 m雙燃料貨船安保系統示意圖

3安保系統的實現功能和監控內容

3.1安保系統的實現功能

本船安保系統能夠實現“規范”要求的各項功能，即氣罐狀態監測和天然氣動力管路供氣閥組的控制，氣罐處所及其連接處所和機器處所內火災監測，氣罐處所及其連接處所、機器處所內和通風導管內氣體濃度探測，通風導管風機狀態監測和主機運行狀態監測。

3.2安保系統監控內容

本船安保系統監控的內容主要分氣體燃料充裝時的監控和氣體燃料供應時的監控兩部分。

3.2.1氣體燃料充裝時的監控內容

3.2.1.1聲光報警類

(1)圍壁或半圍壁充裝站內探測到氣體濃度高于20%LEL(LEL為爆炸下限)。

(2)充裝管路雙壁管(通風導管)通風失效。

(3)充裝管路雙壁管(通風導管)探測到氣體濃度高于20%LEL。

(4)充裝總管上遙控截止閥失去驅動動力。

3.2.1.2聲光報警并A級動作類

A級動作指自動關閉充裝總管上的遙控截止閥。

(1)圍壁或半圍壁充裝站內探測到氣體濃度高于40%LEL。

(2)充裝管路雙壁管(通風導管)探測到氣體濃度高于40%LEL。

(3)氣罐液位高。

(4)氣罐壓力高。

(5)充裝總管上手動截止閥關閉。

3.2.2氣體燃料供應時的監控主要內容

3.2.2.1聲光報警類

(1)氣罐壓力高。

(2)氣罐壓力低。

(3)氣罐液位低。

(4)1個探測器探測到氣罐連接處所內氣體濃度高于20%LEL。

(5)氣罐處所內污水井高液位。

(6)1個探測器探測到通風導管內氣體濃度高于20%LEL。

(7)1個探測器探測到氣體閥件單元內氣體濃度高于20%LEL。

3.2.2.2聲光報警并B級動作類

B級動作指自動關閉供氣總管上的主氣體燃料閥。

(1)2個探測器探測到氣罐連接處所內氣體濃度高于40%LEL。

(2)氣罐處所內探測到火災。

(3)氣罐處所內污水井低溫。

(4)2個探測器探測到通風導管內氣體濃度高于40%LEL。

(5)通風導管內通風失效。

3.2.2.3聲光報警并C級動作類

C級動作指自動關閉主氣體燃料閥和互鎖氣體閥，自動開啟透氣閥。

(1)2個探測器探測到氣體閥件單元處所內氣體濃度高于40%LEL。

(2)氣體閥件單元處所內通風失效。

(3)探測到機器處所內失火。

(4)探測到機器處所內供氣管路破裂。

(5)1個探測器探測到機器處所內氣體濃度高于20%LEL。

(6)機器處所內通風失效。

(7)供氣管路內壓力異常。

(8)控制閥門的工作介質失效。

(9)發動機故障。

(10)發動機應急停車。

4結語

采用以上設計方案的好處主要有兩點：第一，從船舶的經濟性角度看，可以有效節約船舶的建造成本，主要體現在可以最大程度利用船舶原有系統，如火災報警系統、可燃氣體探測系統等，避免系統的重疊設置，節約資金；第二，從船舶的安全性角度看，可以提高船舶的安全性，主要體現在本系統各模塊之間是有限結合，保持相對獨立完整性，不至于某個模塊發生故障，造成系統全部損壞。

目前，該型船已順利通過船檢檢驗并投入使用，其安保系統滿足要求，用戶反應使用情況良好。

參考文獻：

[1]中國船級社.天然氣燃料動力船舶規范(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：方杰(1982—)，男，工程師，主要從事船舶電氣工程設計工作；李偉(1987—)，男，助理工程師，從事船舶與海洋工程建造。

中圖分類號：U662.2

文獻標志碼：A