AMSA對牲畜船電氣關鍵技術要求分析

(中遠海運重工有限公司設計研究院，遼寧 大連116600)

牲畜船主要用于鮮活牛羊等牲畜的運輸，須在一定時間相對封閉的海上航行中保障牲畜的健康穩定。2006年，澳大利亞海事組織專門針對牲畜船建造制定了澳大利亞最新海事安全規則(AMSA)。目前在沒有國際通用的海上牲畜運輸規范情況下，AMSA便成為滿足綠色環保國際新型牲畜船建造要求的最高標準。但AMSA規則頒布后，國際上能滿足此規則的牲畜船建造很少，船東、船廠對規則的理解及實際應用方面還很欠缺。而且，AMSA的檢驗都是在建造后期，如果發現有不滿足規則相關原則性的要求，整改工作可能是顛覆性的大修改。這將對船廠建造影響巨大，對能否按時交付至關重要。本文旨在幫助船舶設計者充分理解規則中的關鍵技術要求，尤其需要識別出隱性技術要點。

1 牲畜船電氣規則要求

根據AMSA海事安全規則對牲畜船配備的要求，牲畜船必須要配備完全獨立于主電源的備用電源系統(AMSA發電機組)，用于當主電源及其配電系統故障失效時，備用電源能夠繼續向牲畜服務系統設備供電，維持牲畜正常生存的基本保障服務[1]。根據規則要求，備用電源系統所在處所應不可與裝有主電源系統所在處所(主推進裝置機艙)的限界面相毗鄰，且每套電源的輔機系統不要相互交叉穿越到另一套電源系統所在的處所，這樣兩套電源系統互不干擾，任意一套電源系統單一失效時，不會導致另外一套電源同時失效，避免牲畜服務系統不能繼續運行。

主電源系統的選型設計要滿足入級規范及SOLAS法規Reg. 41 of Ch. II-1相關要求，主電源系統不僅要給船舶的主推進及其他輔機、通導系統等設備供電，同時還要向牲畜服務系統的設備供電，其裝機容量和臺數要滿足在任一主發不工作時，其余發電機仍能供應全船所有用電設備在各工況正常運行下的電力需求[2]。AMSA備用電源系統的設計同樣要滿足相關入級規范及SOLAS法規要求，AMSA發電機在主電源失效后能夠很容易地起動，其起動裝置由獨立的動力源驅動，并且應在30 min內恢復再起動的能力。AMSA備用電源系統需具有維持牲畜服務設備連續3天運行的能力，但由于牲畜設備的實際負載和具體配置及使用工況受多種因素影響，應該與機械、通風等有關專業和/或貨艙通風系統設計公司密切配合，對牲畜服務設備使用情況全面分析，以獲得比較準確的容量選型計算結果。

牲畜服務系統的設備主要包括貨艙通風系統、 牲畜飲用水系統、牲畜飼料處理系統、貨艙照明系統(包括應急照明)和牲畜糞便排泄系統。上述牲畜服務系統的供電需要采用冗余的配電方式，在主電源失效時，AMSA備用電源系統能夠正常起動運行以維持牲畜設備電源的供給。為了保證牲畜服務設備能持續有效運行，除了使供配電能夠連續(兩套電源+冗余供電)外，牲畜設備本身還需達到冗余，但這并不是說需要配備雙套完整的(2×100%)冗余系統，而是通過系統內部分運動部件的冗余(如更換泵及其組件)及其配電方式的冗余，來滿足系統持續運轉的需求，所以牲畜配電系統(組合起動板或單獨起動器)至少要分成獨立的兩套，分別布置在不同的處所，達到雙冗余的供配電系統[3]，系統組成見圖1。

圖1 牲畜船配電系統

2 牲畜船電氣設計要點

1)AMSA發電機選型設計。

①選取AMSA發電機容量時應注意貨艙通風量PAT值(牛欄區域凈通風量)的影響，根據通風廠家計算要求，貨艙區域要達到PAT200通風量。貨艙通風系統需按1 m/s設計，PAT200通風量為2倍AMSA要求最低通風量(0.5 m/s)，通風機的實際配備數量將是2倍的數量，AMSA發電機容量增加。為了減小AMSA發電機的容量，應考慮在使用AMSA發電機作為應急工況時，只需滿足AMSA規則的最低要求(0.5 m/s)，而不必一直保持PAT200的通風量，在主電源故障后可以運行一半數量的風機(或變頻驅動時，調節到半速)，所有貨艙風機的功率都可減少到原來約一半的功率，相應的AMSA發電機容量可以得到合理地減少，設備采購成本相應減少。

②AMSA發電機容量計算時需包含AMSA發電機的輔機系統及貨艙區域應急照明系統的供電。

③AMSA發電機容量計算時還需包含其他屬于船舶正常運行所需的設備但有時也兼作牲畜服務用的設備，如應急消防泵，有時兼做甲板沖洗泵或用于驅動污水噴射器，這些設備也需從AMSA電源系統冗余供電。

2)牲畜服務設備(飲用水系統，糞便處理、飼料運輸等系統)的配電方案設計。

①如果某個牲畜服務系統內配備了100%冗余(一用一備)設備，那么主/備用設備的電機各需一路供電即可。

②如果某個牲畜服務系統只配備了1套固定設備(包括由多臺電機組成并同時運行)，要以雙冗余的供配電方案來保障此系統持續運行的要求。

在中小型牲畜船上常利用雙套風機組合起動屏，每組起動屏配備100%數量的貨艙風機起動器，再通過1個中間轉換器(2進1出)供給1臺風機。供配電回路都有冗余，如發生任意起動器單一故障，通過轉換到另外風機組合起動屏上的備用起動器控制，就能夠保證這臺風機連續供電運行；除非這臺風機本身有機械故障，但實際上在故障風機周圍其他風機還是可以持續給這一區域持續供風，只是供風量有所減少，但也只需達到規則最低要求即可。

在大型牲畜船上，由于軸流式風機布置數量較多，為了在某配電板失效時，還能保證某一區域內的最低通風量要求，風機的布置應按不同分組交叉布置以達到更好的冗余效果。

為了達到上述冗余要求，要求冗余配電系統的電纜也需要隔離，室外露天區域也要盡量避免相互交叉，保證供電的獨立完整性。

3 牲畜船電氣設計實例

3.1 貨艙電力系統設計

不同船型的牲畜船，采用的通風形式也可能不一樣，目前大型的牲畜船，由于甲板面比較開闊，其貨艙風機系統多采用軸流風機(數量多、容量小)+結構風管形式；而中小型牲畜船因船型比較緊湊，多采用離心風機(數量少、容量大)+ 通風支管形式。雖然通風形式不同，但冗余的方案大同小異，兩種不同船型的典型冗余配置方案見表1。

由表1可見，兩種船型的貨艙風機配電冗余效果都很好，但配電系統相對較復雜，僅適合中小型牲畜船風機數量少的離心風機+通風支管的通風型式。對于大型牲畜船軸流風機+結構風管系統，由于風機數量太多，雖配電上冗余性效果好，但實際效果較差，最多時可失去一半數量的風機。可以設置4組獨立貨艙風機配電板，配電板被分別布置在4個獨立的風機配電板室，組成4組完全冗余的獨立風機系統，當任一處風機故障時，其周圍的風機仍然可以提供最低規則要求的通風量，改善后每臺風機只需1組配電板供電，減少配電上的復雜性，提高經濟性。在主電源故障時，根據AMSA應急情況下通風系統的最低要求，精準測算出最少需求的風機臺數，可使AMSA發電機容量適當減小，節約建造成本。

表1 風機系統典型配電方案對比

圖2 牲畜船配電系統

注：4種顏色代表風機電源由8組不同風機配電板冗余供電圖3 牲畜船貨艙軸流風機布置示意

3.2 貨艙照明系統設計

從牲畜裝卸載通道到貨艙區人員走道上都需要安裝足夠的照明燈具，其照度要達到20 lx, 其中在牲畜醫院照度更要達到110 lx。當主照明系統失效后應急燈也應能自動點亮，其照度應不低于8 lx。安裝在貨艙區域的燈具應是防水型，其材質應有足夠的強度予以承受牲畜的破壞，其安裝位置要高于牲畜可能觸碰到的高度,如果貨艙區域作為連續甲板以上照明的一部分，那么要能從駕駛室進行控制。如果安裝在有爆炸危險的粉塵處所(如飼料艙)，那么安裝在此處的燈具應是經認證的合格防爆型，并在駕駛室或飼料設備操作處安裝帶指示燈的開關，用于指示此區域的照明電源是否被接通[3]。

根據規則要求貨艙區域的照明系統分為主照明系統和應急照明系統，與普通貨船不同的是貨艙區域(及飼料艙)應急照明系統的正常供電是由牲畜服務配電板一直供電。兩種不同船型的典型照明配置方案見表2。

由表2可見，兩種照明配電方案各有優缺點，在具體設計時可以根據不同規格的船型，選擇合適的配電方案。可以綜合優點，如為避免貨艙區域主照明因某一分電故障導致全部失效，只剩下少量應急燈點數的缺點，也為減少應急系統的配置容量；每個貨艙的主照明由2組不同的牲畜照明分電分別供電，既能滿足AMSA規則要求，又能兼顧經濟性。

圖4 中小型牲畜船貨艙照明系統

圖5 大型牲畜船貨艙照明系統

表2 照明系統典型配電方案對比

4 結論

設計人員要深刻理解AMSA規則對牲畜服務系統安全的設計理念，注意系統配置上具有冗余的功能需求。通過借鑒不同牲畜船成熟的配置方案進行合理優化設計，并在此分析研究的基礎上進行要點提煉和歸納總結，形成牲畜船特色的電氣系統設計基準，可以有效避免設計差錯，提高設計水平。