油船安全設計與危險區域劃分

上海船舶研究設計院 李 博 戴瑪麗

油船是專門載運散裝液體的船舶，貨物主要指運輸閃點（閉杯試驗）60℃和低于60℃的散裝原油和石油產品。根據IEC-60092-502，運輸閃點低于60℃油品的船舶具有較高的危險性，規范對其危險區域劃分有較為詳盡的要求，危險區域內所有電氣設備均要滿足相關防爆的要求。油船的危險區域劃分，是其安全設計中一個非常重要的內容。

油船危險區域劃分原則

油船運輸的原油、成品油、油泥、油渣和其它形式的石油煉制品都可以在MARPOL附則I油類列表中查到。它們在油船貨艙內部以及周圍都有可能產生易燃、易爆的氣體，當這些氣體同空氣混合在一起后，只要氧氣濃度超過10%就將形成爆炸性的氣體環境。在貨艙內，油船通過惰性氣體系統降低了氧氣的濃度，杜絕了爆炸性氣體環境的生成。但貨艙周圍區域，由于船員要經常出入操作，只能通過杜絕著火源的手段進行防爆，因此這些區域的電氣設備都需要滿足特殊的防爆要求。

油船的危險區域劃分主要遵從IEC-60092-502關于運載閃點不超過60℃可燃液體的液貨船的相關規定。它將危險區域主要分為：0區、1區和2區，0區危險程度最大，2區最小。貨艙、污油水艙、同貨艙區域內的任何壓力真空管系或其它透氣系統以及含有貨物或處理可燃氣體或蒸汽的管系和設備的內部空間都屬于0區。1區的定義相對復雜，它主要包含以下幾點：a) 緊鄰液貨艙的封閉處所；b) 存放貨物軟管的艙室以及裝有貨物管路的封閉和半封閉處所；c) 液貨艙的艙口、氣體或蒸汽出口、貨物分配閥門、貨物管法蘭以及壓力、真空閥附近區域。2區則可以簡單地理解為1區的擴展，比如1區處所的出入口、通風和透氣口，1區在開敞甲板區域邊界的向外延伸。此外根據露天甲板結構的特點，骨材“外翻”的貨艙區域甲板上方2.4米高度以內為1區，骨材“外翻”的甲板上方2.4米以內為2區。

艙室布置

由于裝載貨物的原因，油船貨艙內為0區，跟貨艙毗鄰的處所都是1區。整個貨艙段都是危險區域是無法避免的，但對于非貨艙區域，設計者就應該避開危險區域的延伸，下面從艏部、機艙和上層建筑三個方面來討論這個問題。

油船艏部設有艏壓載水艙、艏空艙和水手長儲藏室。壓載水艙和空艙由于緊靠貨艙，都是1區，而水手長儲藏室作為儲物間、木工間以外，還需布置艏部錨機的液壓泵站。該儲藏室由于人員進出頻繁，電氣設備多，而且錨機泵站無法滿足防爆要求，故水手長儲藏室必須設置成安全區域。在前期設計油船艏部時必須注意以下幾點要求：a）儲藏室不能同貨艙直接相鄰，需要用空艙進行隔離；b）圖1艏部儲藏室的通道要求人員出入口距離貨艙前端壁至少5米；c）人員出入口距離貨艙出口或蒸汽出口至少10米；d）必須設置自然通風和機械通風。具體如圖1所示。

油船機艙不能同貨艙直接相鄰，通常在機艙和貨艙之間布置貨泵艙和燃油艙。這些隔離艙均為1區，機艙再同1區保持水密分隔就可以定義為安全區域。有船東曾提出疑問，機艙內也存儲各種燃油，其中柴油和汽油的閃點都低于60℃，為什么機艙不定義為危險區域？首先船上柴油和汽油的存儲量較小，且油氣通過煙囪上方的油霧箱排出；其次機艙內有全面的監測和報警系統，危險通常都能被提早消除，最后SOLAS對于機艙區域的消防系統也有很高的要求。這些因素保證了機艙的安全性，而且機艙內設備眾多，全部都滿足防爆要求也不現實。

圖1 艏部儲藏室的通道要求

油船上層建筑位于機艙的正上方，上建是人員居住處所，它的各類出入口都要遠離危險區域的影響。上建面向貨艙區域的前端壁以及從前端壁向船艉延伸3米之內的外表面都應用鋼材制成并敷設“A-60”級防火材料。貨艙段后端需要設置攔油板，以防止貨艙區的油水流到居住處所，從攔油板起往船艉3米之內也都屬于1區，上建在此范圍內不允許布置可開啟的開口。

各類開口的布置和影響

油船的開口主要分為以下三種：一是供人員出入及日常使用的開口，如人孔蓋、小艙口蓋、門窗和洗艙蓋；二是艙室通風，如自然通風、機械通風、正壓通風；三是透氣系統，如空氣管、測深管、高壓透氣閥、透氣桅和真空釋放器。第一種開口需滿足船員的使用要求，并適當注意危險區域的影響，這里著重討論艙室通風和特殊的透氣系統的布置和影響。

合理有效的通風可以防止可燃氣體的聚集，通常有進風和抽風兩種形式。對于危險處所的通風，首先它應同安全處所的通風遠離；其次危險處所的進風口應盡量處于安全區域，如實在無法避免，需及時同船級社協商；最后出風口不能布置在更危險的區域內，否則危險等級就要提高。以某油船泵艙的通風布置為例，泵艙作為毗鄰貨油艙的1區，由于人員操作的因素，此區域并非惰性區域，因此泵艙的通風環境要求就額外的重要。泵艙是以抽風的方式（30次/小時）進行換氣，泵艙進風和出風都要盡量遠離其它危險源，而且兩者之間也不能互相影響。進風口必須處于安全區域，但根據規范泵艙的進風口周圍3米也屬于危險區域，設計中務必要注意這一點。具體如圖2所示。

圖2 貨泵艙通風

圖3 油船高壓透氣閥的布置

貨艙的高壓透氣閥、透氣桅和真空釋放器是油船特有的透氣裝置。當貨艙內油氣壓力過高時，這些裝置就會將油氣釋放到外界空氣中，因此IEC對這類裝置的危險區域也給予了最嚴格的限定。提供貨物裝卸、壓載或驅除液貨艙氣體時產生的大量氣體或蒸氣混合物的液貨透氣管周圍，透氣管向上半徑為6米，無限高度的垂直圓柱內，以及透氣管向下，以6米為半徑的半球內的露天甲板區域，或者露天甲板的半圍壁處所都屬于1區，1區以外4米屬于2區，具體如圖3所示。簡單來說，它們的影響范圍是半徑為10米，高度無限制的圓柱體。貨艙透氣裝置的定位要考慮如下因素：一、遠離上層建筑；二、避開貨艙段甲板儲藏室的通風和甲板探照燈桅；三、同船艏水手長儲藏室的門保持至少10米的距離。

電氣防爆

根據油船的危險區域的特性，選擇適當的電器設備。對于防爆電氣設備，根據其應用場所的差異分為兩類：Ⅰ類，適用于煤礦、井下；Ⅱ類，適用于除煤礦、井下之外的所有場所，包括艦船。電氣設備通常有8種防爆類型，但船上一般只應用本安型(i)、隔爆型(d)、正壓型(p)、增安型(e)、和無火花型(n)5種。

各種類型防爆電氣設備在正常工作狀態下都有其表面工作溫度，該溫度若超過可燃氣體的燃點則會爆炸，所以又按其工作時的表面溫度分為T1至T6共6個組別，從組別T1～T6表面工作溫度逐次降低，溫度組別由T1到T6依次升高。高組別的可以替換低組別，反之不行。

電纜安裝應滿足如下要求：一是電纜均應是鎧裝的或者應具有編織的屏蔽層，否則應敷設在金屬管道中，但2區可以除外；二是裝貨處所中應盡可能避免電纜接頭，如不可避免，則接頭應圍蔽在防爆的金屬或高強度塑料制成的接線盒中，或者將其密封在波紋套筒中；三是除2區以外，甲板和艙壁上的電纜貫穿應是密封的，以防止易燃氣體或蒸氣透過。

對于油船的設計，防爆是安全設計中的重要環節，若設計不當，將會為日后的使用埋下巨大的危險。設計人員應重視油船的危險區域劃分，在設計過程中注意多方協調，使油船的各類開孔、通風、透氣以及艙室布置都能滿足法規規范，同時也兼顧船東的使用要求。