某大開口雜貨船貨艙主甲板面生產設計策劃

麻楊陽，周 斌，卓 艷

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210015）

0 引言

該船型為大開口型雜貨船，總長為 179.99 m，型寬為30.054 m，型深為15.125 m，入DNV GL船級社，為國內不常見的貨艙大開口船型。貨艙主要的運輸產品包括木炭、煤和箱裝危險品等貨品。主甲板面則以運輸大型木材為主。其貨艙主甲板區域的電氣生產設計因大開口艙口圍的特點，較其他散貨船相比區別較大。本文就以上特點對在該船型貨艙甲板面區域電氣設備及電纜管布置進行闡述和比較。

1 貨艙甲板面區域定性

由于該船的貨品清單（圖1）中顯示每個貨艙可以裝有幾類危險貨品，因此貨艙設計是按危險區域考慮的。危險區域系指通常可能聚集易燃或易爆蒸氣、氣體、粉塵或爆炸物的區域。按照爆炸性混合物出現的頻繁超高難度和持續時間分為3個等級：0區為爆炸性氣體環境連續出現或長時間存在的區域；1區為在正常運行時可能出現爆炸性氣體環境的區域；2區為在正常運行時不可能出現爆炸性氣體環境的區域，即使出現，也是偶爾發生并且僅是短時間存在的區域。

圖1 貨品清單

除此之外，貨艙艙口蓋艏艉方向有大量機械出風孔，這些機械出風口在半徑1.5 m范圍內是1區，1.5 m延伸至3 m范圍內是2區。因此，艙口圍之間的甲板通道都可視為危險區域（圖2）。

圖2 艙口圍之間的甲板通道

2 貨艙甲板面電氣設備的布置及選擇

危險區域劃分對于電氣專業而言，最主要的是為了正確選擇電氣設備的種類以及合理布置。

DNV GL規范要求“在危險區域中安裝電氣設備，應根據危險區域的級別來選取合適的合格防爆電氣設備”；防爆電氣設備在結構和性能上采取特殊的技術措施，不會引起周圍爆炸性氣體爆炸或粉塵被點燃。防爆電氣設備選型的首要原則就是安全原則，選用的防爆電氣設備必須與危險區域的等級相匹配；而后則要考慮其經濟合理性，選用的設備要方便維護；在滿足要求的前提下，防爆電氣設備的結構越簡單越好。不同危險區域防爆電氣設備的選擇見表1。

表1 不同危險區域防爆電氣設備的選擇

一般情況下，在0區布置防爆電氣設備的情況極少出現；在設計時需充分考慮電氣設備布置的合理性，盡量避開1區，將設備布置在2區。

1區對防爆電氣設備的要求高，2區對防爆電氣設備的要求比較低，可選擇的范圍較大且價格上有優勢。主甲板面的電氣設備布置，除了必要的室外熒光艙頂燈外，將其他電氣設備全部布置在危險區域以外，增加安全性的同時也可適當降低設備成本；室外熒光艙頂燈的布置則盡可能選擇避開1區，布置在對設備防爆要求較低的2區。

除了核對危險區域劃分圖中相關危險區域的位置和等級外，在生產設計中還需要特別注意危險區域延伸的問題。就該船型而言，在原始設計階段，主甲板面克令吊的門朝向左舷方向，該門處于危險區域內，導致克令吊柱體內被視為延伸的危險區域，克令吊柱體內的克令吊電機就需要滿足相應的防爆要求，這就增加了克令吊訂貨成本。但是，發現這個問題后，將克令吊門的朝向稍微作調整，改為朝向船尾方向，即可巧妙地避開危險區域。克令吊柱體內延伸的危險區域的問題也就迎刃而解。

3 貨艙主甲板面電纜管布置

前文提到了貨艙主甲板面除舷側2條800 mm凈通道以外，大部分區域屬于危險區域。在危險區域內安裝的電氣設備需要滿足相應防爆等級，對于通過危險區域的電纜，其型號、規格及電纜敷設的形式并沒有特別的要求。規范要求滿足“電纜或電纜管穿越分隔危險與非危險區域的氣密艙壁和甲板時，其布置不應破壞艙或甲板的氣密完整性”，注意避免危險氣體外泄即可。此處主甲板面為開放區域，不存在破壞氣密性的問題。但是需要滿足“對貨艙區域的露天甲板上和穿過貨艙的所有可能遭受機械損傷的電纜，應以厚度至少為4 mm的鋼板，鋼格柵或型材制作的罩子或把電纜置于鋼管中加以保護”的要求。在這種情況下電纜的敷設可以選用以下的幾種方式：

1）標準形式的電纜圍板穿主甲板后改用托架或鐵條的形式敷設電纜。這種方法操作起來最簡單（見圖3的電纜數量）。采用一組200 mm寬度的電纜圍板和電纜托架就可以保證足夠的電纜敷設空間。考慮到該船型露天區域只有幾個方管拼接的平臺，電纜托架沒有很好的落腳點，需要增加額外的電纜托架支撐架。同時露天區域的電纜防護需要采用金屬軟管或鋼制罩殼的形式，成本較大，電纜路徑的分支處理起來不方便，采用鐵條則增加了大量的電焊工作，采用托架則沒有足夠的空間。此方法預估每個艙口圍需要200 mm寬托架10 m、550 mm長的扁鐵條40根以及電纜托架支撐架20根。

圖3 電纜統計表

2）協調管系布置電纜管到電纜分支處，管口采用MCT貫穿件隔堵后布置電裝鐵條或托架的形式。該方案減少了露天區域的電纜長度，但是管口的MCT貫穿件該船使用的是進口件，成本高，采購周期長；同時該方案只能在穿管電纜根數較少的情況下適用。根據廠家資料，一般圓形的MCT貫穿件框架最大采用R150（見圖3的電纜數量），最多只能采用RM 20的模塊敷設16根直徑14 mm及以下的電纜；再往上則考慮采用方框形狀的 S型框架，和電纜管的匹配存在問題。在電纜管和R型MCT貫穿件套筒的匹配上需要特別注意，電纜管的內徑不能小于MCT貫穿件套筒的內徑，因為R形模塊框架會突出套筒，如果與套筒對接的電纜管內徑小于MCT貫穿件的套筒，那么后期框架則無法安裝。該項目去往主甲板面電纜數量多，因此該項目上此方法不適用。

3）每一個電纜分支均采用獨立電纜管的形式，電力電纜、信號電纜分別布置獨立的電纜管。這種方式避免出現分支，去掉了不必要的MCT型貫穿件，同時電纜管的支架數量少，可以減少大量的電焊作業，但電纜管的長度和重量增加。預估每個艙口圍有11 m電力電纜和11 m信號電纜管。

權衡利弊，露天區域的電纜防護是比較難處理的問題，尤其該項目主甲板面涉及裝運木頭，如果木頭在調運過程中發生掉落的事故，很可能會損壞露天區域一些防護不充分的電纜，產生安全隱患。第3種方法最能有效保護主甲板區域電纜。以此為據，決定采用第3種方法，鋪設多根獨立的電纜管。

對于電纜管規格的選型，需要建立在計算的基礎上。根據船級社規范要求，電纜外徑截面積的總和與管子或管道或電纜槽內截面積之比不可以超過40%。以圖3的電纜節點為例，電纜的總根數為25根，均為信號電纜，電纜的截面積合計為1 460 mm。

根據規范要求計算，先選用通徑114 mm、壁厚7 mm的電纜管。其電纜管截面積按式（1）計算，計算結果為7 850 mm。

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40%的容量約為3 140 mm。因此，該選型滿足通用要求。

一般情況下，為了方便敷設電纜，這種長距離的電纜管會采用法蘭連接的方式，便于拆卸安裝，現場施工人員可以根據需要拆開法蘭，一段一段地敷設電纜。同時考慮該項目主甲板面艙口圍之間為危險區域，法蘭連接的電纜管在穿過危險區域時無法保證氣密性，可能導致危險氣體通過電纜管擴散到邊艙，引發事故。為了徹底杜絕此類情況，決定電纜管全部采用套管連接，見圖4。長度11 m的整根n型電纜管，2個直角彎，這樣的電纜管規格千萬不能按照通用標準去選用，計劃選用通徑168 mm、壁厚8 mm的電纜管，其電纜管截面積按式（1）計算為18 137 mm，40%的容量約為7 254.8 mm，因此完全滿足電纜敷設要求。

圖4 電纜管路徑

首制船此處采用了通徑168 mm的電纜管，保留了充足的空間余量。但是，現場反饋實際施工效果并不理想，現場敷設電纜時候出現阻塞的情況，送不上，拉不動。分析其原因，這些電纜在通過直管區域的時候完全沒有問題，問題出在電纜經過 2個直角彎階段，整束電纜在通過彎頭處因受力不均勻導致過彎時電纜松散交叉，占據整個管內空間，再經過一個長距離的直管后，在第2個彎頭處無法受力，從而導致電纜無法穿管。如果能保證電纜不松散，在彎頭處不擁擠，預計可以順利通過該電纜管敷設。將該處電纜從開始端每隔1.5 m做1個綁扎固定，共做6處，保證電纜在通過彎頭時依然成束不松散。將所有通過同一電纜管的電纜在管口集中，一次性全部穿管通過，如圖4所示。

按照上述方法解決了此處電纜穿管敷設問題。這里采用的這個方式主要是從露天區域電纜的機械防護性及避免危險區域的延伸方面去考慮的。對于電纜管的選型，直管一般可以按照“穿管系數（電纜外徑截面積的總和與管子或管道或電纜槽內截面積之比）應不大于0.4”執行即可；對于一個直角彎頭的且不可拆卸的電纜管，建議穿管系數不超過0.2；對于2個直角彎頭的不可拆卸的電纜管，建議穿管系數不超過0.1；對于用法蘭相連接、可拆卸的帶直角彎頭電纜管，建議穿管系數不超過0.3。長度超過2 m的電纜管，建議在穿管電纜全部到位后一次性全部穿管，避免電纜在管內彎頭處交叉使得后續無法增加電纜。

這里給出的穿管系數選擇法是依據設計經驗得出的參考值，考慮電纜管空間余量，若實際情況不能按經驗值去選擇合適的電纜管，則需要依據穿管電纜的具體數量、穿管電纜的外徑以及電纜的型號來對具體問題進行具體分析，從而選擇合適的電纜管。

4 結論

本文從貨艙主甲板面的危險區域內電氣設備的布置及電纜管樣式的選擇出發，討論了某大開口雜貨船貨艙甲板面生產設計的要點。在危險區域內的設備選型需要重點注意危險區域的等級，選用合適的防爆設備；充分考慮是否存在危險區域延伸的問題。可以從設備的布置方面考慮，減少防爆設備的數量，降低成本。貨艙主甲板面的電纜管的選型需重點考慮電纜管的彎頭對電纜敷設的影響，在條件允許的情況下盡量將電纜管做成法蘭連接的形式，方便拆裝，利于現場施工。