唐文合 杨超 王红梅

摘要：极地航线的船舶面临着极低环境温度的严峻考验，确保极地航线船舶露天设备的正常使用及安全通道的防冻化处理，是极地航线船舶必须解决的课题。本文以极地凝析油轮为例，介绍电伴热系统的设计及应用。

关键词：极地船;电伴热系统;应用

中图分类号：U662.2                   文獻标识码：A

Abstract： Polar ships faces the severe challenge of extremely low ambient temperature. It is necessary to ensure the normal use of open-air equipment and anti-freezing treatment of the escape passage of the polar routes. This paper introduces the design and application of electric heating tracing system based on the project ARC7 ice breaking condensate tanker.

Key words： Polar ship;Electric heating tracing system;Application

1 前言

极地航线船舶面临着低温环境，其温度可低至-50℃，影响着船舶的正常安全运行。为了保证船舶的正常运行，为船舶设备提供安全的适用条件，需对设备、仪器、管路系统等提供适当的保温措施，确保船舶的正常使用。

本项目防冰冻设计需满足RMRS船级社Winterization（-50℃）及ANTI-ICE两个附加入级符号的要求，因此本船电伴热系统基于上述规范进行设计。

根据RMRS规范对设备、系统及舾装件的相关要求，制定措施如下：

（1）设备：设备需满足在极地低温-50℃的环境中正常使用。如设备自身无法满足该要求，则需要增加额外的加热措施，确保设备所处的环境温度满足使用要求;

（2）系统：需确保油、水等系统管路中液体的可流动性，系统在露天甲板区域的部分需配置加热措施;

（3）舾装件：如扶手、栏杆、通道、门等，需增加加热措施确保在极低温度下保持不结冰，方便人员的逃生使用。

从操作性、维护性、实用性等各个方面进行论证，最终决定采用电加热的方式完成以上相关设备、系统、舾装件等的加热保护，确保其正常使用。

2  电伴热系统原理与设计

2.1  电伴热带工作原理

本船使用电伴热带，其主要构成如图1所示。包括：铜导体、导电芯体、绝缘层、金属编织层及外护套等部分。其中，导电芯体一般包含碳粒及填充物。当电源接通后，两条平行导体之间通过导电芯体形成回路，导电芯体通电后发出热量。当电伴热带周围的环境温度较低时，填充物微分子收缩导致碳粒与两根导体之间形成回路，电伴热带开始产生热量;当周围的环境温度较高时，填充物微分子膨胀导致碳粒被挤开而致使原已形成回路的电路中断，电伴热带因内部无法形成电路回路而不再产生热量。

自限温式电伴热带，在温度控制过程中由自身完成自动调节，因此不会出现过热或过低现象。

2.2  电伴热系统设计

电伴热系统主要包括以下部分：配电板;电伴热带;接线盒;温度传感器;温控器;尾端密封件等。

2.2.1  系统配置

本系统设置2台600kVA防冰冻变压器。因负载数量较多且分散于全船各个区域，系统设置了下列8个子配电柜，分别给不同区域的负载及不同类型的负载进行供电：驾驶甲板区域舾装件-DHB1;C/D甲板区域舾装件-DHB2;A/B甲板区域舾装件-DHB3;上甲板尾部及主甲板面区域舾装件-DHB4;艏部区域舾装件-DHB5;主甲板面透气头-DHB6;上甲板艉部透气头-DHB7;舱口盖-DHB8。

2.2.2  系统原理

根据RMRS规范要求，配电柜需配置功率表或安培表用于指示系统总负载情况，需对每个供电回路设置清晰铭牌用于指示该回路的具体负载功率，针对每个供电回路设置剩余电流保护装置，同时对每个供电回路提供负载运行指示灯。

根据系统所涉及负载的分类及数量的特点，设置了温度自动控制功能。当环境温度低于设定值时，系统自动运行产生热量，用于设备保护或防冰冻要求;当环境温度高于设定值时，系统自动停止不再产生热量。该系统由温度传感器及温度控制器完成自动控制功能。

每个子配电柜配置一个温度传感器，安装于此室外区域，满足低温-50℃要求，用于检测环境温度;每个子配电柜上配置有温度控制器，在控制器上设定温度值;每个子配电柜设置有手动和自动两种操作模式。一般情况下，设置于自动工作模式，由温度传感器的信号进行系统的自动运行及停止;当有特别需要操作时，或是温度传感器故障时，系统设置于手动工作模式，控制系统的运行及停止;另外，在驾驶室内设置有远程遥控板，可在驾驶室内对每个子配电柜进行远程控制。

2.2.3  系统起动设置

因涉及负载众多，造成每个子配电柜功率很大。为避免系统起动运行时产生过大起动电流而影响全船电力电网，在每个子配电柜内均设置了分组起动的控制功能，即当手动或自动起动该系统时，配电柜内的所有负载并非同时接通运行，而是分组延时接通运行。例如：配电柜的所有负载分成5个分组，当接到起动命令后，第1个分组先运行，经过一定时间延迟后第2分组投入运行，以此类推。延时时间，一般设定在2分钟左右。

3  电伴热系统安装与应用

3.1  应用范围

本船需使用电伴热系统的主要包括以下设备、系统及舾装件：（1）生活区域室外逃生通道及其相关的扶手、栏杆、梯道;（2）通往逃生通道的门;（3）主甲板面走道栏杆;（4）舱口盖;（5）救生圈防护箱;（6）消防栓;（7）透气头;（8）主甲板面供水管路及供油管路等。

3.2  电伴热带安装

电伴热带的安装要求类同于电缆。安装时需满足一定的弯曲半径，一般推荐弯曲半径不小于6倍电伴热带外径，严禁在安装电伴热带时出现外护套褶皱的情况，如发现此类情况必须更换，避免在后续的使用过程中因外护套的损坏而出现绝缘低导致系统无法正常使用的情况。

3.3  逃生通道踏板安装

逃生通道的防冰冻措施，是在不锈钢踏板内部缠绕电伴热带并在底部填充隔热材料，尽可能地将更多的热量向上传递至踏板表面，避免踏板表面出现结冰现象而影响正常的行走。根据RMRS的推荐值，甲板面的通道加热功率一般不小于300W/m2，但根据厂家的实际经验及考虑极地-50℃的低温环境，室外逃生通道踏板电功率按照800W/m2计算，确保在极端恶劣低温环境下通道不会产生结冰。

3.4  栏杆及扶手电伴热安装

按照规范，扶手栏杆如有防冰冻要求，且其防冰冻措施是通过电伴热带的型式完成，则其功率要求一般不小于50W/m;因本船运行于极地环境且最低环境可达-50℃，根据厂家的实船经验，最终选择电伴热带功率为60W/m。

在布置电伴热带过程中，需特别注意电伴热带外护套不应有损伤，避免出现绝缘低的状况。这就要求在布置过程中，确保电伴热带的保护管管口无毛刺及焊渣，管口内部无尖锐颗粒物;完成电伴热带拉放工作后，需检查末端的电伴热带外护套是否有损伤，如发现损伤需及时进行更换。

3.5  舱口盖电伴热安装

舱口盖并无要求配置防冰冻措施，但涉及到逃生路径的舱口盖，则必须配置防冰冻措施，即在任何环境条件下均需保证舱口盖无冰冻现象，在任何时候均可及时打开舱口盖，确保逃生路线的畅通。本船的防冰冻措施采用电伴热型式，舱口盖上边缘设置有电伴热带保护管，电伴热带布置于其中，见图2所示：

3.6  消防栓电伴热安装

由于消防栓接口的特殊性，直接缠绕电伴热带的型式无法保证防冰冻的要求，且对后续的消防栓的正常使用带来困难，因此本船的消防栓防冰冻措施采用了增加可拆式加热保护罩的型式：将电伴热带缠绕于两层帆布之间，并按照消防栓的大小做成罩子型式，外部配置有搭扣及收紧绳;电伴热带从帆布罩内部伸出并留有一定余量，通过接线盒与电源电缆对接完成加热帆布罩的供电回路;在需要使用消防栓时，解开收紧绳并将帆布罩放置一旁，即可正常使用该消防栓。可拆式加热帆布罩安装示意图，见图3所示：

3.7  透气头电伴热安装

透气头的加热方式类似于舱口盖，在透气头内部增加缠绕电伴热带并留有一定余量，电伴热带通过外部的接线盒与电源电缆进线驳接形成供电回路。需要注意的是，很多透气头一般均是处于危险区域，故相应的接线盒也需满足防爆要求。电伴热式透气头安装示意图，见图4所示：

3.8  管路上电伴热带的安装

管路上电伴热带的安装，需特别注意安装位置及弯位要求。电伴热带一般安装于管路下方斜45°的位置，一是安装方便，二是确保热量在散发过程中更好的通过管路表面以便更好地对管路进行保温处理;同时管路在电伴热带安装完成后，需在电伴热带外表面安装绝缘层，减少热量的散发且更好的将热量作用于管路表面。电伴热带在管路上的安装示意图，见图7所示：

管路系统的电伴热带选型，主要根据管路的热损失计算进行，只要确保单位长度电伴热带功率大于单位长度管路热损即可;同时，因管路系统在整个长度方向上会有阀件及管支架的布置，所以管路上的电伴热带的长度一般需考虑1.05～1.10倍的余量。

3.9  电伴热带尾端密封安装

根据电伴热带工作原理可知，电伴热带尾端处必须进行密封处理，确保电伴热带内部两根平行导体不会发生短路。为方便后续使用过程中的检查及维护，扶手及栏杆内的电伴热带末端均不会藏于保护管内，一般露出长度100mm左右，方便检查尾端密封处理是否完好，避免出现短路或绝缘低的情况。电伴热带尾端密封处理示意图，见图8所示：

3.10  电伴热带保护软管安装

按照俄罗斯船检现场检验的要求，在扶手与扶手之间若存在较长的过渡电伴热带，则电伴热带不应直接裸露于环境中。一是因为有可能会因碰撞或刮扯带来机械损伤，导致电伴热带断裂导致系统无法正常加热工作，或是外护套破损引起絕缘低;二是因为有可能因人员直接触碰电伴热带表面引起可能的烫伤事故。因此，在扶手之间的过渡电伴热带均增加了不锈钢保护软管，在增加机械保护的同时，也避免人员直接接触正在工作的电伴热带的高温度表面，避免出现烫伤事故。电伴热带不锈钢保护软管安装示意图，见图9所示：

4  结束语

该船已交付使用，从反馈信息显示：电伴热系统并未有任何质量问题，运行状态良好，完全满足极地航线运营船舶的Winterization-50的要求。随着极地船舶的需求持续升温，该系统可为后续的类似项目提供设计方案的借鉴和参考，更好地推进极地船舶的研发、设计和建造。