方　杰，李　伟

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

63 m双燃料货船安保系统设计

方杰1，李伟2

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江212003；2.中涂化工(上海)有限公司，上海 201814)

摘要：针对天然气或天然气、燃油混合动力船舶存在易燃易爆的问题，利用模块化配置灵活、安全性高、经济可靠等特点，设计基于模块化的63 m双燃料货船安保系统。实船证明，该系统性能良好，满足相关设计要求。

关键词：天然气；燃油；混合燃料；安保系统；模块化设计

0引言

天然气是一种清洁、高效经济的能源。近年来，我国交通部门为响应国家绿色环保的要求，以及保证能源供应多元化和改善能源消费结构的战略布局要求，推广天然气动力或天然气、燃油混合动力型船舶。但是，天然气作为一种可燃气体，一旦发生泄露将造成不可估量的重大损失，因此，有必要在使用天然气或天然气、燃油混合动力的船舶上配备一套安全保障系统，用于监控天然气的使用状况，保障船舶的正常运营，提高船舶安全运行的系数。

根据市场需求，研究并设计了一批采用天然气作为动力的船舶，如63 m双燃料货船、49.8 m天然气货船、49.8 m天然气货船等。本文以63 m双燃料货船为例，着重介绍该船安保系统的设计。

163 m双燃料货船简介

63 m双燃料货船总长63 m，总宽13 m，型宽12.8 m，型深3.4 m，吃水2.8 m，载重量1 450 t，可装载标准尺寸集装箱56个，船舶总吨位890，设计航区A级，航速要求大于15 kn。

2安保系统的设计

依照《天然气燃料动力船舶规范》(2013)(以下简称“规范”)的要求，将船舶机器处所分为本质安全机器处所、ESD防护式机器处所和增强安全机器处所3类。本质安全机器处所是指机器处所在任何情况下(正常及异常情况)均处于气体安全状态；ESD防护式机器处所是指机器处所在正常情况下被认为处于气体安全状态，但在某种异常情况下可能变成气体危险区域；增强安全机器处所是指主要通过加强机器处所通风、增加可燃气体探测覆盖、机器处所内供气管路采用全焊透对接焊等措施增强机器处所的安全水平。考虑到63 m双燃料货船具体情况，将机器处所定位为增强安全机器处所。

根据“规范”对增强安全机器处所的要求，为了确保天然气供气系统的安全可靠，进行了整合性设计，即在保证气源监控系统和主机监控系统完整性的前提下，完成全船安保系统设计。63 m双燃料货船安保系统示意图如图1所示。

安保系统设计采用模块化方案，主要分为数据综合处理部分、前段数据采集部分和数据交换部分。数据综合处理部分由安保控制柜实现，可汇总采集数据，分析数据，然后发出相关指令。前段数据采集部分由火灾报警系统、可燃气体探测系统、通风导管控制器组成。数据交换部分由主机控制箱、气罐控制箱组成。火灾报警系统、可燃气体探测系统、通风导管控制器、主机机旁控制箱、气罐控制箱各自相对独立，自成系统，可将各自的监测信号送至安保控制柜，由安保控制柜综合分析处理。

(1)安保控制柜由两路电源供电，一路为主电源，一路为蓄电池电源。主电源失效时，可自动转换蓄电池电源供电，保证供电连续性。安保控制柜基于西门子S7-300可编程控制器制作，可采集开关量及模拟量信号，同时可将相关报警信号延伸至驾驶室控制台。

(2)设1套带地址编码的固定式火灾报警系统，全船居住舱室、走道、气罐处所和机器处所设火灾探测器，其中气罐处所和机器处所要求设防爆类型感烟和感温火灾探测器两种形式的火灾探测器，火灾时可准确定位每一个探测位置。

(3)设1套可燃气体探测系统，气罐处所、机器处所以及通风导管内布置可燃气体探测器，要求各个地方布置数量在2个以上(含2个)。

(4)气罐控制箱由气罐随机配套，主要实现气罐状态监测和天然气动力管路供气阀组的控制。气罐状态主要为液位、压力和温度等，天然气动力管路供气阀组的控制主要指天然气动力管路上的自动截止阀、自动透气阀和主气体燃料阀这3个阀的互锁功能，即自动关闭自动截止阀和主气体燃料阀，自动打开自动透气阀。

(5)主机机旁控制箱由主机随机配套，主要实现监测压力、温度、超速等主机各种运行状态，以及实现天然气和燃油的选择供应。

图1　63 m双燃料货船安保系统示意图

3安保系统的实现功能和监控内容

3.1安保系统的实现功能

本船安保系统能够实现“规范”要求的各项功能，即气罐状态监测和天然气动力管路供气阀组的控制，气罐处所及其连接处所和机器处所内火灾监测，气罐处所及其连接处所、机器处所内和通风导管内气体浓度探测，通风导管风机状态监测和主机运行状态监测。

3.2安保系统监控内容

本船安保系统监控的内容主要分气体燃料充装时的监控和气体燃料供应时的监控两部分。

3.2.1气体燃料充装时的监控内容

3.2.1.1声光报警类

(1)围壁或半围壁充装站内探测到气体浓度高于20%LEL(LEL为爆炸下限)。

(2)充装管路双壁管(通风导管)通风失效。

(3)充装管路双壁管(通风导管)探测到气体浓度高于20%LEL。

(4)充装总管上遥控截止阀失去驱动动力。

3.2.1.2声光报警并A级动作类

A级动作指自动关闭充装总管上的遥控截止阀。

(1)围壁或半围壁充装站内探测到气体浓度高于40%LEL。

(2)充装管路双壁管(通风导管)探测到气体浓度高于40%LEL。

(3)气罐液位高。

(4)气罐压力高。

(5)充装总管上手动截止阀关闭。

3.2.2气体燃料供应时的监控主要内容

3.2.2.1声光报警类

(1)气罐压力高。

(2)气罐压力低。

(3)气罐液位低。

(4)1个探测器探测到气罐连接处所内气体浓度高于20%LEL。

(5)气罐处所内污水井高液位。

(6)1个探测器探测到通风导管内气体浓度高于20%LEL。

(7)1个探测器探测到气体阀件单元内气体浓度高于20%LEL。

3.2.2.2声光报警并B级动作类

B级动作指自动关闭供气总管上的主气体燃料阀。

(1)2个探测器探测到气罐连接处所内气体浓度高于40%LEL。

(2)气罐处所内探测到火灾。

(3)气罐处所内污水井低温。

(4)2个探测器探测到通风导管内气体浓度高于40%LEL。

(5)通风导管内通风失效。

3.2.2.3声光报警并C级动作类

C级动作指自动关闭主气体燃料阀和互锁气体阀，自动开启透气阀。

(1)2个探测器探测到气体阀件单元处所内气体浓度高于40%LEL。

(2)气体阀件单元处所内通风失效。

(3)探测到机器处所内失火。

(4)探测到机器处所内供气管路破裂。

(5)1个探测器探测到机器处所内气体浓度高于20%LEL。

(6)机器处所内通风失效。

(7)供气管路内压力异常。

(8)控制阀门的工作介质失效。

(9)发动机故障。

(10)发动机应急停车。

4结语

采用以上设计方案的好处主要有两点：第一，从船舶的经济性角度看，可以有效节约船舶的建造成本，主要体现在可以最大程度利用船舶原有系统，如火灾报警系统、可燃气体探测系统等，避免系统的重叠设置，节约资金；第二，从船舶的安全性角度看，可以提高船舶的安全性，主要体现在本系统各模块之间是有限结合，保持相对独立完整性，不至于某个模块发生故障，造成系统全部损坏。

目前，该型船已顺利通过船检检验并投入使用，其安保系统满足要求，用户反应使用情况良好。

参考文献：

[1]中国船级社.天然气燃料动力船舶规范(2013)[M].北京：人民交通出版社，2013.

收稿日期：2016-01-07

作者简介：方杰(1982—)，男，工程师，主要从事船舶电气工程设计工作；李伟(1987—)，男，助理工程师，从事船舶与海洋工程建造。

中图分类号：U662.2

文献标志码：A