艦船危險(xiǎn)區(qū)域劃分及相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

吳鳳輝

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

艦船危險(xiǎn)區(qū)域劃分及相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

吳鳳輝

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

考慮到艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中，危險(xiǎn)區(qū)域的劃分與設(shè)計(jì)是與安全性直接相關(guān)的重要工作，根據(jù)艦船特點(diǎn)，分析艦船危險(xiǎn)區(qū)域的概念，提出危險(xiǎn)區(qū)域的分類(lèi)方式，明確艦船危險(xiǎn)區(qū)域所覆蓋的基本范圍，針對(duì)各類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域，從總體設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)等方面提出安全設(shè)計(jì)措施。

艦船；危險(xiǎn)區(qū)域；爆炸

軍用艦船在有限的空間內(nèi)裝載有大量燃料、彈藥等危險(xiǎn)品，因此難以避免會(huì)存在爆炸等各類(lèi)危險(xiǎn)。為提高艦船的安全性，需分析確定危險(xiǎn)區(qū)域的類(lèi)型，并在設(shè)計(jì)中有針對(duì)性地采取防止危險(xiǎn)發(fā)生的各類(lèi)措施。文中參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和文獻(xiàn)，結(jié)合艦船實(shí)際經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)地提出艦船危險(xiǎn)區(qū)域的劃分方法與設(shè)計(jì)措施，供艦船安全性設(shè)計(jì)參考。

1 艦船危險(xiǎn)區(qū)域的概念

在GB/T 17436—1998 《船舶危險(xiǎn)區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選用》[1]中，危險(xiǎn)區(qū)域定義為通常可能積聚可燃性或爆炸性氣體或蒸汽的區(qū)域。

在GJB 3843—99《艦船裝備危險(xiǎn)部位及安全標(biāo)志的一般要求》[2]中，對(duì)危險(xiǎn)部位定義為艦船上可能損傷或危害人身健康的處所或區(qū)域。

以上兩種定義，第一種從危險(xiǎn)事件的起源角度定義，第二種從危險(xiǎn)事件的危害角度定義，共同反映了危險(xiǎn)區(qū)域的因果關(guān)系。

綜合兩種定義特點(diǎn)，艦船危險(xiǎn)區(qū)域可定義為艦上可能積聚可燃性或爆炸性氣體而對(duì)人員或設(shè)備產(chǎn)生爆炸性危害的處所或區(qū)域。

1)從廣義講，危險(xiǎn)區(qū)域除包含爆炸危險(xiǎn)區(qū)域外，還應(yīng)包括火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域、電磁危險(xiǎn)區(qū)域、輻射危險(xiǎn)區(qū)域等;且爆炸危險(xiǎn)區(qū)域也可包含因燃燒等化學(xué)性原因而引起的爆炸，以及因超壓等物理性原因而引起的爆炸[3]。但在實(shí)際工作中，由于化學(xué)性爆炸更為普遍，危害性更大，因此在多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中危險(xiǎn)區(qū)域概念已基本等同于化學(xué)性爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

2)艦船危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)源主要針對(duì)可燃性或爆炸性氣體，加之氣體較固體更難以控制，因此安全性措施以氣體為主要對(duì)象。

3)爆炸危害的對(duì)象除人以外，還包括設(shè)備，這與安全性定義及實(shí)際情況是一致的。

2 艦船危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

2.1 危險(xiǎn)區(qū)域的分類(lèi)

關(guān)于危險(xiǎn)區(qū)域劃分，世界上存在多種體系，其中主要包括美國(guó)電氣規(guī)程委員會(huì)的NEC標(biāo)準(zhǔn)體系以及國(guó)際電工委員會(huì)的IEC標(biāo)準(zhǔn)體系[4]。

美國(guó)電氣規(guī)程委員會(huì)的NEC體系根據(jù)危險(xiǎn)品的特性將危險(xiǎn)區(qū)域劃分為3級(jí)，各級(jí)又根據(jù)危險(xiǎn)品出現(xiàn)的可能性分成1區(qū)和2區(qū)，“級(jí)”和“區(qū)”共同構(gòu)成了危險(xiǎn)區(qū)域的劃分體系。NEC標(biāo)準(zhǔn)體系中各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)域如下。

Ⅰ級(jí)。易燃?xì)怏w或蒸汽會(huì)以足能產(chǎn)生爆炸或形成燃燒混合物的數(shù)量在大氣中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的區(qū)域。

Ⅱ級(jí)。存在易燃粉塵的危險(xiǎn)區(qū)域。

Ⅲ級(jí)。有易燃纖維或粉塵存在，但懸浮于空氣中的數(shù)量沒(méi)有達(dá)到足以產(chǎn)生燃燒混合物的危險(xiǎn)區(qū)域。

國(guó)際電工委員會(huì)的IEC標(biāo)準(zhǔn)體系根據(jù)危險(xiǎn)品出現(xiàn)可能性將危險(xiǎn)區(qū)域劃分為3類(lèi)，設(shè)計(jì)中根據(jù)危險(xiǎn)品特性等因素采取規(guī)定措施。IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中危險(xiǎn)區(qū)域分類(lèi)如下。

0 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域。爆炸性氣體混合物連續(xù)或長(zhǎng)期存在的區(qū)域。

1 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域。在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的區(qū)域。

2 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域。正常運(yùn)行時(shí)，不大可能產(chǎn)生或積聚爆炸性氣體混合物的區(qū)域，此類(lèi)區(qū)域即使產(chǎn)生或積聚也只存在很短時(shí)間。

目前，IEC標(biāo)準(zhǔn)體系已為國(guó)際海事組織、德國(guó)、英國(guó)、挪威、中國(guó)等大量國(guó)家或機(jī)構(gòu)采用，應(yīng)用范圍更廣、配套技術(shù)也更為完善。

對(duì)于艦船危險(xiǎn)區(qū)域劃分，為與國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn) 體系及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系配套，應(yīng)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)體系或與之相當(dāng)?shù)膰?guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系，如GB 3836系列等。

2.2 危險(xiǎn)區(qū)域的界定

在IEC或國(guó)內(nèi)相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)于艦船危險(xiǎn)區(qū)域只給出原則性的要求，并未明確具體范圍。因此，艦船設(shè)計(jì)中需基于IEC或國(guó)內(nèi)相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)體系中的原則要求，根據(jù)易燃易爆危險(xiǎn)品的特性、釋放頻度、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，以及區(qū)域周界封閉情況、通風(fēng)情況等對(duì)艦船0類(lèi)、1類(lèi)、2類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行界定。

2.2.1 0 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的分類(lèi)內(nèi)涵，提出0類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域主要包括：閃點(diǎn)小于或等于60 ℃的可燃液體或易燃?xì)怏w的液體艙柜或管路內(nèi)部，例如汽油庫(kù)內(nèi)部等。對(duì)于可燃液體，國(guó)內(nèi)外船舶設(shè)計(jì)均把閃點(diǎn)是否達(dá)到60 ℃作為油料是否安全的界限，小于或等于60 ℃認(rèn)為具有危險(xiǎn)性，而超過(guò)60 ℃一般認(rèn)為相對(duì)安全[5]。

2.2.2 1 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的分類(lèi)內(nèi)涵，提出1類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域的主要范圍如下。

1) 貯存或釋放易燃、易爆氣體的區(qū)域，如油漆間、乙炔間、蓄電池室等。

2)彈藥貯存區(qū)域。

3)布置閃點(diǎn)小于或等于60 ℃燃油或易燃?xì)怏w油柜、管路或機(jī)器的區(qū)域。

4)液體溫度能升高至高于其閃點(diǎn)以下10 ℃的裝有閃點(diǎn)高于60 ℃的液體或燃油(噴氣燃料除外)的液艙、容器、加熱器、管路等。

2.2.3 2 類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域

根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的分類(lèi)內(nèi)涵，提出2類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域的主要范圍。

1)可能有較少爆炸危險(xiǎn)氣體溢出的通風(fēng)口或透氣口周?chē)霃綖? m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

2)可能有較多爆炸危險(xiǎn)氣體溢出的通風(fēng)口或透氣口周?chē)霃綖?0 m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

3)閃點(diǎn)小于或等于60 ℃的燃油補(bǔ)給接收裝置周?chē)? m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

4)與1類(lèi)危險(xiǎn)區(qū)域直接毗鄰，其間具備關(guān)閉物，但因設(shè)計(jì)或使用等原因難以完全密性分隔的區(qū)域。

由于艦船危險(xiǎn)區(qū)域存在爆炸危險(xiǎn)，且其配套措施會(huì)占用總體資源，并增加采購(gòu)成本，因此，在滿(mǎn)足使用和安全要求的前提下，在艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡可能控制危險(xiǎn)區(qū)域的范圍。

3 危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)

發(fā)生爆炸危險(xiǎn)必須同時(shí)具備以下條件[6]。

1)存在易燃?xì)怏w、液體的蒸氣。

2) 上述物質(zhì)與空氣混合且質(zhì)量濃度在爆炸極限范圍內(nèi)。

3)存在足以點(diǎn)燃爆炸性混合物的火花、電弧或高溫等引爆源。

艦船危險(xiǎn)區(qū)域的防爆主要針對(duì)以上引爆條件采取措施。

3.1 總體安全性設(shè)計(jì)

艦船危險(xiǎn)區(qū)域需從總布置、船體結(jié)構(gòu)、探測(cè)報(bào)警、通風(fēng)消防等方面采取安全設(shè)計(jì)措施。

在總布置方面，為避免火災(zāi)等外部因素引起危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的爆炸，危險(xiǎn)區(qū)域的布置宜盡量遠(yuǎn)離廚房、機(jī)艙等易于發(fā)生火災(zāi)的場(chǎng)所，而若無(wú)法避免，則需考慮設(shè)置防火分隔等措施予以保障。此外，軍用艦船因設(shè)置有大量雷達(dá)天線，而電磁波在特定情況下也可能成為引爆源，因此天線布置也應(yīng)盡量遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域。

危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)品常以氣體或液體形式存在，因此為防止可燃?xì)怏w或液體擴(kuò)散，若危險(xiǎn)區(qū)域具有實(shí)體邊界，其與非危險(xiǎn)區(qū)域間的分隔應(yīng)氣密或水密，并從船體結(jié)構(gòu)、門(mén)或蓋等關(guān)閉物、電纜穿艙填料等方面予以保障。

對(duì)于易于積聚可燃?xì)怏w的危險(xiǎn)區(qū)域宜配置可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置和防爆通風(fēng)裝置，且相應(yīng)裝置應(yīng)為防爆型。

危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的機(jī)械裝置、電氣設(shè)備、管系等設(shè)施應(yīng)通過(guò)焊接、栓接、導(dǎo)線連通等方式可靠連接于船體，以確保靜電安全耗散。

3.2 電氣安全性設(shè)計(jì)

對(duì)于艦船危險(xiǎn)區(qū)域，在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中應(yīng)盡量減少設(shè)置電氣設(shè)備，若因特殊原因必須設(shè)置時(shí)，則應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域類(lèi)別和危險(xiǎn)品的特性等選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備。

電氣設(shè)備有8種防爆類(lèi)型[7]，但艦船一般只應(yīng)用本安型(i)、隔爆型(d)、正壓型(p)、增安型(e)、和無(wú)火花型(n)5種，各類(lèi)型具體含義如下。

本安型(i)。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的形式。本安型設(shè)備根據(jù)容許故障數(shù)和電流差異又可分ia和ib兩級(jí)，其中ia級(jí)更為安全。

隔爆型(d)。電氣設(shè)備外殼能承受住通過(guò)外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物的內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會(huì)點(diǎn)燃外部由一種或多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環(huán)境的防爆形式。

正壓型(p)。電氣設(shè)備內(nèi)部保護(hù)氣體壓力高于周?chē)ㄐ詺怏w環(huán)境的壓力，阻止外部氣體進(jìn)入電氣設(shè)備外殼的防爆形式。

增安型(e)。對(duì)在正常條件下不會(huì)產(chǎn)生電弧或火花的電氣設(shè)備進(jìn)一步采取措施，提高其安全程度，防止電氣設(shè)備產(chǎn)生危險(xiǎn)溫度、電弧和火花的可能性的防爆形式。

無(wú)火花型(n)。在正常運(yùn)行條件下，不會(huì)點(diǎn)燃周?chē)ㄐ曰旌衔铮乙话悴粫?huì)發(fā)生有點(diǎn)燃作用故障的電氣設(shè)備防爆形式。

艦船上電氣設(shè)備的防爆形式應(yīng)與安裝所在危險(xiǎn)區(qū)域的類(lèi)別相適應(yīng)，見(jiàn)表1。

對(duì)于防爆電氣設(shè)備，根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)所的差異分為兩類(lèi)：Ⅰ類(lèi)，適用于煤礦、井下；Ⅱ類(lèi)，適用于除煤礦、井下之外的所有場(chǎng)所，包括艦船。

表1 電氣設(shè)備防爆形式

本安型設(shè)備根據(jù)其最小引燃電流分成A、B、C 3個(gè)級(jí)別，隔爆型電氣設(shè)備根據(jù)其最大試驗(yàn)安全間隙，也分成A、B、C 3個(gè)級(jí)別，其中C級(jí)更為安全。正壓型、增安型、無(wú)火花型沒(méi)有級(jí)別的劃分。

各種類(lèi)型防爆電氣設(shè)備在正常工作狀態(tài)下都有其表面工作溫度，該溫度若超過(guò)可燃?xì)怏w的燃點(diǎn)則會(huì)爆炸，所以又按其工作時(shí)的表面溫度分為T(mén)1至T6共 6個(gè)組別，從組別T1 ～T6表面工作溫度逐次降低。

在危險(xiǎn)區(qū)域的電氣設(shè)備選取過(guò)程中，艦船上的危險(xiǎn)處所都要使用Ⅱ類(lèi)設(shè)備。至于“級(jí)”與“組”，則需根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)可能存在的爆炸性氣體的性質(zhì)來(lái)確定。由于成本差異，所選設(shè)備適當(dāng)即可，并非“級(jí)”別和“組”別越高越好。在GB3836.1—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求》[8]的附錄中所列的可燃性氣體溫度組別中，屬T6組的僅亞硝酸乙酯，屬T5組的僅二硫化碳。可見(jiàn)，只要艦船上相應(yīng)區(qū)域不裝載二硫化碳以及亞硝酸乙酯等危險(xiǎn)品，選用ⅡC T4防爆等級(jí)的電氣設(shè)備就能全部滿(mǎn)足要求。但是，若無(wú)法確定危險(xiǎn)品的品種和特性時(shí)，則電氣設(shè)備的選擇宜適當(dāng)保守。

危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)的電纜僅限于本安型電路，且電纜應(yīng)具有鎧裝或編織的屏蔽層，否則應(yīng)安裝在鋼質(zhì)氣密套管內(nèi)，以進(jìn)行可靠保護(hù)。信號(hào)、控制和內(nèi)通系統(tǒng)的本質(zhì)安全電路應(yīng)與艦上供電系統(tǒng)分開(kāi)[9-10]。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)總公司708研究所.GB/T 17436—1998 船舶危險(xiǎn)區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選用[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[2] 海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局.GJB 3843—1999 艦船裝備危險(xiǎn)部位及安全標(biāo)志的一般要求[S].北京：總裝備部軍標(biāo)出版社，1999.

[3] 李長(zhǎng)文. 防爆安全技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]. 天津：天津電子出版社，2004.

[4] 李明亮.海詳工程危險(xiǎn)區(qū)域劃分探討[J]. 中國(guó)海洋平臺(tái)，1998，13(5/6)：32-35.

[5] 張灼端.液貨船的危險(xiǎn)區(qū)域與電氣設(shè)備選用[J]. 造船技術(shù)，2002(2)：16-21.

[6] 馬 寧. 淺談氣體爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分[J]. 電氣防爆，2008(4)：14-16.

[7] 劉 寧.淺析爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分及防爆電氣設(shè)備的選型[J]. 石油化工安全技術(shù)，2005，21(3)：47-52.

[8] 全國(guó)防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB3836 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[9] 付俊明.液化氣體船舶設(shè)計(jì)建造中值得注意的問(wèn)題[J]. 船海工程，2012，41(4)：45-47.

[10] 董海杰，李 彤.浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(FPSO)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 船海工程，2012，41(4)：33-37.

Compartmentalization and Design Cruces of Warship Hazardous Areas

WU Feng-hui

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

In the progress of design for warships, compartmentalization and design of warship hazardous areas is an important job connected to warship safety. Base on characteristics of warships, the definition of warships hazardous areas is analyzed to put forward the method to classify hazardous areas, and to confirm the range of warships hazardous areas. In light of various kinds of hazardous areas, the safety measures are put forward from view of general design and electric design.

warship; hazardous area; explosion

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.01.022

2014-09-01

國(guó)防科工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目 (JSJC 2013207BB01)

吳鳳輝(1979-)，男，學(xué)士，工程師

U662.2

A

1671-7953(2015)01-0086-04

修回日期：2014-09-25

研究方向:船舶總體設(shè)計(jì)

E-mail:Dreamfly701x@163.com