北極地區航行貨船的電氣設備配置

陸毅華++江傳平

摘 要：根據北極地區可能的航行條件、國際規范規則和現行船級社的要求，研究北極地區航行貨船的電氣設備配置要求，為船廠建造極地冰區適航貨船提供電氣設備配置方面的預研資料。

關鍵詞：極地航行；東北航道；極地貨船電氣設備配量

中圖法分類號：U662.3 文獻標識碼：A

Requirements for Electric Equipment of Polar Cargo Ships

LU Yihua， JIANG Chuanping

（Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.Guangzhou 510725）

Abstract：This paper introduces the requirements for electric equipment or facilities of cargo ships sailing at polar areas based on the polar sailing conditions， the related international rules and regulations and requirements of classification society.

Key words：Sailing at polar areas；Northeast sea route；Electrical requirement for polar cargo ship

1 北極—穿越冰蓋的航線

北極是世界的最高極，也是溝連太平洋與大西洋的新通路。溫室氣體排放使全球平均氣溫升高，對北極產生了可見影響，格棱蘭島和斯瓦爾巴群島之間的弗拉姆海峽，其海水表面平均溫度較上個世紀上升了1.9 ℃，海峽冰情由常年堅冰變為冬季約1 m厚的新冰，八月夏季時冰層能基本融化，可以期望在不久的將來，北極冰區將存在一個夏季航行時間。北極航路溝連太平洋與大西洋，能縮短東亞至歐洲和北美之間約一半的海路距離，尤其對我國具有極大的經濟和戰略意義。

1.1 目前歐亞航線與北極航線的分析比較

（1）蘇伊仕運河航線：航程約10 760 n mile，航行約35天，且運河及馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（2）巴拿馬運河航線：航程約14 140 n mile，航行約40天，且運河及馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（3）非洲好望角航線：航程約12 070 n mile，航行約46天，且西風帶惡劣海況、馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（4）北極航線（東北航道）：航程約6 730 n mile，航行約22天，但只能夏季在破冰船協助下通行，船舶等級要求高、航行風險高、不可控因素多、通行管理費用高，不過綜合下來仍可以節約成本與時間。

例如：

2009年7月，2艘德國貨船由韓國經北方航道到達俄羅斯揚堡港，最后抵達荷蘭鹿特丹，每航次/艘節省航行成本約30萬歐元；2010年9月，挪威最高冰級散貨船“北歐巴倫支”號經北方航線向中國運送了4萬t鐵礦石，航程減少1/3，時間減少8天，節省燃料費約18萬美元。

1.2 未來北極三條可能的夏季航線

（1）西北航道：理論上7年中有1年夏季能通航，按目前碳排放增漲的速度，可望本世紀中葉每2年有1年能通航，具體航線為：北美洲東北部--大西洋北--格陵蘭島以西的戴維斯海峽--北極圈—加拿大東北—阿拉斯加北—白令海峽—北極圈—太平洋（日本橫濱或中國港口）。

（2）東北航道：目前最可行的北極航道，可使歐亞航路較目前航線節省40%航程，2012年已有在破冰船的幫助下46次成功的商業通行記錄。具體航線為：北歐荷蘭鹿特丹--格陵蘭島以東的弗拉姆海峽—巴倫支海—北極圈—喀拉海—白令海峽—北極圈—太平洋（符拉迪斯托克、日本橫濱或中國港口）。

（3）北冰洋航道：其航程將較東北航道節省約20%，但只有PC6以上冰級的船舶才具有理論上穿越的可能，航線具體為：

格陵蘭海或挪威海--弗拉姆海峽—巴倫支海--北極點可航行區域--—白令海峽—北極圈—太平洋（日本橫濱或中國港口）。

北極航線的航行風險較大，對船舶冰級要求高、動力要求更高，船舶建造成本較常規船至少高出一倍。雖然東北航道通航時間已經能達到5個月，但季節性航道影響集裝箱班輪公司對成本的控制，同時對該航道還有主權爭議，使單船通航成本高于蘇伊仕和巴拿馬運河的收費標準，而且航線港口條件較差，等這些都是穿越北極航線的不利因素。

1.3 北極航行面臨的兩大問題

極地航行面臨的兩大問題是冰情與低溫，電氣設計主要面對的是低溫等級問題，而冰情應對措施主要是告警信息及冰山探測，PC5以上的極地船需要增加冰區雷達設備。本文從電氣設計角度僅考慮北極東北航道低溫情況作如下方面研究：

（1）目前電氣保溫、防凍、防冰、除冰較易采取的技術措施；

（2）導航、通信、照明設備的特別要求；

（3）調查能適應極地工況電氣設備的供貨廠家及設備證書情況。

（4）規范規則主要參考IACS的極地船規范、SOLAS第14章、DNV和俄羅斯船級社對冰區和極地航行船舶的要求。

2 北極地區環境狀況

（1）冰況：冰層的厚度直接影響船舶的航行，造成動力損耗并可能危及船體結構。根據成冰情況可分為流冰、一年冰、陳年堅冰；根據冰層厚度，不同船級社的劃分類似而略有不同；冰區所特有的冰山現象更是在航運史上造成過諸多重大海難事故；大范圍冰區可能導致船員患上雪盲癥。

（2）低溫：極地的酷寒導致船體甲板結構掛冰，增加重量，影響穩性及設備的操控和運行；冰掛可能嚴重改變船上的通道情況，造成意外的船員跌傷、滑落、打擊傷害；低溫可能導致海員凍傷甚至致命。endprint

（3）烈風：高緯度海區特有的猛烈低溫氣旋可帶來冰潮，砰擊船體，帶來重大安全隱患。

（4）大霧：嚴重影響視線，并在船體露天結構突出部和風繩上產生冰掛。

（5）洋流：高緯度的洋流帶動浮冰或冰層對海上結構物產生冰壓，危害結構安全。

（6）潮汐：高潮時浮冰近岸并堆積，低潮時冰層在岸邊擱淺，日積月累在岸線上形成冰脊或冰包，阻礙船舶靠岸。

（7）落雪、冰雹和暴雨：除嚴重影響視線外，還可能損傷設備、產生冰掛、危害人身安全。

（8）極晝或極夜：北極極晝在春分時節開始，至秋分時節結束，所以在北極地區夏季航行基本是極晝時段；若9月底仍在航，則可能遇到極夜情況。極晝/極夜即影響人的生物鐘生理運行情況，也影響到視線范圍。

（9）氣溫、海水溫度與風速：北極圈內一般氣溫在-2 ℃以下，海水溫度低于5 ℃，風速20 kn以上。

3 北極地區航行船舶的電氣常規設備及措施

見表1。

4 北極地區航行船舶防凍要求及措施

（1）船舶應保證的基本性能：

船體強度；

水密完整性；

電站功能；

操舵功能；

疏排水及艙底泵功能；

壓載能力；

錨絞設備的可操作性；

適航性等。

（2）船員生命安全性（救生艇、筏，走道等）：

各船級社有其具體的性能劃分標準，及檢驗內容。

（3）設備要求和區域劃分：

各船級社有其具體的設備要求及區域劃分。

（4）船級社一般需要審查、檢驗的內容：

抗冰和除冰設備的布置圖及其熱量標示；

壓縮空氣供給重要設備周邊機械處所的管線情況；

抗冰和除冰設備的電氣參數及信號分配；

機械除冰布置、方式及位置；

專用人工除冰工具、服裝、繩索等物品的貯藏室；

進行抗冰和除冰裝置試驗。

（5）抗冰和除冰裝置的基本要求：

作用：采取護罩和/或足夠的加熱能力防止結冰，或在一個可接受的時間內（如4～6小時）除掉預期厚度（比如4～6 cm）冰層的能力；

氣溫：低于-20 ℃，或按適航區域最低記錄氣溫再低10 ℃。

（6）加熱能力（按DNV-GL要求）：

露天區域如甲板、工作平臺、走道、梯道等：300 W/m2以上；上建： 200 W/ m2以上；欄桿扶手內部伴熱：50 W/m；其他區域或部件：具體考慮。

（7）電路設計：

加熱電纜或伴熱管的布置和緊固方式要保證熱量擴散到需要的設備或區域，配電箱上要求配功率或電流表，工作電路要有指示燈，電路要有絕緣監測和報警裝置，操作控制裝置應處于非結冰處所或帶防凍裝置。

5 北極地區航行船舶電氣設計依據及設備廠家

5.1 參考DNV-GL船級社要求

（1）采用與船級冰級符號相適應的可在低溫冰凍環境下工作的設備及材料；

（2）橋樓布置一般采取全封閉橋樓，配電加熱玻璃、熱空氣吹掃和雨刮保證視線需求；

（3）電站功率除常規計算負荷外，增加電加熱、電伴熱、防冰設備負荷；

（4）除冰與抗冰系統，采取了電暖氣、電伴熱系統、設備自帶加熱線圈、蒸汽管線保溫加熱系統及控制與監測；

（5）極地導航系統新增加冰區雷達、衛星羅經等設備、配備自動氣象站、計程儀與測深儀傳感器；

（6）極地通訊設備符合SOLAS定義下A4海區對無線電設備的要求，為保障極地通訊后備手段，可根據規格書要求增加銥星電話系統和V-SAT衛星站；

（7）極地照明設備配置大功率遙控搜索燈、甲板照明設備、便攜燈具等；

（8）信號設備符合船級社要求的航行信號燈、信號槍、煙花信號等，以及定位及示位用途的無線電或衛星信標器；

（9）其他設備如CCTV（閉路電視）設備等。

5.2 參考俄羅斯船級社要求

俄羅斯船級社對有抗冰能力的船舶賦予“ANTI-ICE”符號，大體要求與DNV-GL相同，但也有自己的另外規定，對甲板上電氣設備、信號裝置、無線電和導航設備的要求如下：

（1）無線電和航行設備的室外天線，包括鞭狀天線及室外天線的匹配裝置；

（2）航行燈；

（3）汽笛；

（4）OMPAS-SARSAT衛星應急示位標；

（5） 露天甲板上的主/應急照明燈；

（6）根據操作目的決定的攝像頭；

（7）遙測裝置和動力定位系統；

（8）安裝于露天甲板的電纜，其測試溫度較設計溫度低10 ℃；

（9）甲板上的電機、開關和控制裝置需有防冷凝加熱器；

（10）甲板上無加熱處所的電氣設備需有較設計溫度低10 ℃或不少于-40 ℃以下的檢驗認可；

（11）所有在露天甲板無加熱處所的無線電設備需按較設計溫度低20 ℃或不少于-40 ℃的標準，承受不少于-60 ℃的低溫環境；

（12）所有在露天甲板無加熱處所的航行設備要求同無線電設備；

（13）至少兩部可從指揮位置控制的帶有防冰加熱功能的探照燈，可全向為錨絞、倒車和應急拖帶提供照明；

（14）尾部至少2 n mile可見的人工控制的紅色停泊閃光信號燈；

（15）可用尾部前進的雙動船需按規則要求配多一套航行燈；

（16）橋樓、電報房、集控室、貨控室、消防控制站、公共處所、病房、機修間、蓄電池間需配由應急電源供電的電暖氣。

5.3 設備廠家調查

根據IACS及有關船級社的要求，大部份的設備與常規船無異，但室外或舷外傳感器布置的設備應具有令船級社滿意的冰區能力認可。除傳統的俄羅斯及北歐國家的廠家外，國內廠家也已經或正在采取積極措施生產或開發可應用到極地環境下的設備及材料，但目前還是以-30 ℃以上的規格為主。

參考文獻

[1]英國勞氏船級社CSSC報告：ICE AND COLD OPERATIONS （極地航

行）， 2011/3/15

[2]SOLAS第14章，DNV和俄羅斯船級社對冰區和極地航行船舶的要求

[3]百度北極海域及環境地理搜索詞條endprint