安全返港要求下的客船電氣設計

吳 駿王志剛趙凡琪（.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海000； .江南造船（集團）有限責任公司 上海093）

安全返港要求下的客船電氣設計

吳 駿1王志剛2趙凡琪1
（1.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011； 2.江南造船（集團）有限責任公司 上海201913）

客船安全性長期以來備受國際海事組織關注，海安會MSC216（82）決議中也修正了SOLAS對于2010年7月1日起建造客船的相關要求。文中介紹了對應該決議要求的設計步驟及方法，對于規范的正確解讀以及相應的設計方法總結給同類型船的設計者提供參考。

安全返港；設計步驟；設計方法

引　言

隨著客船規模的不斷增大，載運乘客的數量也日益增加，而一旦發生海難事故，由于海上相對有限的救援能力，人員傷亡往往會相當嚴重。國際海事組織對此也極為關注，陸續提出許多有關船舶安全的新要求。其在所頒布的海安會決議MSC216（82）的“經修正的1974年國際海上人命安全公約”修正案中，對于“SOLAS第II-2條”進行修改補充，增加了第21條“關于事故門限、安全返港及安全區的要求”、第22條“在失火事故后維持運行系統的設計標準”以及第23條“客船上的安全中心相關設計要求”［1］。此3條要求均針對2010年7月1日起建造的客船，其適用范圍為按照SOLAS第II-1章2.5條的定義，長度為120 m及以上，或具有三個及以上主豎區的客船［2］。本文將對相關要求作詳細介紹并分析其對于電氣設計的影響。

1　目的與要求

1.1 目 的

第21條的目的是為確定設計標準，使船舶在發生未超出所規定門限的事故后，依靠自身能力安全返港。

第22條的目的是為確定設計標準，使船舶在發生超出所規定門限事故后，必要系統的殘存能力能夠支持人員有序撤離及棄船。

需要指出的是，以上規定中所提到的事故是指火災或進水?；馂氖鹿书T限包括：原發處所直至最近的“A”級邊界（原發處所受固定式滅火系統保護，該邊界可以是原發處所的一部分）；或者原發處所及相鄰處所直至最近的“A”級邊界（該邊界并非原發處所的一部分）。進水事故門限包括：水線以下單個水密艙室［3］。

第23條的目的為確定客船上安全中心功能的設計標準。

1.2 要 求

1.2.1 第21條

當火損或進水未超出所規定門限時，在船上未受失火災影響部分的下列系統應維持運轉：

（1）推進系統；

（2）操舵系統和操舵控制系統；

（3）導航系統；

（4）燃油注入、轉輸和服務系統；

（5）駕駛臺、輪機處所、安全中心、滅火隊及控損隊之間的內部通訊系統、以及通知旅客和船員所需的內部通訊系統；

（6）對外通訊系統；

（7）消防總管系統；

（8）固定式滅火系統；

（9）火、煙探測系統；

（10）艙底水及壓載系統；

（11）動力操作的水密和半水密門；

（12）預計支持“安全區”的系統；

（13）進水探測系統；

（14）主管機關認定的對控損至關重要的其他系統。

該條主要針對的是事故門限內系統設計要求，一般針對的是船舶航行操縱的系統能力、內外通訊系統能力、固定式消防滅火能力、火災探測、水密門報警、安全區供電等能力。

1.2.2 第22條

任何一個主豎區因失火而無法使用時，下列系統的布置與分隔應能確保在失火主豎區外的部分維持運行至少3小時：

（1）消防總管；

（2）支持通知、集合旅客及船員所需要的內部通訊系統；

（3）對外通訊手段；

（4）供滅火使用的艙底水系統；

（5）逃生通道沿線、集中站和救生設備登乘站的照明；

（ 6）必須設有撤離導向系統。

該條主要是針對事故門限外的系統設計要求，僅針對消防系統、應急狀態下的內外通訊系統、逃生通道沿線的應急照明等。

1.2.3 第23條

安全中心必須具有下列安全系統的全部功能（操作、控制、監測或所需要的任何組合）：

（1）所有動力通風系統；

（2）防火門；

（3）緊急報警系統；

（4）公共廣播系統；

（5）電動撤離導向系統；

（6）水密和半水密門；

（7）船殼門、裝貨門和其它關閉裝置的顯示器；

（8）內（外）首門、尾門及任何其他船殼門的漏水；

（9）電視監視系統；

（10）探火及報警系統；

（11）固定式局部滅火系統；

（12）灑水和同類系統；

（13）機器處所的水基滅火系統；

（14）召集船員用的警報系統；

（15）中庭排煙系統；

（16）進水探測系統；

（17）消防泵及應急消防泵。

該條為客船上設置安全中心的設計依據。當第21條所指的事故門限內有安全中心時，安全中心系統的設計要求也需要滿足安全返港的相關規定。

2　設計步驟及方法

針對以上要求，筆者根據某型客船的系統設計歸納出了設計步驟以及一些具體設計方法。

2.1 設計步驟

根據以上新增規范的要求設計工作應分為以下幾步展開。

2.1.1 步驟1

根據船舶的實際運營航線、最惡劣航速、返港狀態電力負荷等條件核算安全返港時間及燃油消耗。

該船自2011年6月開始設計，2013年9月開始建造，目前已經交船。

該船滿足SOLAS第II-1章2.5條的定義，是國內建造的首批需要執行第II-2章中增加要求的船舶。表1為該船主要參數。

表1　客船主要參數

根據船級社對于安全返港的要求，應以至少6 kn航速返回最近港口，設計需要具備最大返港時間為72 h，最大返港航程為：6×72 = 432 n mile。

根據航行海圖，本船設計航線中任意2個相鄰港口之間的最大距離不超過600 n mile（最大返港距離應大于最遠相鄰港口間距的一半），滿足要求。

為安全返港所設置的油艙容積應同時滿足一臺主推進柴油機和一臺發電機組在返港工況下運行的燃油消耗要求。

因此需要在電力負荷計算中增加安全返港工況，以計算出返港工況時的用電量，進而計算燃油的消耗。下頁表2為安全返港電力負荷計算表。

表2　安全返港電力負荷計算表

續表2

可見，本船在安全返港工況下的用電負荷為680 kW，安全返港燃油計算方法如下：

式中：NeS1為安全返港時主機功率，根據船模試驗及理論計算，蒲氏8級風航速6 kn時主機功率2 800 kW；

geS1為安全返港時主機燃油耗率（238 g / kW·h）；

NeS2為安全返港時輔機正常工作負荷功率（680 kW）；

geS2為安全返港時主電站柴油機燃油耗率，為（198+5%）g / kW·h；

T為供油時間（72 h）；

ρ為燃油密度（815 kg/m3）；

k為容積系數，取1.2；

ν為未用盡容積系數，取1.1；

V4.1.8為安全返港專用燃油艙容積。

本船將燃油艙設置在前機艙區域，因此需要在后機艙區域設置專門供安全返港使用的燃油儲存艙，并且該儲存艙容積大于95 m3。

2.1.2 步驟2

根據事故門限區域的劃分設計電力系統（見圖1）。

圖1　安全返港電力系統原理圖

對電力系統而言，最嚴重的事故應為放置發電機組的機艙失火損毀，此時將沒有正常電力供推進系統運行。因此需要將全船的發電機組分散布置在兩個推進機艙內，同時需分散設置兩塊主配電板，主配電板之間采用電纜連接。當某一個機艙發生火災或進水事故時可以人為斷開跨接開關，剩余機艙內電站配置可以滿足返港用電需求。

本船在前、后機艙分別設置3臺945 kW柴油發電機組以及各1塊主配電板，在下橋樓甲板設置應急發電機組以及應急配電板。由于前、后主配電板與應急配電板的跨接電纜分別從前、后機艙敷設，故當一個機艙發生火災或進水事故后不會影響到由應急配電板供電的其他設備。

2.1.3 步驟3

針對第21條要求的系統進行詳細設計，同時某些系統在設備布置及功能實現方面也需要同時考慮第22條的要求。安全返港要求下的系統設計要求對比見下頁表3。

2.2 系統設計方法簡介

筆者根據對于事故門限以及各個系統本身功能實現方式的理解，歸納總結出如下系統設計方法。

2.2.1 簡單備用法

第21條所要求的系統中導航系統的雷達、對外通訊系統的VHF電話等設備僅需要根據要求在事故門限范圍以外的地方另外配置一套即可，需要注意的是供電分電箱應安裝在兩個不同的“A”級邊界分割區域。

2.2.2 分散布置法

第21條所要求的系統中動力操作的水密門報警系統由于控制報警設備均為功能獨立的成套設備，可以按照設備的布置位置就近設置報警控制箱，并在兩個不同控制部位設置報警顯示，需要注意的是水密門控制箱的報警電源應來自兩個不同的“A”級邊界分割區域的分電箱。

2.2.3 艙室分割法

第21條所要求的系統中，由于推進系統、操舵系統和操舵控制系統、燃油注入、轉輸和服務系統、消防總管系統、艙底水及壓載等系統均設置在主機艙及舵機艙區域，故在艙室劃分階段就需要將主機艙與舵機艙分割為兩個獨立的防火分割及水密區（即前、后機艙及左、右舵機艙），使以上這些系統均有兩套設備且完全獨立，并需要從兩個機艙的配電板上獨立供電。

2.2.4 分布采集報警冗余控制法

第21條所要求的系統中進水報警系統、通知和集合旅客及船員所需的內部通訊系統、火災探測等系統中使用的傳感器、探測器、通用報警警鈴、廣播揚聲器等設備均是全船性布置的報警設備，需將控制箱冗余設置，采集箱或接線箱分布式布置，并將各個設備分別連接至兩個位于不同“A”級分割區域的采集箱或接線箱。該設計方法必須保證只有一個控制箱在線工作（必要時人工切換控制箱）。

2.2.5 尋找事故門限外安裝法

第21條所要求的系統中導航系統的航行燈控制系統，由于可將裝有電氣線路的控制箱安裝在露天甲板（即非失火源處所），故不受進水事故和火災事故的影響。系統設計時只需在兩個位于不同“A”級分割區域內各放置一個控制板，控制箱連接燈具的電纜采用耐火電纜即可。

2.2.6 其他系統替代方法

第21條所要求的系統中固定式滅火系統的全船噴淋系統由于主控制箱設置在機艙以外，故不適用于艙室分割的方法，僅需要將噴淋管路與消防管路連接就可以使用位于機艙的一臺消防泵來代替噴淋泵的工作，滿足系統的功能。

2.2.7 冗余計算機系統法

第23條客船安全中心也需滿足第21條的要求，由于安全中心涉及的系統眾多，有些是全船分布的系統，如所有動力通風系統及防火門監控等，需要在全船各個不同的“A”級分割區域內設置信息處理裝置，并在特定處所（一般為駕駛室）設置一套計算機系統，負責相關信息的采集與處理，同時在位于此處所不同的“A”級分割區域內再設置同樣一套計算機系統冗余備份，將采集的各種信息集中在同一個船型界面上顯示控制，方便值班人員必要時在不同的站位操作。

表3　安全返港系統設計要求對比表

通過以上各種方法既可滿足規范的要求，又能最大程度上節省電纜使用及設備訂貨。

3　結　論

安全返港對于任何一個客船電氣設計師來說均是一次全新的嘗試，對于規范的理解過程也較為復雜，希望本文對于規范的解讀以及相應的設計方法總結能夠給同類型船的設計者提供一些參考。

［1］ IMO.國際海上人命安全公約SOLAS［S］. 2014.

［2］ 顧一清.安全返港的相關要求及對電氣設計的影響［J］.船舶設計通訊，2013（增刊2）： 62-66.

［3］ 劉正江. 從IMO在提高客滾船安全方面的新舉措看客滾船未來發展趨勢［J］. 中國海事，2010（1）：5.

Electrical design of passenger ships under requirements of safety return to port

WU Jun1WANG Zhi-Gang2ZHAO Fan-qi1
(1. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China; 2. Jiangnan Shipyard(Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The safety of passenger ships has long been concerned by the international maritime organization (IMO). The MSC216(82) resolution of the IMO maritime safety committee (MSC) amended the relevant requirements in the convention on the safety of life at sea (SOLAS) about the passenger ships which are built after July 1st , 2010. This paper introduces the design procedure and design methods according to the resolution requirements. The correct interpretation of the regulations and the conclusions of the corresponding design methods can provide reference for the design of the similar ships.

safety return to port ; design procedure; design methods

U665

A

1001-9855（2016）04-0078-09

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2016.04.078

2016-04-27；

2016-05-10

吳 駿（1981-），男，高級工程師，研究方向：船舶電氣設計。

王志剛（1979-），男，工程師，研究方向：船舶電氣設計。

趙凡琪（1988-），女，工程師，研究方向：船舶電氣設計。