新造大型油船電氣設備的選型與檢驗

于天奇，王寧

(1.中國船級社 秦皇島分社，河北 秦皇島 066000；2.中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200)

新造大型油船電氣設備的選型與檢驗

于天奇1，王寧2

(1.中國船級社 秦皇島分社，河北 秦皇島 066000；2.中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200)

以閉杯閃點小于等于60 ℃新造油船為例，介紹油船危險區域或處所的劃分、電氣防爆設備的種類及特性，考慮SOLAS公約、鋼質海船入級規范和IEC等相關標準要求，結合油船現場電氣檢驗，總結新造油船防爆檢驗要點。

油船；電氣防爆；危險區域；本質安全；IEC標準

隨著世界油類運輸的需求量不斷增加，國際航行大型油船數量逐年增多。大型油船事故一度成為國際航運事業的熱門話題。研究顯示，大型油船爆炸事件的主要原因是船員安全意識薄弱，違反操作規程所致，其中最不可忽視的一點就是液貨船電氣設備不合格問題。因此,如何規范新造大型油船電氣設備的選型與檢驗已成為國際海事組織及各大船級社和海事部門的重點研究課題。本文以某船廠建造的297 000 DWT運載(閃點≤60 ℃)原油的船為對象，根據現生效的國際SOLAS公約及中國船級社規范等標準，重點分析新造船現場檢驗過程中油船防爆的因素、電氣設備選型，總結油船電氣設備檢驗的要點。

1 危險區域劃分

《鋼質海船入級規范2012》第4篇2.16.6和《液貨船危險區域劃分和電氣設備配備指南2010》第2.3條以及IEC60092-502，對運載閃點(閉杯)不超過60 ℃可燃液體(不包括液化氣體)的液化船進行了危險區域劃分。

根據爆炸性氣體的濃度、出現的時間和幾率，危險區域分為3個區域[1]。

0區。爆炸性氣體連續出現或較長時間存在的區域。

1區。在正常運行時，可能出現爆炸性氣體環境的區域。

2區。在正常運行時，不可能出現爆炸性氣體環境的區域，即使出現，也是偶爾發生并且短時間存在的區域。

危險區域劃分圖需要船級社船舶審圖中心審批。運載閉杯閃點不超過60 ℃的297 000 DWT原油船危險區域劃分見圖1。

圖1中小點分布區域為0區，該區域為液貨艙、污油水艙、液貨系統和污油水艙系統設備及管路的內部空間，透水管系及甲板水封至貨艙的惰性氣體管道內的空間。

圖1中交叉斜線分布區域為1區，該區域涵蓋以下艙室和處所：與貨油艙相鄰接的空艙及其空氣管出口周圍3 m以內的區域，與貨油艙相鄰接的壓載艙及其空氣管出口周圍3 m以內的區域，貨油艙下面的管隧并與之相連的任何開口再向外延伸3 m以內的區域，貨油泵艙及其開口向外延伸3 m以內的區域，貨油艙透氣口向上以6 m為半徑的半球體，向下至甲板以6 m為半徑的圓柱體內的范圍。

圖1中的2區為斜線分布區域，所有的貨油艙(含污油水艙)及貨油艙分段內的壓載艙上的甲板上沿整個船寬并向首尾各延伸3 m、向上延伸2.4 m的區域，儲有貨油軟管的艙室及其開口周圍3 m以內的區域，所有有開口直接通向2類危險區的圍蔽及半圍蔽處所以及這些處所的開口周圍3 m以內的區域，1區最后一條規定的圓柱體再向外延伸4 m的區域。

2 爆炸危險區域或處所電氣設備選擇與安裝檢驗

2.1 防爆電氣設備的種類

對于隔爆外殼和本質安全型電氣設備,與爆炸性氣體環境中的氣體性質密切相關，可根據IEC60079.12規定劃分為I、II兩類[2]，其中I類防爆設備僅用于礦山。船用的防爆電氣設備屬于II類。II類的設備根據可燃氣體和蒸氣再細分為IIA、IIB和IIC類設備，見表1。

表1 典型氣體、蒸氣類別和允許選用設備類別之間的關系

電氣設備最高表面溫度不能超過電氣設備周圍可能出現的任何氣體或蒸氣、或氣體混和物或蒸氣混和物的著火溫度[3]。根據電氣設備能夠達到的最高表面溫度分為6個級別：t1～t6，見表2電氣設備溫度組別劃分，可見從t1～t6所允許達到的表面溫度逐級降低。同樣，根據防爆原理，電氣設備可分為隔爆型“d”、增安型“e”、本質安全型電路“i”、正壓型“P”、充油型“o”、充砂型“q”、無火花型“n”和澆注型“m”。

表2 電氣設備溫度組別劃分 ℃

從表2可見，電氣設備和可燃氣體同一溫度組別中設備的最高表面溫度要比氣體的引燃溫度要低，也就是說電氣設備所產生的最高表面溫度一定要比該危險處所的可燃氣體的引燃溫度要低才不會引起爆炸。

2.2 現場檢驗要點分析

在現場檢驗中，上述信息主要來源于設備銘牌，合格的防爆型設備的銘牌至少包括：①銘牌右上方要有明顯的標志“Ex”；②防爆標志應順次標出型式、類別、組別和溫度組別；③防爆合格證編號和產品編號；④需要標出的特殊條件；e.出廠日期[4]。

以在現場檢驗過程中最常見的有本質安全型電路“i”和隔爆型“d”兩種類型防爆電氣設備為例，介紹現場檢驗時應注意的事項。

2.2.1 本質安全型電路“i”

本安系統通常由本安現場儀表、關聯設備(安全柵)和連接電纜3部分組成，見圖2。

關聯設備指的是安全柵，如圖3齊納安全柵，是介于現場儀表與控制室設備之間的一個限制能量的電路，用來把控制室供給現場儀表的電能量限制在既不能產生足以引爆危險區域內的氣體的火花，從而消除引爆源。通常防爆檢驗機構在認證時給出他們的整體參數[5]。

若僅考慮安全柵的結構形式,所有這些安全柵可廣義地分成齊納式安全如圖4和隔離式安全柵2種。齊納式安全柵優點是價格低廉、精度的信號，缺點是接地要求高、較易熔斷、由于回路壓降大導致回路供電電壓小。隔離式安全柵優點是能有效隔離、無須接地且能向現場變送器提供較高的供電電壓，但缺點是價格高、體積大。在現場檢驗時齊納式安全柵應用較為常見。

本質安全電路的安裝應使電容、電感、電流和電壓符合下述規定[6]：對于僅一個關聯設備的本質安全型安全電路，本質安全設備的每個項目最大內部電容Ci和電纜電容Cc總和不超過關聯設備標識的最大電容Co值；對于僅一個關聯設備的本質安全型安全電路，本質安全設備的每個項目最大內部電感Li和電纜電感Lc總和不超過關聯設備標識的最大電容Lo值；在本質安全設備內部不含有影響的電感并且關聯設備標識出電感/電阻比(L/R)值得情況下，如果電纜的L/R值小于或等于該值，則不必滿足上述要求；每個本質安全設備允許的輸入電壓Ui、輸入電流Ii應分別大于或等于各自關聯設備的Uo、Io值。本質安全設備的電容、電感值、電流和電壓值應從設備標志和說明書中取得，電纜的電容、電感值由制造廠提供。某油船油氣回收系統本質安全設備(氧含量傳感器和壓力傳感器)與相關聯設備(安全柵，型號D1010D)上述各項參數對照見表3[7]。由表3可見，該本質安全電路是符合要求的。

表3 某油船油氣回收系統本質安全設備與相關聯設備各項參數對照表

2.2.2 隔爆型“d”電氣設備

隔爆型外殼的防爆機理是基于“間隙防爆”原理。隔爆外殼的設計必須滿足2個基本條件:①外殼機械強度條件,即外殼具有足夠強度,能承受內部的爆炸壓力而不損壞,且不產生影響防爆性能的永久性變形[5]；②控制接合面間隙不傳爆條件,即外殼接合面具有足夠小的間隙和足夠長的嚙合長度,內部的爆炸產物(熾熱火焰或顆粒)不會竄出外殼并點燃周圍環境中的爆炸性混合物。當2個或多個隔爆外殼組合在一起時,每個單獨外殼都應滿足上述外殼設計基本要求。某油船隔爆式開關及隔爆式防爆燈見圖5、6。

3 危險區域電纜敷設注意事項

1)檢查電纜的型號是否符合圖紙及規范要求。除本質安全型電路外，所有敷設在0區和1區的電纜至少具備下列一種護套：非金屬不透性護套，加上金屬編織層或其他金屬保護套。本質安全型電路的電纜應具有金屬屏蔽，并至少加上一層非金屬不透性護套，如圖7。

2)檢查電纜接地是否符合要求。除額定電流超過20 A的單芯電纜，所有具有金屬護套或外護層的電力和照明電纜，通過危險區域或與危險區域安裝的設備相連接時，電纜的金屬護套或外護層2端應接地[8]。

檢驗過程中首先要確保本安設備和電纜的正確接線，外部保護，本安電路鎧裝需要在危險區域和安全區域2側均需接地，并且相關的中間接線箱也需要接地。雙芯電纜或多芯電纜的內屏蔽層需要僅在安全區域接地或齊納防爆柵端接地。危險區域的內屏蔽層應有效的絕緣或終止，除非其他特殊原因才允許內屏蔽層安全區域和危險區域均接地。參見IEC 60079規定。設備控制箱中一般都有2個接地端，1個接地端為電纜鎧裝接地(保護接地P.E.)，1個接地端為電纜屏蔽接地(本安接地I.S.)，2個接地端不能相互混淆，且電纜屏蔽接地端依靠專用接地導線連接至船體結構[9]。本安設備和電纜的正確接線見圖8。

3)為防止本安電路系統的電纜和非本安電路系統的電纜混觸、靜電干擾、電磁干擾而引起危險，本安系統的電纜應穿管敷設。同時注意本安系統和非本安系統不應共用同一根電纜和電纜管。2個以上不同系統的本安電路電纜，不應共用一根電纜(芯線分別屏蔽除外)或共用一根電纜管(用屏蔽導線除外)[10]。

4)檢查電纜引入裝置安裝是否符合IEC相關要求。電纜引入裝置裝配到電氣設備上，其構造和固定不應損害電氣設備的防爆特性。某油船防爆燈電纜引入裝置示意于圖9。

從圖9中可以很清晰地了解電纜引入裝置結構。當選用引入裝置時，電纜尺寸應在電纜引入裝置制造廠規定的范圍內；電氣設備上不裝電纜或引入裝置的通孔用封堵件封堵，封堵件只能用工具才能拆除，不允許采用密封膠泥(如防火膩子等)進行封堵；隔爆密封的尺寸X應符合制造廠的規定，不允許過小，過小就會減少火焰通路長度。

4 結論

在新造油船檢驗過程中要認真學習公約規范相關要求，以利更好地指導現場檢驗。在實際的船舶設計、審圖、建造及檢驗等過程中，還應嚴格參照法規規范，切實做好油船各項工作，使之滿足安全航行的技術條件。

[1] 國際消防安全系統規則[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 鋼質海船入級規范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3] 鄭華耀.船舶電氣設備及系統[M].大連：大連海事大學出版社，2011.

[4] 張春來.船舶電氣與自動化[M].大連：大連海事大學出版社，2012.

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[7] 王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[8] 國際散裝運輸危險化學品船舶構造和設備規則[S].北京：人民交通出版社，2012.

[9] 邱永，徐麗娜.FPSO中電氣防爆的應用[J].船海工程，2015，44:178-180.

《船海工程》征稿簡則

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Selection and inspect of explosion proof measures on new building of large oil tanker

YU Tian-qi1, WANG Ning2

(1.Qinhuangdao Branch of China Classification Society, Qinhuangdao Hebei 066000, China;2.SDC Waterway Construction Co., Ltd., Ningbo Zhejiang 315200, China)

Taking a new tanker whose closed cup flash point is not greater than 60 ℃ as an example, the division of the tanker dangerous area or space, kinds of electric explosion-proof equipment and characteristic were introduced. According to the requirements of SOLAS convention, steel ship classification rules and the IEC standard, combining with electric inspection of tanker, the key points in inspection of explosion protection for new-built tanker were summarized.

tanker; electric explosion protection; danger area; intrinsic safety; standards of IEC

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.047

2016-07-28

中國海事局和國家能源局項目(海事 [2012]509)

于天奇(1982—)，男，碩士，工程師

U665.1

A

1671-7953(2017)02-0201-05

修回日期：2016-09-01

研究方向:建造及營運船舶機電