滿足安全返港的客滾船安全區系統設計要點

吳 林，張慧亮，趙自兵，張 華

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港是一個目標型的規范，允許設計者采取分隔、雙套、冗余、保護或上述措施的組合來滿足要求[1]，但對客船的總布置、推進系統、空船自重、能效設計指數、造船成本等都有較大影響[2]。安全區服務系統是客船在安全返港狀態下服務安全區乘客的系統，是保證乘客最低生存和舒適度體驗的重要系統，其設計需要綜合規范要求、設計邏輯、空間布置、綜合成本等進行一系列的平衡和優化，以便用小的代價達到安全返港冗余的設計要求。但是如何在規范框架內合理優化系統設計，目前國內還沒有太多的經驗。客滾船屬于客船，其安全區服務系統的設計優化是客船安全返港設計難點之一。為此，本文基于安全區服務系統的法規要求，以某客滾船為例，系統研究安全區服務系統的設計過程和要點。

1 安全區服務系統設計原則和要求

安全區服務系統主要包含衛生設施、飲用水、食物、醫療處所、通風、空調制冷和加熱系統、照明等，配合安全區本身構成了安全區的所有組成部分。海上安全委員會MSC Circ.1369通函對安全區服務系統的詳細指導要求見表1。

表1 安全區規范性要求

當船舶發生火災事故后，船舶安全區需要按照法規的要求，提供上述各類功能服務，其中又以安全區的配置、飲用水、衛生水(黑水系統)、空調系統和照明系統較為復雜。

2 安全區服務系統設計要點

為了滿足安全返港要求，一般情況下設備應該考慮冗余配置(雙套或者多套)，結合獨立的配電系統和應急配電系統，提供不同的電源且電纜不經過同一處所，以避免單個事故丟失導致整體系統的失效。當系統主管路或者電纜布置在A60絕緣保護的垂直管隧內，其內部可視為非火災發生處所，此時無需考慮火災事故對內部管路及閥件的影響[3]，可以簡化系統設計。主管路和備用管路的路徑應分開，否則會因為火災導致系統失效從而無法繼續為安全區提供服務；亦可以采用防火管路(厚壁管或者A60絕緣)避免火災造成的損壞。電纜路徑也應遵循同樣的原則，且同樣可以采用防火電纜避免火災損壞。

2.1 安全區設置優化

以某客滾船為例，定員1 000人分布在4個主豎區，將主豎區1、主豎區2、主豎區3對應的上建居住處所都定義為安全區。為簡化設計邏輯，主豎區4不作為安全區。當其中1個主豎區內有事故時，另外2個主豎區對應的上建居住處所作為安全區安置乘客。4個主豎區的分布見圖1。

圖1 安全區設計原則示例

在設置安全區時應該盡可能縮小關聯的A級防火房間數量。本船可將主豎區1的9甲板和主豎區3的7甲板排除在安全區面積之外，衛生單元、淡水供給、黑灰水等系統在該區域的設計和布置時可降低耐火性等方面的要求，同時還可以減少風險分析影響因素，簡化分析條件和優化分析結果。優化后的安全區面積分布表見表2。從表2可知，任意2個安全區面積相加都達到了2 000 m2的最低要求。

表2 優化后的安全區面積分布表

2.2 真空黑水系統設計

黑水系統一般為真空收集方式。該系統可分為2部分：艏部機械區真空泵服務主豎區1的衛生單元，艉部機艙真空泵服務主豎區2和主豎區3的衛生單元。這種簡化的布置可以在邏輯上清楚區分各個真空泵組對應的安全區，并有針對性地考慮配電、管路布置、事故應對邏輯等。

不同設備配電分離：主電源1給前機艙的設備供電，主電源2電纜經過滾裝處所給艏部泵艙的設備供電。2路電纜不會經過同一個處所，以保證設備供電不受事故影響。正常航行時，真空收集裝置可將收集的黑水輸送至污水處理單元，并在處理達標后排放。在安全返港模式下，收集的黑水可以通過真空收集裝置直接排舷，因此需要在艏艉真空裝置附近設置排舷口。另外，需要注意其界面系統的冗余性，不應由于界面系統失效導致安全返港無法實現，如：真空系統所需的技術水、壓縮空氣等系統不應在同一事故場景下失效后無法繼續提供設備所需的服務。典型真空系統的設計示例見圖2。

1—主電源1；2—主電源2。

2.3 飲用水系統設計

飲用水來自淡水艙并經過淡水供給單元及消毒裝置提供給全船使用。此淡水供水裝置布置在艏部泵艙區域。為了滿足管路布置的冗余，主管路會如圖3布置成環線。但是，當供給單元發生故障時，可以由主豎區2的專用安全返港淡水泵給安全區提供淡水。

S—指定淡水供應處；1—主電源1；2—主電源2。

飲用水系統環路設計包含艏部泵艙自淡水壓力柜并經過下貨艙和艏部的A60管隧到達安全區的主管路；經過底部管弄、機艙及艉部貨艙到達艉部安全區的備用管路，并在安全區與艏部的總管相連。

當任意安全區內發生事故時，通過安全區之間的隔離閥對事故所在主豎區進行隔離，可以保證其他安全區的飲用水正常供應。當泵艙發生事故導致飲用水系統設備不能工作時，使用安全返港專用泵可以繼續保證淡水系統服務安全區，這也是基于安全返港特殊情況下(沒有消毒裝置)允許降低淡水品質。系統應注意各分區的隔離操作可行性。當某一處所失效，淡水系統應可以被整個系統隔離出去，避免因失壓導致無法繼續服務安全區。

艏部淡水供應設備的2套泵組供電分別來自不同的配電系統，且2路電纜不會經過同一個處所。由于備用水泵布置在不同的主豎區，所以供電可以來自其中任意一套配電系統且不再考慮供電冗余。

2.4 空調和通風系統設計

安全區的通風、制冷和制熱一般集成在空調系統內。供風設計按照主豎區進行分區設計，通過不同的空調機(集成機械風機)獨立提供每一個主豎區的供風。而冷媒水/加熱水系統來自底部機械處所，需要特殊設計。

空調壓縮機組為了方便維護都布置在艏部泵艙區域。在前泵艙與后泵艙分別布置1套制冷和加熱設備，包含空調壓縮機組、熱交換器、間接冷卻系統泵組和管路，2套系統管路相連以作相互備用。2套設備的制冷/制熱能力各分配60%，這樣可以優化因雙套設備造成的成本問題。

正常模式下，后泵艙的主管路將冷媒水/加熱水管路通過泵艙、底貨艙和艏部A60管隧送到艏部居住處所，并服務所有生活區。當后泵艙、下貨艙、主豎區1或主豎區2等類似處所發生事故導致主管路不能正常工作時，可以啟用備用管路：通過前泵艙、上貨艙及主豎區3將管路送至艉部居住處所，通過與主管路相連的設計提供空調制冷和加熱服務。

主電源1從艉部機艙經過管弄給后泵艙的設備供電，主電源2電纜經過滾裝處所給前泵艙的設備供電，2路電纜不會經過同一個處所。典型空調系統設計示例見圖4。

1—主電源1；2—主電源2；AHU—空調機柜。

2.5 照明系統設計

安全區的照明系統配電應考慮充分冗余，各個安全區的照明配電來自2套主配電系統、應急配電系統和不間斷電源(電池)。各個區域的照明應以主電源供電為主，同時對少部分燈具提供應急電源配電，逃生路線、集合站和登乘站等逃生區域需要保證在任何情況下都能夠提供可靠的照明。

為了達到這一要求，可考慮除應急電源照明以外，在上述區域布置至少可以使用3 h的電池燈，并由應急電源充電。另外，根據MSC Circ.1369的規定，還應保證醫務室配有主電源與應急電源，安全區室外照明要求與安全區內一致。典型照明系統的設計示例見圖5。

LB—主照明分電箱；TLB—UPS照明分電箱；ELB—應急照明分電箱；DLB—甲板照明分電箱；MSB—主配電板；UPS—不間斷電源/電池；ESB—應急配電板。

3 結語

通過本文的研究發現，安全區服務系統的設計并不是都需要采用空間分隔、設備雙套、系統冗余等常規設計方法去實現，還可以通過更加靈活優化的手段去滿足規范要求，如：安全區可以兩兩組合滿足最低面積要求，真空系統的管路可以通過兼用避免系統管路的冗余，飲用水可以配置專用的小排量泵浦避免設備雙套，空調系統可以降低設備制冷/制熱能力從而優化成本，而照明系統則通過均布不同電源直接避免冗余設計問題。