某大開(kāi)口雜貨船貨艙主甲板面生產(chǎn)設(shè)計(jì)策劃

麻楊陽(yáng)，周 斌，卓 艷

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210015）

0 引言

該船型為大開(kāi)口型雜貨船，總長(zhǎng)為 179.99 m，型寬為30.054 m，型深為15.125 m，入DNV GL船級(jí)社，為國(guó)內(nèi)不常見(jiàn)的貨艙大開(kāi)口船型。貨艙主要的運(yùn)輸產(chǎn)品包括木炭、煤和箱裝危險(xiǎn)品等貨品。主甲板面則以運(yùn)輸大型木材為主。其貨艙主甲板區(qū)域的電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)因大開(kāi)口艙口圍的特點(diǎn)，較其他散貨船相比區(qū)別較大。本文就以上特點(diǎn)對(duì)在該船型貨艙甲板面區(qū)域電氣設(shè)備及電纜管布置進(jìn)行闡述和比較。

1 貨艙甲板面區(qū)域定性

由于該船的貨品清單（圖1）中顯示每個(gè)貨艙可以裝有幾類(lèi)危險(xiǎn)貨品，因此貨艙設(shè)計(jì)是按危險(xiǎn)區(qū)域考慮的。危險(xiǎn)區(qū)域系指通常可能聚集易燃或易爆蒸氣、氣體、粉塵或爆炸物的區(qū)域。按照爆炸性混合物出現(xiàn)的頻繁超高難度和持續(xù)時(shí)間分為3個(gè)等級(jí)：0區(qū)為爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的區(qū)域；1區(qū)為在正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域；2區(qū)為在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，即使出現(xiàn)，也是偶爾發(fā)生并且僅是短時(shí)間存在的區(qū)域。

圖1 貨品清單

除此之外，貨艙艙口蓋艏艉方向有大量機(jī)械出風(fēng)孔，這些機(jī)械出風(fēng)口在半徑1.5 m范圍內(nèi)是1區(qū)，1.5 m延伸至3 m范圍內(nèi)是2區(qū)。因此，艙口圍之間的甲板通道都可視為危險(xiǎn)區(qū)域（圖2）。

圖2 艙口圍之間的甲板通道

2 貨艙甲板面電氣設(shè)備的布置及選擇

危險(xiǎn)區(qū)域劃分對(duì)于電氣專(zhuān)業(yè)而言，最主要的是為了正確選擇電氣設(shè)備的種類(lèi)以及合理布置。

DNV GL規(guī)范要求“在危險(xiǎn)區(qū)域中安裝電氣設(shè)備，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的級(jí)別來(lái)選取合適的合格防爆電氣設(shè)備”；防爆電氣設(shè)備在結(jié)構(gòu)和性能上采取特殊的技術(shù)措施，不會(huì)引起周?chē)ㄐ詺怏w爆炸或粉塵被點(diǎn)燃。防爆電氣設(shè)備選型的首要原則就是安全原則，選用的防爆電氣設(shè)備必須與危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)相匹配；而后則要考慮其經(jīng)濟(jì)合理性，選用的設(shè)備要方便維護(hù)；在滿足要求的前提下，防爆電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好。不同危險(xiǎn)區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選擇見(jiàn)表1。

表1 不同危險(xiǎn)區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選擇

一般情況下，在0區(qū)布置防爆電氣設(shè)備的情況極少出現(xiàn)；在設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮電氣設(shè)備布置的合理性，盡量避開(kāi)1區(qū)，將設(shè)備布置在2區(qū)。

1區(qū)對(duì)防爆電氣設(shè)備的要求高，2區(qū)對(duì)防爆電氣設(shè)備的要求比較低，可選擇的范圍較大且價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)。主甲板面的電氣設(shè)備布置，除了必要的室外熒光艙頂燈外，將其他電氣設(shè)備全部布置在危險(xiǎn)區(qū)域以外，增加安全性的同時(shí)也可適當(dāng)降低設(shè)備成本；室外熒光艙頂燈的布置則盡可能選擇避開(kāi)1區(qū)，布置在對(duì)設(shè)備防爆要求較低的2區(qū)。

除了核對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖中相關(guān)危險(xiǎn)區(qū)域的位置和等級(jí)外，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中還需要特別注意危險(xiǎn)區(qū)域延伸的問(wèn)題。就該船型而言，在原始設(shè)計(jì)階段，主甲板面克令吊的門(mén)朝向左舷方向，該門(mén)處于危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致克令吊柱體內(nèi)被視為延伸的危險(xiǎn)區(qū)域，克令吊柱體內(nèi)的克令吊電機(jī)就需要滿足相應(yīng)的防爆要求，這就增加了克令吊訂貨成本。但是，發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后，將克令吊門(mén)的朝向稍微作調(diào)整，改為朝向船尾方向，即可巧妙地避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域。克令吊柱體內(nèi)延伸的危險(xiǎn)區(qū)域的問(wèn)題也就迎刃而解。

3 貨艙主甲板面電纜管布置

前文提到了貨艙主甲板面除舷側(cè)2條800 mm凈通道以外，大部分區(qū)域?qū)儆谖ｋU(xiǎn)區(qū)域。在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)安裝的電氣設(shè)備需要滿足相應(yīng)防爆等級(jí)，對(duì)于通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域的電纜，其型號(hào)、規(guī)格及電纜敷設(shè)的形式并沒(méi)有特別的要求。規(guī)范要求滿足“電纜或電纜管穿越分隔危險(xiǎn)與非危險(xiǎn)區(qū)域的氣密艙壁和甲板時(shí)，其布置不應(yīng)破壞艙或甲板的氣密完整性”，注意避免危險(xiǎn)氣體外泄即可。此處主甲板面為開(kāi)放區(qū)域，不存在破壞氣密性的問(wèn)題。但是需要滿足“對(duì)貨艙區(qū)域的露天甲板上和穿過(guò)貨艙的所有可能遭受機(jī)械損傷的電纜，應(yīng)以厚度至少為4 mm的鋼板，鋼格柵或型材制作的罩子或把電纜置于鋼管中加以保護(hù)”的要求。在這種情況下電纜的敷設(shè)可以選用以下的幾種方式：

1）標(biāo)準(zhǔn)形式的電纜圍板穿主甲板后改用托架或鐵條的形式敷設(shè)電纜。這種方法操作起來(lái)最簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖3的電纜數(shù)量）。采用一組200 mm寬度的電纜圍板和電纜托架就可以保證足夠的電纜敷設(shè)空間。考慮到該船型露天區(qū)域只有幾個(gè)方管拼接的平臺(tái)，電纜托架沒(méi)有很好的落腳點(diǎn)，需要增加額外的電纜托架支撐架。同時(shí)露天區(qū)域的電纜防護(hù)需要采用金屬軟管或鋼制罩殼的形式，成本較大，電纜路徑的分支處理起來(lái)不方便，采用鐵條則增加了大量的電焊工作，采用托架則沒(méi)有足夠的空間。此方法預(yù)估每個(gè)艙口圍需要200 mm寬托架10 m、550 mm長(zhǎng)的扁鐵條40根以及電纜托架支撐架20根。

圖3 電纜統(tǒng)計(jì)表

2）協(xié)調(diào)管系布置電纜管到電纜分支處，管口采用MCT貫穿件隔堵后布置電裝鐵條或托架的形式。該方案減少了露天區(qū)域的電纜長(zhǎng)度，但是管口的MCT貫穿件該船使用的是進(jìn)口件，成本高，采購(gòu)周期長(zhǎng)；同時(shí)該方案只能在穿管電纜根數(shù)較少的情況下適用。根據(jù)廠家資料，一般圓形的MCT貫穿件框架最大采用R150（見(jiàn)圖3的電纜數(shù)量），最多只能采用RM 20的模塊敷設(shè)16根直徑14 mm及以下的電纜；再往上則考慮采用方框形狀的 S型框架，和電纜管的匹配存在問(wèn)題。在電纜管和R型MCT貫穿件套筒的匹配上需要特別注意，電纜管的內(nèi)徑不能小于MCT貫穿件套筒的內(nèi)徑，因?yàn)镽形模塊框架會(huì)突出套筒，如果與套筒對(duì)接的電纜管內(nèi)徑小于MCT貫穿件的套筒，那么后期框架則無(wú)法安裝。該項(xiàng)目去往主甲板面電纜數(shù)量多，因此該項(xiàng)目上此方法不適用。

3）每一個(gè)電纜分支均采用獨(dú)立電纜管的形式，電力電纜、信號(hào)電纜分別布置獨(dú)立的電纜管。這種方式避免出現(xiàn)分支，去掉了不必要的MCT型貫穿件，同時(shí)電纜管的支架數(shù)量少，可以減少大量的電焊作業(yè)，但電纜管的長(zhǎng)度和重量增加。預(yù)估每個(gè)艙口圍有11 m電力電纜和11 m信號(hào)電纜管。

權(quán)衡利弊，露天區(qū)域的電纜防護(hù)是比較難處理的問(wèn)題，尤其該項(xiàng)目主甲板面涉及裝運(yùn)木頭，如果木頭在調(diào)運(yùn)過(guò)程中發(fā)生掉落的事故，很可能會(huì)損壞露天區(qū)域一些防護(hù)不充分的電纜，產(chǎn)生安全隱患。第3種方法最能有效保護(hù)主甲板區(qū)域電纜。以此為據(jù)，決定采用第3種方法，鋪設(shè)多根獨(dú)立的電纜管。

對(duì)于電纜管規(guī)格的選型，需要建立在計(jì)算的基礎(chǔ)上。根據(jù)船級(jí)社規(guī)范要求，電纜外徑截面積的總和與管子或管道或電纜槽內(nèi)截面積之比不可以超過(guò)40%。以圖3的電纜節(jié)點(diǎn)為例，電纜的總根數(shù)為25根，均為信號(hào)電纜，電纜的截面積合計(jì)為1 460 mm。

根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算，先選用通徑114 mm、壁厚7 mm的電纜管。其電纜管截面積按式（1）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為7 850 mm。

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40%的容量約為3 140 mm。因此，該選型滿足通用要求。

一般情況下，為了方便敷設(shè)電纜，這種長(zhǎng)距離的電纜管會(huì)采用法蘭連接的方式，便于拆卸安裝，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以根據(jù)需要拆開(kāi)法蘭，一段一段地敷設(shè)電纜。同時(shí)考慮該項(xiàng)目主甲板面艙口圍之間為危險(xiǎn)區(qū)域，法蘭連接的電纜管在穿過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)無(wú)法保證氣密性，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)氣體通過(guò)電纜管擴(kuò)散到邊艙，引發(fā)事故。為了徹底杜絕此類(lèi)情況，決定電纜管全部采用套管連接，見(jiàn)圖4。長(zhǎng)度11 m的整根n型電纜管，2個(gè)直角彎，這樣的電纜管規(guī)格千萬(wàn)不能按照通用標(biāo)準(zhǔn)去選用，計(jì)劃選用通徑168 mm、壁厚8 mm的電纜管，其電纜管截面積按式（1）計(jì)算為18 137 mm，40%的容量約為7 254.8 mm，因此完全滿足電纜敷設(shè)要求。

圖4 電纜管路徑

首制船此處采用了通徑168 mm的電纜管，保留了充足的空間余量。但是，現(xiàn)場(chǎng)反饋實(shí)際施工效果并不理想，現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)電纜時(shí)候出現(xiàn)阻塞的情況，送不上，拉不動(dòng)。分析其原因，這些電纜在通過(guò)直管區(qū)域的時(shí)候完全沒(méi)有問(wèn)題，問(wèn)題出在電纜經(jīng)過(guò) 2個(gè)直角彎階段，整束電纜在通過(guò)彎頭處因受力不均勻?qū)е逻^(guò)彎時(shí)電纜松散交叉，占據(jù)整個(gè)管內(nèi)空間，再經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)距離的直管后，在第2個(gè)彎頭處無(wú)法受力，從而導(dǎo)致電纜無(wú)法穿管。如果能保證電纜不松散，在彎頭處不擁擠，預(yù)計(jì)可以順利通過(guò)該電纜管敷設(shè)。將該處電纜從開(kāi)始端每隔1.5 m做1個(gè)綁扎固定，共做6處，保證電纜在通過(guò)彎頭時(shí)依然成束不松散。將所有通過(guò)同一電纜管的電纜在管口集中，一次性全部穿管通過(guò)，如圖4所示。

按照上述方法解決了此處電纜穿管敷設(shè)問(wèn)題。這里采用的這個(gè)方式主要是從露天區(qū)域電纜的機(jī)械防護(hù)性及避免危險(xiǎn)區(qū)域的延伸方面去考慮的。對(duì)于電纜管的選型，直管一般可以按照“穿管系數(shù)（電纜外徑截面積的總和與管子或管道或電纜槽內(nèi)截面積之比）應(yīng)不大于0.4”執(zhí)行即可；對(duì)于一個(gè)直角彎頭的且不可拆卸的電纜管，建議穿管系數(shù)不超過(guò)0.2；對(duì)于2個(gè)直角彎頭的不可拆卸的電纜管，建議穿管系數(shù)不超過(guò)0.1；對(duì)于用法蘭相連接、可拆卸的帶直角彎頭電纜管，建議穿管系數(shù)不超過(guò)0.3。長(zhǎng)度超過(guò)2 m的電纜管，建議在穿管電纜全部到位后一次性全部穿管，避免電纜在管內(nèi)彎頭處交叉使得后續(xù)無(wú)法增加電纜。

這里給出的穿管系數(shù)選擇法是依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得出的參考值，考慮電纜管空間余量，若實(shí)際情況不能按經(jīng)驗(yàn)值去選擇合適的電纜管，則需要依據(jù)穿管電纜的具體數(shù)量、穿管電纜的外徑以及電纜的型號(hào)來(lái)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，從而選擇合適的電纜管。

4 結(jié)論

本文從貨艙主甲板面的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的布置及電纜管樣式的選擇出發(fā)，討論了某大開(kāi)口雜貨船貨艙甲板面生產(chǎn)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備選型需要重點(diǎn)注意危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)，選用合適的防爆設(shè)備；充分考慮是否存在危險(xiǎn)區(qū)域延伸的問(wèn)題。可以從設(shè)備的布置方面考慮，減少防爆設(shè)備的數(shù)量，降低成本。貨艙主甲板面的電纜管的選型需重點(diǎn)考慮電纜管的彎頭對(duì)電纜敷設(shè)的影響，在條件允許的情況下盡量將電纜管做成法蘭連接的形式，方便拆裝，利于現(xiàn)場(chǎng)施工。