液化天然氣燃料加注躉船防爆電氣管理要點

李 冬，劉 哲，郭志佳，楊 軼

(1. 中海油天津化工研究設計院有限公司 天津 300131； 2. 中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津 300452)

我國內河航道沿線港口密布，水運體量龐大，運輸船舶基本以柴油和劣質燃料油為主要動力來源，隨著“氣化長江”“氣化江西”“氣化珠江”等綠色新能源航運項目的逐步推進，液化天然氣作為新能源成為首選，但LNG加注設施不足是制約新能源航運項目蓬勃發展的關鍵障礙。液化天然氣燃料加注躉船的成功研發(圖1)解決了這一關鍵障礙。加注躉船上設置有液貨艙、BOG系統、LNG加注系統、卸車系統。液貨艙用于儲存液化天然氣，BOG系統用于處理氣態的天然氣，LNG加注系統用于為受注船加注燃料，卸車系統用于LNG罐車向加注躉船的LNG儲罐輸送LNG。

圖1 液化天然氣燃料加注躉船示意圖 Fig.1 Schematic diagram of LNG bunkering pontoon

LNG具有易燃易爆的特性，在儲存、運輸過程中極易形成爆炸危險環境，防爆電氣設備作為消除爆炸危險環境點火源的安全設備，被廣泛應用。近年來由防爆電氣引發的事故時有發生[1]，據統計分析，防爆電氣設計類、采購類和工程類隱患占比近90%[2]，出現這些隱患的根本原因為建造階段防爆電氣設計的疏忽。由于內河環境的特殊性，現行的國內有關爆炸危險環境電力裝置的設計、施工及驗收規范均明確其不適用于水、陸、空交通工具[3-4]。為此，在依據相關規范的前提下，對加注躉船建造過程中關鍵階段的防爆電氣技術管理進行了論述，以達到保障加注躉船安全的目的。

1 環境條件

內陸水道安裝在船舶上的電氣設備涉及的環境條件有氣候環境條件、生物環境條件、化學活性物質、機械活性物質和機械環境條件。氣候環境條件包含低溫、高溫、濕度、降水量、太陽輻射、熱輻射、除雨以外的其他來源的水；生物環境條件包含空氣中的植物、空氣中的動物；化學活性物質包含鹽霧、二氧化硫、硫化氫、氧化氮、臭氧、鹽酸、氫氟酸、氨；機械活性物質包含空氣中的沙、灰塵沉積、煙灰沉積；機械環境條件包含穩態振動、非穩態振動、角運動傾斜、角運動搖擺、恒定加速度[5]。

液化天然氣燃料加注躉船安裝的電氣設備還需要滿足爆炸危險環境的要求，危險區域可分為0區、1區和2區。

2 建造過程關鍵階段電氣防爆要求

2.1 設計選型階段

液化天然氣加注躉船危險區域劃分應遵照《液貨船危險區域劃分和電氣配備指南》《液化天然氣燃料加注躉船規范(2021)》《鋼制內河船舶建造規范》《內河散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》和《爆炸性環境場所分類 爆炸性氣體環境》的相關要求。設計階段要依據設計院提供的技術資料(表1)復核與危險區域要求的設備的級別、組別是否一致。

表1 設計階段技術資料 Tab.1 Technical data in design stage

防爆電氣設備的選型不僅要滿足防爆安全要求，還應考慮環境條件的影響，如高溫、低溫、濕熱、鹽霧、氣體腐蝕、光照、沙塵、雨水等。

我國能用在1區中的增安型設備僅限于[6]在正常運行中不產生火花、電弧或危險溫度的接線盒和接線箱，包括接線部分為“e”型，其他部分為“d”或“mb”型的電氣產品；配置有合適熱保護裝置的“e”型低壓異步電動機(起動頻繁和環境條件惡劣者除外)；“e”型熒光燈。

對于成套的LNG加注設備和卸車設備，應按相關防爆標準規范要求進行制造，并經具有防爆檢測檢驗資質的第三方機構進行檢驗，合格后方可安裝。

2.2 采購驗收階段

應建立防爆電氣采購和到貨驗收管理程序。采購合同應要求防爆電氣設備廠家提供以下技術資料：CCC認證證書(列入CCC認證目錄范圍內產品適用)；防爆合格證書；檢驗報告(國家授權的第三方防爆檢測檢驗機構出具)；說明書；出廠合格證；本質安全系統描述性技術文件(適用于本質安全型設備)。

防爆電氣設備到貨后與證書、報告、圖紙的一致性進行審核，并核查防爆合格證書、防爆檢驗報告和CCC認證的真偽及是否在有效期內。

2.3 安裝階段

防爆電氣在選型、設備本身防爆性能滿足要求的情況下，最重要的就是安裝問題。

①隔爆型設備不能擅自更改內部元件，若內部元件變化可能會引起壓力重疊、溫度組別的變化或其他情況變化導致防爆合格證失效。隔爆型設備內部元件變化后應進行重新評定，取得變更后的防爆合格證方可安裝[7]。加注躉船涉及的儀表多為本安型，安裝的關聯設備安裝在隔爆箱中時要重新進行防爆認證。

②加注躉船安裝的隔爆型配電箱、隔爆型燈具、隔爆型三相異步電動機、隔爆型變送器等主體結構為隔爆型，選用的防爆電纜引入裝置防爆型式也應為隔爆型；只有當防爆電氣設備主體的引入口螺紋孔是隔爆螺紋時，才允許與防爆電纜引入裝置螺紋連接，引入裝置的規格參數要與引入口螺紋相匹配[8]。

③加注躉船安裝的接線箱、啟停按鈕等主體結構為增安型，選用的電纜引入裝置防爆型式也應為增安型，電纜引入裝置與設備外殼之間的防護措施應保證與使用環境相適應，至少保證防護等級不低于IP54；當連接螺紋是錐形螺紋時，內、外螺紋應有相同的公稱尺寸，擰緊電纜引入裝置。

④加注躉船防爆照明燈具應按規定保持其防爆結構及完整性，光源種類、型號和功率應符合危險區域設計和產品技術條件的要求；燈具安裝方式應與說明書規定相符。

⑤加注躉船電池間安裝的隔爆型配電箱、聲光報警器、燈具和探測器，當外殼內含有點火源時，設備須配接填料函式引入裝置。

⑥加注泵船安裝的儀表設備用電纜需要導管或撓性管保護時，應采用過渡壓緊元件，先將密封圈、墊圈抱緊電纜，確保引入口密封，再與導管或撓性管連接，導管或撓性管只起到對電纜的機械保護作用(圖2)。

圖2 有導管或鋼管保護的非鎧裝電纜引入裝置 Fig.2 Non-armored cable entry device with conduit or steel pipe protection

⑦加注泵船電氣設備用的電纜為鎧裝電纜，應選用專用于壓緊鎧裝層的鎧裝電纜引入裝置，鎧裝電纜引入裝置分為雙密封電纜引入裝置和填料電纜引入裝置。

當采用雙密封結構的鎧裝電纜引入裝置時，電纜應該是致密的、具有內護套且內護套為圓形的鎧裝電纜，前端引入口端密封圈的內徑與電纜內護套外徑相匹配(建議允許差值為±1mm)，尾端引入口端密封圈的內徑與電纜外護套相匹配。

當采用填料式鎧裝電纜引入裝置時，芯線之間應被填料填充，如填料為A/B雙組分防爆膠泥，電纜芯線應分開澆封，填料凝固后應不透水、不收縮、沒有裂紋；安裝的填料最小長度應為20mm，并保證沿密封填料長度20mm各點上至少有20%的橫截面積被填充(圖3)。

圖3 鎧裝電纜引入裝置 Fig.3 Armored cable entry device

⑧本質安全系統的關聯設備(如安全柵)若安裝在危險區內，本安端子的位置及本安端子與非本安端子之間的距離不得小于50mm，安全柵的本安端子與箱體內壁的距離應大于3mm；若安裝在安全區內，則不需要安裝在防爆外殼中，但其安裝距離也需符合以上規定。本安設備、關聯設備及連接的本安線纜應符合本安系統描述性文件要求。

2.4 驗收階段

船廠防爆電氣安裝單位須建立施工前后的檢查、記錄制度，施工記錄應在項目完工驗收時移交給業主，施工安裝記錄須明確安裝時間、安裝人員，并建立防爆電氣設備檔案。防爆電氣設備臺賬至少應包括：危險區域、位號、設備名稱、型號、防爆標志、防爆合格證號、防護等級、制造商、出廠編號/出廠日期、安裝日期。

加注躉船投入運行之前工程竣工交接驗收時，應委托國家授權的防爆電氣檢驗機構對工程項目安裝的防爆電氣設備進行初始檢查，取得防爆電氣檢查報告。安裝單位應當對不合格項進行整改，直至檢驗機構驗收合格。

3 結 論

液化天然氣燃料加注躉船作為一種新型的LNG能源加注設施，在國家“碳達峰、碳中和”戰略下必將蓬勃發展，隨之帶來的安全問題也成為了關注的重點，特別是防爆安全問題。

本文針對防爆電氣設備安全問題，從加注躉船建造過程中的設計選型、采購驗收、安裝和驗收4個階段對防爆電氣設備管理提出了切實可行的對策，特別是考慮了環境條件對防爆設備設計選型的要求。形成一套完整的加注躉船建造階段防爆電氣管理要求，有利于液化天然氣加注躉船制造質量的提升，有利于船舶防爆電氣設備工程建造管理能力的提高，最終保障防爆電氣設備本質安全。■