郵船電力推進系統安全返港評估

董良志, 曹亞冬

(中船郵輪科技發展有限公司，上海 200137)

0 引 言

郵船在發生不超過事故界限區域的火災或進水事故后應具備安全返港的能力，電力推進系統作為郵船安全返港的重要系統，可為郵船提供安全返港的動力。該系統關系船舶、船員和乘客的安全，其安全返港設計評估格外重要。

國外先進的郵船建造公司或設計公司具備安全返港系統評估能力，具備標準的評估流程、評估方法和評估軟件。我國在郵船安全返港系統評估方面尚處于起步階段，國內郵船建造船廠和設計公司安全返港系統評估主要委托國外設計公司完成。目前國內的研究學者[1-5]將重點放在安全返港設計階段，未對安全返港具體評估原理和方法進行深入研究。安全返港貫穿客船整個生命周期，從概念設計、基本設計、詳細設計、生產設計到建造、調試、試航和運營。對郵船相關系統的供電、控制、布置和電纜等進行分析和評估，確保在發生界限區域內的事故時該系統可正常運行。安全返港設計具有目標導向和手段多樣化的特點，通過對電力推進系統進行評估，采用系統總體評估和事故界限區域詳細評估的方法，驗證設計方案的可靠性和經濟性，優化設計方案。

1 評估原理

按照《國際海上人命安全公約》(SOLAS)第Ⅱ-2/21.4條和第Ⅱ-2∥22.3條要求，在發生火災或進水事故后，在不直接受到事故影響的處所中需要保持運行的所有系統和系統所屬部分稱為重要系統。對規范進行總結，重要系統共分14類，在安全返港過程中發揮不可或缺的作用，其中，更為重要的是關鍵系統，其有可能因1個或多個火災或因1個或多個進水情況不能適當運行(事故均不超過臨界)。

圍繞重要系統和關鍵系統，國際海事組織(IMO)海上安全委員會(MSC)的MSC.1/Circ.1369通函給出大致的評估方案。每次評估應分為兩步：①系統整體評估，涉及重要系統和功能要求，對發生規定的火災或進水事故后的重要系統進行結構化評估；②關鍵系統的詳細評估，即基于事故界限區域對設備和電纜的選型與走向等進行詳細評估。基于上述評估，可找出導致重要系統不能正常運行的潛在風險，并適當采取措施(如分隔、雙套、冗余和加強保護等)，形成滿足安全返港要求的設計方案。整個評估流程如圖1所示。

圖1 評估流程

2 電力推進系統安全返港設計方案

根據安全返港規范對電力推進系統的設計要求[6]，電力推進系統采用雙套結構和獨立布置。以某一中型郵船為例，該船參數如表1所示。配置艏艉2個機艙，機艙壁采用A60級水密分隔，艏艉發電機和配電板分別布置在對應機艙內。配置左右舷2個推進機艙，推進機艙壁采用A60級水密分隔。為便于設計評估，將艏機艙發配電系統和左推進艙推進系統劃分為A區，將艉機艙發配電系統和右推進艙推進系統劃分為B區。左右舷推進變壓器、推進變頻器、推進電機和就地控制系統分別布置在對應推進艙內。推進系統的電纜走向應遠離失火區域和易產生機械損耗的區域，服務于2套推進系統的電力電纜應避免布置于同一事故界限區域內。同樣，推進系統的控制電纜需要參照電力電纜的走向原則設計，實際的電纜托架應在水平和垂直2個維度上盡可能遠離，最終確保推進系統的冗余設計。電力系統單線圖如圖2所示，其中，PMS(Power Management System)為電力管理系統，I/O(Input/Output)為輸入/輸出，MVZ(Main Vertical Zone)為主豎區。

表1 郵船主要參數

圖2 電力系統單線圖

3 基于系統的評估方法

基于系統的評估和基于艙室的評估是評估的兩個基本過程，先進行系統的總體評估，再進行區域的詳細評估。在評估電力推進系統事故的可能性時，應從供電系統和控制系統兩方面進行考慮：①損失1個供電線路或控制單元；②損失某一事故界限區域。評估流程如圖3所示。

圖3 評估流程

3.1 控制系統

對控制系統進行評估，除事故界限區域評估外，控制單元的評估均為概述性。原因在于在設計初期，考慮安全返港可靠性要求，控制單元配置布置均采用冗余設計方式，冗余可大幅提高系統的可靠性。

該船2套推進系統的控制系統相互獨立。每套推進系統均包含1個獨立的就地控制站，并包含位于集控室和駕駛室的遙控控制站。就地控制站和遙控控制站之間具有通信聯系，但損失任何遙控控制站均不會影響推進系統的功能。安全返港對遙控控制站無強制要求，僅要求就地控制站應在安全返港時正常運行。

3.2 供電系統

供電系統與控制系統類似，同樣可分為發電系統和事故界限區域進行考慮。事故界限區域評估同樣放在基于艙室的評估中進行。發電系統采用冗余原則，左舷推進系統由艏部發配電系統供電，右舷推進系統由艉部發配電系統供電。除艏艉機艙2套供配電系統外，配備1套應急發配電系統。在發生不超過事故界限區域的事故時，應保證上述3套發配電系統中的2套正常供電；在超過事故界限區域時，應至少保證上述3套發配電系統中的1套正常供電。1套發電系統損失，不會影響左舷或右舷的推進系統正常運行，滿足安全返港規范要求。

4 基于艙室的評估方法

基于艙室的評估方法是對系統總體評估的完善和細化。若冗余系統的電纜穿過同一區域，則冗余性削弱，甚至導致無法滿足安全返港要求。基于系統的總體評估不能檢驗該類問題，而基于艙室的評估則可逐個區域進行檢驗，對事故影響進行詳細分析評估，確保系統可保證滿足安全返港要求。

4.1 評估文件準備

4.1.1 事故界限區域編號

為便于對火災和進水事故界限區域進行評估，需要對事故界限區域進行編號，編號規則如圖4所示。水密線以下的甲板一般習慣性地以單一英文字母命名，依次為A甲板、B甲板、C甲板等，但由于郵船上層建筑的甲板較多，可能超過10層，因此在郵船的火災事故界限區域編碼規則中，前兩位為甲板編號。具體來說，水密線以下的甲板，其編號的前兩位為“0+字母”，例如“0C”；上層建筑的甲板，其編號的前兩位為2個數字，以“01”開始。

圖4 事故界限區域編號規則示例

根據上述編號規則，可繪制該船推進系統事故界限區域分割圖。某區域的事故界限區域劃分如圖5所示，每個區域均標出事故界限區域編號，便于后續評估。以“013A03”為例，該編號表示1甲板、第3主豎區、固定式防火系統覆蓋、第3區域的事故界限區域。

圖5 某區域的事故界限區域劃分

4.1.2 繪制推進系統評估原理圖

安全返港電纜分為4類，分別為防火電纜、路徑檢查電纜、區域內電纜和不重要電纜。根據MSC.1/Circ.1369通函第13條解釋，由于在發生火災時滿足一定條件的防火電纜仍視為可用，因此防火電纜不需要進行評估。路徑檢查電纜和區域內電纜均非防火類型，區域內電纜的起點和終點位于同一區域，路徑檢查電纜的起點和終點不在同一區域。電纜的起點和終點位于同一區域，即電纜連接的2個電氣設備位于同一區域，若該區域損失，電纜存在與否并不重要。路徑檢查電纜連接的2個電氣設備位于2個區域，該類型電纜穿過的區域至關重要，對設備是否正常運行具有很大影響，其穿過的每個區域均需要進行評估。不重要電纜與安全返港無關，在評估時不需要考慮。基于安全返港的電纜選型流程如圖6所示。

圖6 安全返港的電纜選型流程

在進行評估前，需要統計推進系統各事故界限區域內布置的設備和穿過的電纜。結合電力推進系統圖、電纜類型和電氣設備布置圖，繪制安全返港電力推進系統圖。以左舷推進供電為例，安全返港的推進供電系統如圖7所示，其中，數字1～9為電纜編號，與表2相互對應。結合圖表進行分析，可評估某事故界限區域發生事故對其他系統和設備的影響。以左舷推進供電為例，供電電纜均為中壓電纜，沒有選用防火防水霧類型，且電纜起點和終點不在同一區域，安全返港電纜標識為路徑檢查電纜。

表2 左舷推進電纜路徑

圖7 左舷推進供電系統

4.2 基于艙室的詳細評估

基于艙室的詳細評估主要以事故界限區域為中心，以電氣設備所在區域的電纜類型和路徑進行分析，評估該區域發生不超過事故界限的事故帶來的影響和需要采取的操作。

在明確評估區域后，從低層甲板開始，對事故界限區域逐個進行評估。以0A1A42事故界限區域為例，對其進行評估，如表3所示。在0A1A42區域發生事故損失時，需要考慮區域損失對推進系統的影響、在該區域發生事故后進行必要的手動操作和船舶系統可用性描述。在0A1A42區域發生損失后，經過該區域的左舷推進中壓供電電纜發生損失，左舷推進電機失去動力來源，而B系統的右舷推進仍正常使用，保證返港動力。

表3 評估表格

根據上述步驟，基于艙室的評估方式對每個事故界限區域逐一進行詳細評估，每個區域的事故影響可清晰表示。在完成所有的事故界限區域評估后，形成評估結果表，并顯示推進系統與其他輔助系統的關系，如表4所示。按MSC.1/Circ.1369通函第2.6條所述，這些輔助系統應為重要系統，同樣需要進行安全返港評估。但其評估不應在推進系統的評估中進行，而應在其自身的安全返港評估中完成。

表4 推進系統評估關系表(火災事故)

上述評估驗證該船電力推進系統的設計滿足安全返港規范要求，在發生不超過事故界限區域的事故時，該系統的設備、電纜及其輔助系統可正常工作。

5 結 語

安全返港評估是郵船的一項系統性工作，貫穿設計、建造和運營各階段。以電力推進系統為例分析安全返港評估的流程和方法，在完成評估后需要對不合理的設計方案進行修改和重新評估，需要手動操作的系統和設備應形成手動操作手冊。通過上述方法編制的郵船電力推進系統安全返港評估報告已通過船級社認可，相關理論和方法可用于其他船型與系統的安全返港評估。