穿梭油輪氣體探測系統的設計與安裝

張建方

（舟山中遠海運重工有限公司，浙江 舟山 316131）

隨著全球經濟的高速發展，能源的需求量逐漸增大，海上石油的開采也一直處于較高水平，這種經濟現狀強有力地推動了海上石油工業的發展。許多新的大型海上油田不斷被發現，穿梭油輪由于其儲油、運輸、裝載和卸載的優勢，成為快速、經濟、有效地開發海上油田不可或缺的裝置[1]。

石油是一種由多種物質組成的混合物，其中含有多種碳氫和硫化氫化合物，部分碳氫和硫化氫化合物的揮發性比較強，很容易形成可燃性和有毒性的蒸汽。當可燃性的氣體與空氣中的氧氣混合并達到一定的濃度時，在遇到明火的情況下就會發生爆炸。引起爆炸的可燃氣體最低體積分數為爆炸下限（LEL），為將油輪上爆炸的概率降到最低，通常會向油艙注入惰性氣體，用于降低油氣和氧氣的含量比。由于石油的持續揮發性問題，需要利用氣體探測系統反復地測量，從而掌握可燃性氣體和有毒性氣體體積百分數的即時變化情況，以便采取應對措施將可燃和有毒氣體體積分數控制在安全范圍內。

1 穿梭油輪氣體探測系統的設計

鑒于氣體探測系統在穿梭油輪上對于人員及船舶安全的重要作用，本文參照某船廠建造的154 000 DWT 穿梭油輪實船應用，介紹穿梭油輪氣體探測系統的設計。

1.1 氣體探測系統的原理

氣體探測系統是氣體泄漏檢測報警系統。當環境中可燃或有毒氣體泄漏時，檢測到氣體體積百分數達到爆炸或中毒報警器設置的臨界點時，氣體探測報警器就會發出報警信號，以提醒工作人員采取安全措施，并驅動排風、切斷、噴淋系統，防止發生爆炸、火災、中毒事故，從而保障船員及船舶安全。可燃氣體和有毒氣體體積百分數量程及報警值如表1所示，量程和報警值可以根據設計規格書或船東要求進行調整。

表1 可燃氣體和有毒氣體體積百分數量程及報警值%

1）氣體探測系統分類。穿梭油輪上氣體探測系統分為抽氣式氣體取樣探測和傳感器式氣體探測2種。

（1）抽氣式氣體取樣探測。工作原理：吸氣泵通過取樣管從被保護區內連續采集空氣樣品放入探測器，空氣樣品經過過濾器組件濾去灰塵顆粒后進入氣體分析單元，經過氣體分析單元分析，完成信號轉換，顯示器顯示氣體體積百分數值及其報警等級。氣體探測設備應設計為從每個被保護處所內的每一取樣管路進行取樣和分析，相繼間隔不超過30 min。

（2）傳感器式氣體探測。按傳感器劃分主要有催化燃燒式傳感器、電化學傳感器、紅外傳感器、半導體傳感器和光離子傳感器。幾種傳感器的主要工作原理如下：①催化燃燒式傳感器屬于高溫傳感器，其工作原理是利用可燃氣體燃燒帶來熱量的原理，提高鉑線圈溫度，產生電阻變化。根據電阻變化的大小獲得可燃氣體的體積百分數值。②電化學傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測氣體的還原性和氧化性，電子在化學反應過程中被釋放吸收，大量電子形成電流，電流大小與被測氣體體積百分數成正比。通過這些反應，可以區分氣體的成分和體積百分數。③紅外傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測氣體對紅外線的不同吸收程度形成特征和吸收峰，通過紅外光敏器件上電流的大小獲得可燃氣體的體積百分數。④半導體傳感器，其工作原理是利用金屬氧化物半導體材料在特定溫度下吸附氣體使其電阻值發生變化，根據電阻值的變化就能檢測氣體的體積百分數。⑤光離子傳感器，其工作原理是利用高能紫外線電離被測氣體，在極板上形成電流，通過電流大小獲得氣體體積百分數。

2）氣體探測系統選用。氣體探測系統需要根據實船設計需要以及設計規格書的要求，選取合適的氣體探測系統，該船選取傳感器式氣體探測系統，傳感器選用催化燃燒式傳感器和電化學傳感器。

1.2 氣體探測傳感器的設置

根 據DNV-RU-SHIP 《Part 6 Additional class notations, Chapter 4 Cargo operations, Section 2 Centralised cargo control for liquid cargoes-CCO》（以下簡稱《規范》）要求，除貨艙附近空間的氣體采樣點外，還應在所有上層建筑進風口和所有機艙通風進風口設置氣體檢測點；根據MSC.367（93）決議《國際消防安全系統規則》第15章惰性氣體系統修正案的通知，惰氣發生器間應設置2個氧氣檢測點。該船上層建筑和機艙區域設置了氣體探測傳感器，氣體探測傳感器設置的具體位置如表2所示。

表2 氣體探測傳感器設置的具體位置

1.3 氣體探測取樣管的設置

1）根據《規范》要求，貨油泵艙氣體連續檢測監控報警系統應測量泵艙大氣中的O2、H2S 和HC 化合物含量，取樣系統應在底層地板下方和上方設置取樣點，以防止泄漏。該船泵艙氣體探測取樣管設置具體如下： ①在底層地板下方最少設置2個氣體探測器，最大高度設于泵艙雙層底上方0.5 m 處；②每個貨油泵和掃艙泵之間的底層地板上方應安裝1 個氣體探測器； ③排風機通風管道內應設置氣體探測器1 個；④1 個氣體探測器設置在真空泵裝置；⑤2萬DWT及以上的油輪，應安裝固定的碳氫氣體檢測系統，用于測量所有壓載艙、雙層底空艙、雙層底靠近貨油艙或污油艙空間中的碳氫氣體體積百分數，包括艏尖艙和艙壁甲板下與貨油艙相鄰的任何其它艙和空間。

2）該船的壓載艙、空艙以及泵艙設置氣體探測取樣管。氣體探測取樣管路安裝位置如表3所示。

表3 氣體探測取樣管路安裝位置

氣體探測取樣管路系統示意圖如圖1 所示。圖1 中，SP 為氣體吸進口，SV 為截止閥，FA 為阻火器，TS 為時間控制，FL 為濾器，NV 為流量控制閥，TV為三通閥，VS為真空開關。

圖1 氣體探測取樣管路系統示意圖

1.4 便攜式氣體取樣系統

根據DNV-RU-SHIP《Part 5 Ship types，Chapter 5 Oil tankers, Section 9 Instrumentation and automation》要求，船舶應配備經認可的便攜式氣體探測器，便攜式氣體探測器配備如下：測量O2體積百分數的儀器2 臺，測量HC 氣體體積百分數（量程0～20%）的儀器2 臺以及測量HC 氣體體積百分數（量程0～2.1%）的儀器2臺。

2 氣體探測系統的安裝

2.1 氣體探測傳感器的安裝

該船氣體探測傳感器主要安裝在上層建筑、機艙的通風管路以及甲板上的一些房間內，通過電信號傳送到氣體探測系統的控制箱內。氣體探測傳感器主要有2種安裝方式，一種是安裝在通風管路上，另一種通過支架固定。

1）傳感器安裝在通風管路上，這種類型傳感器主要安裝在機械送風管路上，用于檢測送風中是否含有可燃性氣體。傳感器本體固定在1個法蘭基座上面，需在通風管路上安裝1個同樣規格的法蘭，2 個法蘭通過螺栓固定即可完成安裝。固定在通風管路上的傳感器示意圖見圖2。

圖2 固定在通風管路上的傳感器示意圖

2）傳感器安裝固定在支架上，這種類型傳感器主要是安裝在房間內，用于檢測房間內的可燃氣體是否超標。一般這種傳感器本體帶1個帶孔耳板，根據帶孔耳板的形式做1個支架，通過螺栓固定即可。固定在支架上的傳感器見圖3。

2.2 氣體探測取樣管的安裝

該船氣體探測取樣管主要安裝在壓載艙、泵艙、空艙、聲吶艙以及推進器室，根據氣體探測取樣管取樣位置不同，具體的布置也不同，大體可分為以下3類。

1）壓載艙氣體探測取樣管的安裝。壓載艙需要安裝2根氣體探測取樣管路，分別對其頂部和底部進行取樣探測，取樣管在穿甲板時采用卡套穿艙，底部削斜并配有端部濾器。壓載艙氣體探測取樣管安裝示意圖見圖4。

圖4 壓載艙氣體探測取樣管安裝示意圖

2）泵艙氣體探測取樣管的安裝。泵艙每個取樣點附近安裝一路取樣管，取樣管在穿甲板時采用卡套穿艙，底部無需安裝端部濾器。泵艙氣體探測取樣管安裝示意圖見圖5。

圖5 泵艙氣體探測取樣管安裝示意圖

3）空艙、聲吶艙以及推進器室氣體探測取樣管的安裝。每個艙的底部分別安裝一路取樣管，安裝形式、穿艙件形式以及端部形式與壓載艙氣體探測取樣管相同。

3 結束語

氣體探測傳感器只能檢測一種氣體，價格比較貴，但是安裝相對比較方便；氣體取樣管可以檢測多種氣體，價格便宜，安裝相對比較復雜，限制條件也比較多。設計時要根據實船的具體情況來選擇合適的氣體探測方式。

氣體探測系統是穿梭油輪安全系統的重要組成部分，它的可靠性決定了穿梭油輪安全系統的可靠性。一個設計可靠、運轉良好的氣體探測系統能夠對穿梭油輪上可能發生的火災以及可燃、有毒氣體的泄漏及時監測并處理，做到防患于未然，對保障穿梭油輪的人員安全和最大限度地減少事故所引起的經濟損失，起到決定性的作用[2]。