內河LNG燃料動力散貨船危險區域劃分研究

摘" " 要：本文依托內河某型LNG單一燃料動力散貨船，根據內河散貨船的特點和LNG燃料動力船的技術特性，分析了LNG燃料動力船危險區域劃分對內河散貨船設計的相關影響。根據中國船級社對LNG燃料動力船舶的相關規范要求，對內河LNG燃料動力散貨船的總體布置、電氣設備選型及雙璧管通風的管路布置提出相關建議。

關鍵詞：LNG燃料動力船；危險區域劃分；總圖布置；環圍導管通風系統

中圖分類號：U674.925 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Study on Classification of Hazardous Area for Inland River

LNG Fuel-Powered Bulk Carrier

PAN Yuanhan，" GUO Shengkai，" LIU Hongwei

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation，" Guangzhou 510250 ）

Abstract： Based on a certain type of LNG single fuel-powered bulk carrier and according to the characteristics of inland river bulk carriers and the technical features of LNG fuel-powered vessels， this paper analyzes the influence of the hazardous area classification of LNG fuel-powered vessels on the design of inland river bulk carriers. According to the requirements of China Classification Society （CCS） \" Rules for the Natural Gas Fuelled Ships \"， recommendations related to the general hull arrangement， electrical equipment selection and piping arrangement for double walled tube ventilation of inland LNG-fueled bulk carriers are made.

Key words： LNG fuel-powered vessels;" hazardous area classification;" general layout;" circumferential duct ventilation system

1" " 前言

我國內河航運響應國家綠色發展要求，持續開展內河綠色船舶清潔動力應用推廣工作，相關部委先后發布了《關于全面深入推進綠色交通發展意見》、《內河航運發展綱要》、《加快推進天然氣利用的意見》等相關政策。在《綠色交通“十四五”發展規劃》中，更是對營運船舶二氧化碳（CO2）及氮氧化物（NOx）排放總量提出了明確要求，在船舶中陸續使用較柴油更為經濟環保的氣體燃料成為必然的趨勢。LNG燃燒產物較常規動力可減少100%的硫氧化物、50%以上的氮氧化物、15%左右的二氧化碳，優越的物理特性使其成為氫燃料動力大規模應用前的重要船用清潔燃料。我國LNG燃料在內河船中的應用逐漸形成規模，國內相關設備配套廠家齊全，相關技術法規趨于完善，技術水平相對成熟，是減少內河船舶污染，提升內河清潔動力應用的重要技術手段。

2" " 危險區域概述

2.1" 危險區域定義

液化天然氣（LNG）具有燃燒速率大、易蒸發、沸點低等特點，若在有限空間內泄漏，遇到火源可能會產生物理爆炸，屬于甲A類火災危險物質。根據船級社《船舶應用天然氣燃料規范》定義，危險區域系指爆炸性氣體環境出現或預期可能出現的數量達到足以要求對設備的結構、安裝和使用采取特殊預防措施的區域。是否產生危險區域及危險區域范圍的大小，由該區域是否存在爆炸性氣體來進行確定。

2.2" "危險區域分類

危險區域的劃分與LNG燃料動力船入籍的國家有關，不同國家船級社對危險區域劃分各不相同。全球關于危險區域的劃分，主要分為兩大派系：國際電工委員會分類方法（IEC）和北美分類方法。我國與部分歐洲國家均采用IEC分類方法。本文主要根據《船舶應用天然氣燃料規范》（2021）、《天然氣燃料動力船舶規范》（2017）及相關修改通報，對我國內河LNG燃料動力散貨船的危險區域劃分進行研究。

根據CCS相關規范要求，危險區域的劃分主要分為3個等級，主要由該區域內存在爆炸性氣體可能性大小來確定，分別為0類、1類及2類危險區域。

1）0類危險區域

指持續存在或長時間存在爆炸性氣體環境的區域，主要包括：

（1）用于儲存LNG的燃料艙內部；

（2）含有氣體燃料的供氣管路和設備；

（3）用于燃料艙壓力釋放的釋放管或存在氣體燃料的其他透氣系統管路。

在LNG燃料動力船危險區域劃分圖中，主要區域為LNG儲罐（C型罐為例）和天然氣燃料管，其范圍如圖1所示。

2）1類危險區域

指在正常操作情況下，可能出現爆炸性氣體環境的區域，包括但不限于。

（1） LNG燃料管系中雙璧管外管與內管形成的區域、燃料艙接頭處所（儲罐冷箱）；

（2） 布置在開敞甲板上的LNG燃料罐加注口、加注口集液盤擋板向外延伸3 m及其以上2.4 m形成的危險區域；

（3）燃料罐壓力釋放口及1類危險區域出風口向外延伸3 m的開敞甲板域或半圍蔽處所；1類危險區域通風系統進風口往外延伸1.5 m的開敞甲板域或半圍蔽處所；

（4）燃料準備間入口向外延伸1.5 m的開敞甲板區域或半圍蔽處所。

對于使用C型罐且布置在開敞甲板上的LNG燃料動力船，LNG燃料罐罐體產生的1類危險區域，如圖2所示。

3）2類危險區域

指在正常操作情況下，不大可能出現爆炸性氣體環境的區域，即使出現也可能僅偶然發生，且存在的時間短。該區域包括但不限于：1類危險區域往外延伸1.5 m的開敞處所或半圍蔽處所。

3" " 危險區域劃分

由于LNG燃料動力貨船的特性，CCS對危險區域范圍內的設備配置、管路走向及防火通風等方面的要求較常規貨船更高，且對危險區域附近艙室的開口及通風等方面明確了安全距離，確保對船舶、船員和環境的風險降至最低。在進行LNG燃料動力船設計時，保證全船布置合理且艙室開口通風滿足危險區域要求的前提下，如何通過優化設計減少LNG燃料產生的危險區域范圍，使LNG燃料動力的使用對船舶產生的影響最小，是全船設計的重點及難點。

3.1" "危險區域劃分

內河某型LNG單一燃料動力散貨船為鋼質全焊接結構， 船艉設有甲板室及生活區，配兩臺船用氣體機、兩臺交流發電機組，發電機組配置的發動機為LNG單燃料氣體發動機，采用獨立C型罐，LNG燃料罐經隔離空艙布置于艉部的儲罐甲板上，如圖3所示。

3.2" "全船總體布置

1）隔離空艙

本船C型燃料罐布置于船艉開敞甲板上，儲罐下方為船員艙室或廚房等具有較大失火危險處所：根據船級社規范對C型罐安裝位置的防火要求，在儲罐甲板和具有較大失火危險處所之間設置隔離空艙（見圖4），此空艙應至少有500 mm的高度（內河船），較大失火危險處所的頂部及面向LNG儲罐的起居處所限界面采用 “A-60”級的防火分隔；結合危險區域對艙室開口的距離要求，本船駕駛室布置于貨艙前部。

2）艙室開口通風

本船主甲板以上所有艙室，都按照安全處所要求進行設計，安全處所的空氣進口布置在非危險區域，且該進口距危險區域邊界至少1.5 m，安全處所的空氣出口布置于危險區域外；主甲板尾部船員艙室，受LNG罐加注站產生的危險區域影響，右舷艙室采用氣密窗進行采光，且其他門窗開口均離危險區域1. 5 m以上；機艙通風口盡量往船首布置，舵機艙開口及自然通風筒移至左舷，以便滿足危險區域要求。

3）排氣布置

壓力釋放閥的透氣出口，通常應位于距離最近的機器設備的廢氣出口至少5 m（內河船）。對于LNG燃料動力船而言，為滿足此規范要求，發動機排氣可設為側排或將駕駛室位于船艏后經煙囪排出，本船排氣方式為側排。

4" " 電氣設備選型

為保障運營安全性，在設計過程中通過盡可能減少著火源的數量和降低可燃性混合物形成的可能性來降低LNG燃料動力船發生爆炸的風險：根據危險區域的劃分情況，合理布置電氣設備，盡可能減少危險區域內防爆電氣設備的數量；若危險區域內確需配置電氣設備，該電氣設備的選型應滿足規范法規要求，且布置位置盡可能遠離危險區域產生口；危險區域內使用的電氣設備，應符合國標GB3836.1《爆炸性環境第1 部分：設備通用要求》的相關要求進行選型配置，見表1所示。

5" " 燃料艙接頭處所及雙璧管通風系統設計

燃料艙接頭處所及雙璧管通風進出口位置，影響LNG燃料動力船的危險區域范圍大小。對燃料艙接頭處所和雙璧管進行通風設計，主要是為了保證冷箱和LNG供氣系統雙壁管路內外管的間隙層保持負壓，當存在燃氣泄露時，通風系統抽風機可將泄露的燃氣通過風管抽至通風系統出口排出，且設計在冷箱和雙壁管內的探測器即時向天然氣安保系統反饋泄漏信號，安保系統將快速切斷燃氣的供應，防止燃氣大量泄漏引起事故風險；根據船級社規范要求，燃料艙接頭處所和雙璧管應設置機械式負壓通風系統，該系統的通風能力為30次/小時，系統配置的風機數量和功率應滿足當由主配電板或應急配電板的一路獨立線路供電的一臺風機或由主配電板或應急配電板的共用線路供電的一組風機停止運轉時，通風能力的降低不會超過總通風能力的50%。

5.1" "雙壁管通風系統

根據船級社規范要求，氣體安全機器處所內的燃料管路需采用雙壁管，且燃料管路應盡量避免直接通過起居處所、服務處所、電氣設備間或控制站，若確需穿過上訴圍蔽處所時則采用雙壁管。本船儲罐布置于開敞甲板上，為減少雙壁管通風系統的壓頭損失和防爆風機風量，本船僅機艙內供氣管路采用雙壁管，其他區域供氣管路布置于開敞甲板上；雙壁管外管與內管形成的區域屬于1類危險區域，根據CCS要求，其通風進口應布置于在未設置該通風進口時為非危險區域，本船將雙壁管通風進口布置于貨艙舷側靠近船尾的主甲板上；雙壁管機械通出風口應布置在露天區域，且該區域在未設置此雙壁管機械通風出風口時，其危險等級應等同于或小于1類危險區域，本船將雙壁管的出風口通過風管延伸至儲罐甲板上，布置在燃料罐壓力釋放口附近，盡量與壓力釋放口產生的危險區域重合，減少危險區域的范圍。

5.2" 燃料艙接頭處所通風系統

對C型燃料罐而言，其燃料艙接頭處所為儲罐的冷箱，每個C型燃料罐分左右冷箱兩個燃料接頭處所。為減少冷箱通風進出口產生的危險區域范圍，本船設4臺防爆抽風機用于儲罐冷箱的通風，每兩臺互為備用于一個冷箱通風，互為備用風機出口合并成一根通風出口（如圖6所示）；為了盡可能減少危險區域對全船各專業的影響，滿足船級社危險區域通風進口需布置于設置該進口前為安全區域、危險區域通風出口布置于危險等級小于產生危險區域等級的要求，結合LNG儲罐罐體的危險區域劃分，罐體產生的固定危險區域為LNG加注口及左右冷箱門產生的危險區域，冷箱通風口產生的危險區域可通過風管將危險區域產生口布置于合適的位置，因此本船冷箱及環圍導管通風出口盡可能布置于LNG加注口附近，冷箱通風進口在滿足規范要求的前提下向LNG加注口靠近，有效減少危險區域范圍。

6" " 結束語

危險區域的劃分，影響著LNG燃料動力船的總體布置、設備配置及通風系統的設計，對船舶的建造有很大的影響，在LNG 燃料動力船舶的前期設計中應做好危險區域的劃分，避免到生產設計階段因危險區域劃分的修改影響全船的建造周期，引起不必要的經濟損失。危險區域的劃分關系著船舶的營運安全，本文以某型LNG單一燃料動力散貨船為實例，分析該類型船舶危險區域劃分依據，旨在為后續類似船型的危險區域劃分提供參考。

參考文獻

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