陸毅華++江傳平

摘 要：根據(jù)北極地區(qū)可能的航行條件、國際規(guī)范規(guī)則和現(xiàn)行船級社的要求，研究北極地區(qū)航行貨船的電氣設(shè)備配置要求，為船廠建造極地冰區(qū)適航貨船提供電氣設(shè)備配置方面的預(yù)研資料。

關(guān)鍵詞：極地航行；東北航道；極地貨船電氣設(shè)備配量

中圖法分類號：U662.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Requirements for Electric Equipment of Polar Cargo Ships

LU Yihua， JIANG Chuanping

（Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.Guangzhou 510725）

Abstract：This paper introduces the requirements for electric equipment or facilities of cargo ships sailing at polar areas based on the polar sailing conditions， the related international rules and regulations and requirements of classification society.

Key words：Sailing at polar areas；Northeast sea route；Electrical requirement for polar cargo ship

1 北極—穿越冰蓋的航線

北極是世界的最高極，也是溝連太平洋與大西洋的新通路。溫室氣體排放使全球平均氣溫升高，對北極產(chǎn)生了可見影響，格棱蘭島和斯瓦爾巴群島之間的弗拉姆海峽，其海水表面平均溫度較上個世紀(jì)上升了1.9 ℃，海峽冰情由常年堅(jiān)冰變?yōu)槎炯s1 m厚的新冰，八月夏季時冰層能基本融化，可以期望在不久的將來，北極冰區(qū)將存在一個夏季航行時間。北極航路溝連太平洋與大西洋，能縮短東亞至歐洲和北美之間約一半的海路距離，尤其對我國具有極大的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。

1.1 目前歐亞航線與北極航線的分析比較

（1）蘇伊仕運(yùn)河航線：航程約10 760 n mile，航行約35天，且運(yùn)河及馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（2）巴拿馬運(yùn)河航線：航程約14 140 n mile，航行約40天，且運(yùn)河及馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（3）非洲好望角航線：航程約12 070 n mile，航行約46天，且西風(fēng)帶惡劣海況、馬六甲海峽擁堵、海盜威脅；

（4）北極航線（東北航道）：航程約6 730 n mile，航行約22天，但只能夏季在破冰船協(xié)助下通行，船舶等級要求高、航行風(fēng)險(xiǎn)高、不可控因素多、通行管理費(fèi)用高，不過綜合下來仍可以節(jié)約成本與時間。

例如：

2009年7月，2艘德國貨船由韓國經(jīng)北方航道到達(dá)俄羅斯揚(yáng)堡港，最后抵達(dá)荷蘭鹿特丹，每航次/艘節(jié)省航行成本約30萬歐元；2010年9月，挪威最高冰級散貨船“北歐巴倫支”號經(jīng)北方航線向中國運(yùn)送了4萬t鐵礦石，航程減少1/3，時間減少8天，節(jié)省燃料費(fèi)約18萬美元。

1.2 未來北極三條可能的夏季航線

（1）西北航道：理論上7年中有1年夏季能通航，按目前碳排放增漲的速度，可望本世紀(jì)中葉每2年有1年能通航，具體航線為：北美洲東北部--大西洋北--格陵蘭島以西的戴維斯海峽--北極圈—加拿大東北—阿拉斯加北—白令海峽—北極圈—太平洋（日本橫濱或中國港口）。

（2）東北航道：目前最可行的北極航道，可使歐亞航路較目前航線節(jié)省40%航程，2012年已有在破冰船的幫助下46次成功的商業(yè)通行記錄。具體航線為：北歐荷蘭鹿特丹--格陵蘭島以東的弗拉姆海峽—巴倫支?！睒O圈—喀拉?！琢詈{—北極圈—太平洋（符拉迪斯托克、日本橫濱或中國港口）。

（3）北冰洋航道：其航程將較東北航道節(jié)省約20%，但只有PC6以上冰級的船舶才具有理論上穿越的可能，航線具體為：

格陵蘭?；蚺餐?-弗拉姆海峽—巴倫支海--北極點(diǎn)可航行區(qū)域--—白令海峽—北極圈—太平洋（日本橫濱或中國港口）。

北極航線的航行風(fēng)險(xiǎn)較大，對船舶冰級要求高、動力要求更高，船舶建造成本較常規(guī)船至少高出一倍。雖然東北航道通航時間已經(jīng)能達(dá)到5個月，但季節(jié)性航道影響集裝箱班輪公司對成本的控制，同時對該航道還有主權(quán)爭議，使單船通航成本高于蘇伊仕和巴拿馬運(yùn)河的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，而且航線港口條件較差，等這些都是穿越北極航線的不利因素。

1.3 北極航行面臨的兩大問題

極地航行面臨的兩大問題是冰情與低溫，電氣設(shè)計(jì)主要面對的是低溫等級問題，而冰情應(yīng)對措施主要是告警信息及冰山探測，PC5以上的極地船需要增加冰區(qū)雷達(dá)設(shè)備。本文從電氣設(shè)計(jì)角度僅考慮北極東北航道低溫情況作如下方面研究：

（1）目前電氣保溫、防凍、防冰、除冰較易采取的技術(shù)措施；

（2）導(dǎo)航、通信、照明設(shè)備的特別要求；

（3）調(diào)查能適應(yīng)極地工況電氣設(shè)備的供貨廠家及設(shè)備證書情況。

（4）規(guī)范規(guī)則主要參考IACS的極地船規(guī)范、SOLAS第14章、DNV和俄羅斯船級社對冰區(qū)和極地航行船舶的要求。

2 北極地區(qū)環(huán)境狀況

（1）冰況：冰層的厚度直接影響船舶的航行，造成動力損耗并可能危及船體結(jié)構(gòu)。根據(jù)成冰情況可分為流冰、一年冰、陳年堅(jiān)冰；根據(jù)冰層厚度，不同船級社的劃分類似而略有不同；冰區(qū)所特有的冰山現(xiàn)象更是在航運(yùn)史上造成過諸多重大海難事故；大范圍冰區(qū)可能導(dǎo)致船員患上雪盲癥。

（2）低溫：極地的酷寒導(dǎo)致船體甲板結(jié)構(gòu)掛冰，增加重量，影響穩(wěn)性及設(shè)備的操控和運(yùn)行；冰掛可能嚴(yán)重改變船上的通道情況，造成意外的船員跌傷、滑落、打擊傷害；低溫可能導(dǎo)致海員凍傷甚至致命。endprint

（3）烈風(fēng)：高緯度海區(qū)特有的猛烈低溫氣旋可帶來冰潮，砰擊船體，帶來重大安全隱患。

（4）大霧：嚴(yán)重影響視線，并在船體露天結(jié)構(gòu)突出部和風(fēng)繩上產(chǎn)生冰掛。

（5）洋流：高緯度的洋流帶動浮冰或冰層對海上結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生冰壓，危害結(jié)構(gòu)安全。

（6）潮汐：高潮時浮冰近岸并堆積，低潮時冰層在岸邊擱淺，日積月累在岸線上形成冰脊或冰包，阻礙船舶靠岸。

（7）落雪、冰雹和暴雨：除嚴(yán)重影響視線外，還可能損傷設(shè)備、產(chǎn)生冰掛、危害人身安全。

（8）極晝或極夜：北極極晝在春分時節(jié)開始，至秋分時節(jié)結(jié)束，所以在北極地區(qū)夏季航行基本是極晝時段；若9月底仍在航，則可能遇到極夜情況。極晝/極夜即影響人的生物鐘生理運(yùn)行情況，也影響到視線范圍。

（9）氣溫、海水溫度與風(fēng)速：北極圈內(nèi)一般氣溫在-2 ℃以下，海水溫度低于5 ℃，風(fēng)速20 kn以上。

3 北極地區(qū)航行船舶的電氣常規(guī)設(shè)備及措施

見表1。

4 北極地區(qū)航行船舶防凍要求及措施

（1）船舶應(yīng)保證的基本性能：

船體強(qiáng)度；

水密完整性；

電站功能；

操舵功能；

疏排水及艙底泵功能；

壓載能力；

錨絞設(shè)備的可操作性；

適航性等。

（2）船員生命安全性（救生艇、筏，走道等）：

各船級社有其具體的性能劃分標(biāo)準(zhǔn)，及檢驗(yàn)內(nèi)容。

（3）設(shè)備要求和區(qū)域劃分：

各船級社有其具體的設(shè)備要求及區(qū)域劃分。

（4）船級社一般需要審查、檢驗(yàn)的內(nèi)容：

抗冰和除冰設(shè)備的布置圖及其熱量標(biāo)示；

壓縮空氣供給重要設(shè)備周邊機(jī)械處所的管線情況；

抗冰和除冰設(shè)備的電氣參數(shù)及信號分配；

機(jī)械除冰布置、方式及位置；

專用人工除冰工具、服裝、繩索等物品的貯藏室；

進(jìn)行抗冰和除冰裝置試驗(yàn)。

（5）抗冰和除冰裝置的基本要求：

作用：采取護(hù)罩和/或足夠的加熱能力防止結(jié)冰，或在一個可接受的時間內(nèi)（如4～6小時）除掉預(yù)期厚度（比如4～6 cm）冰層的能力；

氣溫：低于-20 ℃，或按適航區(qū)域最低記錄氣溫再低10 ℃。

（6）加熱能力（按DNV-GL要求）：

露天區(qū)域如甲板、工作平臺、走道、梯道等：300 W/m2以上；上建： 200 W/ m2以上；欄桿扶手內(nèi)部伴熱：50 W/m；其他區(qū)域或部件：具體考慮。

（7）電路設(shè)計(jì)：

加熱電纜或伴熱管的布置和緊固方式要保證熱量擴(kuò)散到需要的設(shè)備或區(qū)域，配電箱上要求配功率或電流表，工作電路要有指示燈，電路要有絕緣監(jiān)測和報(bào)警裝置，操作控制裝置應(yīng)處于非結(jié)冰處所或帶防凍裝置。

5 北極地區(qū)航行船舶電氣設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)備廠家

5.1 參考DNV-GL船級社要求

（1）采用與船級冰級符號相適應(yīng)的可在低溫冰凍環(huán)境下工作的設(shè)備及材料；

（2）橋樓布置一般采取全封閉橋樓，配電加熱玻璃、熱空氣吹掃和雨刮保證視線需求；

（3）電站功率除常規(guī)計(jì)算負(fù)荷外，增加電加熱、電伴熱、防冰設(shè)備負(fù)荷；

（4）除冰與抗冰系統(tǒng)，采取了電暖氣、電伴熱系統(tǒng)、設(shè)備自帶加熱線圈、蒸汽管線保溫加熱系統(tǒng)及控制與監(jiān)測；

（5）極地導(dǎo)航系統(tǒng)新增加冰區(qū)雷達(dá)、衛(wèi)星羅經(jīng)等設(shè)備、配備自動氣象站、計(jì)程儀與測深儀傳感器；

（6）極地通訊設(shè)備符合SOLAS定義下A4海區(qū)對無線電設(shè)備的要求，為保障極地通訊后備手段，可根據(jù)規(guī)格書要求增加銥星電話系統(tǒng)和V-SAT衛(wèi)星站；

（7）極地照明設(shè)備配置大功率遙控搜索燈、甲板照明設(shè)備、便攜燈具等；

（8）信號設(shè)備符合船級社要求的航行信號燈、信號槍、煙花信號等，以及定位及示位用途的無線電或衛(wèi)星信標(biāo)器；

（9）其他設(shè)備如CCTV（閉路電視）設(shè)備等。

5.2 參考俄羅斯船級社要求

俄羅斯船級社對有抗冰能力的船舶賦予“ANTI-ICE”符號，大體要求與DNV-GL相同，但也有自己的另外規(guī)定，對甲板上電氣設(shè)備、信號裝置、無線電和導(dǎo)航設(shè)備的要求如下：

（1）無線電和航行設(shè)備的室外天線，包括鞭狀天線及室外天線的匹配裝置；

（2）航行燈；

（3）汽笛；

（4）OMPAS-SARSAT衛(wèi)星應(yīng)急示位標(biāo)；

（5） 露天甲板上的主/應(yīng)急照明燈；

（6）根據(jù)操作目的決定的攝像頭；

（7）遙測裝置和動力定位系統(tǒng)；

（8）安裝于露天甲板的電纜，其測試溫度較設(shè)計(jì)溫度低10 ℃；

（9）甲板上的電機(jī)、開關(guān)和控制裝置需有防冷凝加熱器；

（10）甲板上無加熱處所的電氣設(shè)備需有較設(shè)計(jì)溫度低10 ℃或不少于-40 ℃以下的檢驗(yàn)認(rèn)可；

（11）所有在露天甲板無加熱處所的無線電設(shè)備需按較設(shè)計(jì)溫度低20 ℃或不少于-40 ℃的標(biāo)準(zhǔn)，承受不少于-60 ℃的低溫環(huán)境；

（12）所有在露天甲板無加熱處所的航行設(shè)備要求同無線電設(shè)備；

（13）至少兩部可從指揮位置控制的帶有防冰加熱功能的探照燈，可全向?yàn)殄^絞、倒車和應(yīng)急拖帶提供照明；

（14）尾部至少2 n mile可見的人工控制的紅色停泊閃光信號燈；

（15）可用尾部前進(jìn)的雙動船需按規(guī)則要求配多一套航行燈；

（16）橋樓、電報(bào)房、集控室、貨控室、消防控制站、公共處所、病房、機(jī)修間、蓄電池間需配由應(yīng)急電源供電的電暖氣。

5.3 設(shè)備廠家調(diào)查

根據(jù)IACS及有關(guān)船級社的要求，大部份的設(shè)備與常規(guī)船無異，但室外或舷外傳感器布置的設(shè)備應(yīng)具有令船級社滿意的冰區(qū)能力認(rèn)可。除傳統(tǒng)的俄羅斯及北歐國家的廠家外，國內(nèi)廠家也已經(jīng)或正在采取積極措施生產(chǎn)或開發(fā)可應(yīng)用到極地環(huán)境下的設(shè)備及材料，但目前還是以-30 ℃以上的規(guī)格為主。

參考文獻(xiàn)

[1]英國勞氏船級社CSSC報(bào)告：ICE AND COLD OPERATIONS （極地航

行）， 2011/3/15

[2]SOLAS第14章，DNV和俄羅斯船級社對冰區(qū)和極地航行船舶的要求

[3]百度北極海域及環(huán)境地理搜索詞條endprint