于天奇，王寧

(1.中國船級社 秦皇島分社，河北 秦皇島 066000；2.中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200)

新造大型油船電氣設備的選型與檢驗

于天奇1，王寧2

(1.中國船級社 秦皇島分社，河北 秦皇島 066000；2.中交上航局航道建設有限公司，浙江 寧波 315200)

以閉杯閃點小于等于60 ℃新造油船為例，介紹油船危險區(qū)域或處所的劃分、電氣防爆設備的種類及特性，考慮SOLAS公約、鋼質(zhì)海船入級規(guī)范和IEC等相關(guān)標準要求，結(jié)合油船現(xiàn)場電氣檢驗，總結(jié)新造油船防爆檢驗要點。

油船；電氣防爆；危險區(qū)域；本質(zhì)安全；IEC標準

隨著世界油類運輸?shù)男枨罅坎粩嘣黾樱瑖H航行大型油船數(shù)量逐年增多。大型油船事故一度成為國際航運事業(yè)的熱門話題。研究顯示，大型油船爆炸事件的主要原因是船員安全意識薄弱，違反操作規(guī)程所致，其中最不可忽視的一點就是液貨船電氣設備不合格問題。因此,如何規(guī)范新造大型油船電氣設備的選型與檢驗已成為國際海事組織及各大船級社和海事部門的重點研究課題。本文以某船廠建造的297 000 DWT運載(閃點≤60 ℃)原油的船為對象，根據(jù)現(xiàn)生效的國際SOLAS公約及中國船級社規(guī)范等標準，重點分析新造船現(xiàn)場檢驗過程中油船防爆的因素、電氣設備選型，總結(jié)油船電氣設備檢驗的要點。

1 危險區(qū)域劃分

《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范2012》第4篇2.16.6和《液貨船危險區(qū)域劃分和電氣設備配備指南2010》第2.3條以及IEC60092-502，對運載閃點(閉杯)不超過60 ℃可燃液體(不包括液化氣體)的液化船進行了危險區(qū)域劃分。

根據(jù)爆炸性氣體的濃度、出現(xiàn)的時間和幾率，危險區(qū)域分為3個區(qū)域[1]。

0區(qū)。爆炸性氣體連續(xù)出現(xiàn)或較長時間存在的區(qū)域。

1區(qū)。在正常運行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。

2區(qū)。在正常運行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，即使出現(xiàn)，也是偶爾發(fā)生并且短時間存在的區(qū)域。

危險區(qū)域劃分圖需要船級社船舶審圖中心審批。運載閉杯閃點不超過60 ℃的297 000 DWT原油船危險區(qū)域劃分見圖1。

圖1中小點分布區(qū)域為0區(qū)，該區(qū)域為液貨艙、污油水艙、液貨系統(tǒng)和污油水艙系統(tǒng)設備及管路的內(nèi)部空間，透水管系及甲板水封至貨艙的惰性氣體管道內(nèi)的空間。

圖1中交叉斜線分布區(qū)域為1區(qū)，該區(qū)域涵蓋以下艙室和處所：與貨油艙相鄰接的空艙及其空氣管出口周圍3 m以內(nèi)的區(qū)域，與貨油艙相鄰接的壓載艙及其空氣管出口周圍3 m以內(nèi)的區(qū)域，貨油艙下面的管隧并與之相連的任何開口再向外延伸3 m以內(nèi)的區(qū)域，貨油泵艙及其開口向外延伸3 m以內(nèi)的區(qū)域，貨油艙透氣口向上以6 m為半徑的半球體，向下至甲板以6 m為半徑的圓柱體內(nèi)的范圍。

圖1中的2區(qū)為斜線分布區(qū)域，所有的貨油艙(含污油水艙)及貨油艙分段內(nèi)的壓載艙上的甲板上沿整個船寬并向首尾各延伸3 m、向上延伸2.4 m的區(qū)域，儲有貨油軟管的艙室及其開口周圍3 m以內(nèi)的區(qū)域，所有有開口直接通向2類危險區(qū)的圍蔽及半圍蔽處所以及這些處所的開口周圍3 m以內(nèi)的區(qū)域，1區(qū)最后一條規(guī)定的圓柱體再向外延伸4 m的區(qū)域。

2 爆炸危險區(qū)域或處所電氣設備選擇與安裝檢驗

2.1 防爆電氣設備的種類

對于隔爆外殼和本質(zhì)安全型電氣設備,與爆炸性氣體環(huán)境中的氣體性質(zhì)密切相關(guān)，可根據(jù)IEC60079.12規(guī)定劃分為I、II兩類[2]，其中I類防爆設備僅用于礦山。船用的防爆電氣設備屬于II類。II類的設備根據(jù)可燃氣體和蒸氣再細分為IIA、IIB和IIC類設備，見表1。

表1 典型氣體、蒸氣類別和允許選用設備類別之間的關(guān)系

電氣設備最高表面溫度不能超過電氣設備周圍可能出現(xiàn)的任何氣體或蒸氣、或氣體混和物或蒸氣混和物的著火溫度[3]。根據(jù)電氣設備能夠達到的最高表面溫度分為6個級別：t1～t6，見表2電氣設備溫度組別劃分，可見從t1～t6所允許達到的表面溫度逐級降低。同樣，根據(jù)防爆原理，電氣設備可分為隔爆型“d”、增安型“e”、本質(zhì)安全型電路“i”、正壓型“P”、充油型“o”、充砂型“q”、無火花型“n”和澆注型“m”。

表2 電氣設備溫度組別劃分 ℃

從表2可見，電氣設備和可燃氣體同一溫度組別中設備的最高表面溫度要比氣體的引燃溫度要低，也就是說電氣設備所產(chǎn)生的最高表面溫度一定要比該危險處所的可燃氣體的引燃溫度要低才不會引起爆炸。

2.2 現(xiàn)場檢驗要點分析

在現(xiàn)場檢驗中，上述信息主要來源于設備銘牌，合格的防爆型設備的銘牌至少包括：①銘牌右上方要有明顯的標志“Ex”；②防爆標志應順次標出型式、類別、組別和溫度組別；③防爆合格證編號和產(chǎn)品編號；④需要標出的特殊條件；e.出廠日期[4]。

以在現(xiàn)場檢驗過程中最常見的有本質(zhì)安全型電路“i”和隔爆型“d”兩種類型防爆電氣設備為例，介紹現(xiàn)場檢驗時應注意的事項。

2.2.1 本質(zhì)安全型電路“i”

本安系統(tǒng)通常由本安現(xiàn)場儀表、關(guān)聯(lián)設備(安全柵)和連接電纜3部分組成，見圖2。

關(guān)聯(lián)設備指的是安全柵，如圖3齊納安全柵，是介于現(xiàn)場儀表與控制室設備之間的一個限制能量的電路，用來把控制室供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在既不能產(chǎn)生足以引爆危險區(qū)域內(nèi)的氣體的火花，從而消除引爆源。通常防爆檢驗機構(gòu)在認證時給出他們的整體參數(shù)[5]。

若僅考慮安全柵的結(jié)構(gòu)形式,所有這些安全柵可廣義地分成齊納式安全如圖4和隔離式安全柵2種。齊納式安全柵優(yōu)點是價格低廉、精度的信號，缺點是接地要求高、較易熔斷、由于回路壓降大導致回路供電電壓小。隔離式安全柵優(yōu)點是能有效隔離、無須接地且能向現(xiàn)場變送器提供較高的供電電壓，但缺點是價格高、體積大。在現(xiàn)場檢驗時齊納式安全柵應用較為常見。

本質(zhì)安全電路的安裝應使電容、電感、電流和電壓符合下述規(guī)定[6]：對于僅一個關(guān)聯(lián)設備的本質(zhì)安全型安全電路，本質(zhì)安全設備的每個項目最大內(nèi)部電容Ci和電纜電容Cc總和不超過關(guān)聯(lián)設備標識的最大電容Co值；對于僅一個關(guān)聯(lián)設備的本質(zhì)安全型安全電路，本質(zhì)安全設備的每個項目最大內(nèi)部電感Li和電纜電感Lc總和不超過關(guān)聯(lián)設備標識的最大電容Lo值；在本質(zhì)安全設備內(nèi)部不含有影響的電感并且關(guān)聯(lián)設備標識出電感/電阻比(L/R)值得情況下，如果電纜的L/R值小于或等于該值，則不必滿足上述要求；每個本質(zhì)安全設備允許的輸入電壓Ui、輸入電流Ii應分別大于或等于各自關(guān)聯(lián)設備的Uo、Io值。本質(zhì)安全設備的電容、電感值、電流和電壓值應從設備標志和說明書中取得，電纜的電容、電感值由制造廠提供。某油船油氣回收系統(tǒng)本質(zhì)安全設備(氧含量傳感器和壓力傳感器)與相關(guān)聯(lián)設備(安全柵，型號D1010D)上述各項參數(shù)對照見表3[7]。由表3可見，該本質(zhì)安全電路是符合要求的。

表3 某油船油氣回收系統(tǒng)本質(zhì)安全設備與相關(guān)聯(lián)設備各項參數(shù)對照表

2.2.2 隔爆型“d”電氣設備

隔爆型外殼的防爆機理是基于“間隙防爆”原理。隔爆外殼的設計必須滿足2個基本條件:①外殼機械強度條件,即外殼具有足夠強度,能承受內(nèi)部的爆炸壓力而不損壞,且不產(chǎn)生影響防爆性能的永久性變形[5]；②控制接合面間隙不傳爆條件,即外殼接合面具有足夠小的間隙和足夠長的嚙合長度,內(nèi)部的爆炸產(chǎn)物(熾熱火焰或顆粒)不會竄出外殼并點燃周圍環(huán)境中的爆炸性混合物。當2個或多個隔爆外殼組合在一起時,每個單獨外殼都應滿足上述外殼設計基本要求。某油船隔爆式開關(guān)及隔爆式防爆燈見圖5、6。

3 危險區(qū)域電纜敷設注意事項

1)檢查電纜的型號是否符合圖紙及規(guī)范要求。除本質(zhì)安全型電路外，所有敷設在0區(qū)和1區(qū)的電纜至少具備下列一種護套：非金屬不透性護套，加上金屬編織層或其他金屬保護套。本質(zhì)安全型電路的電纜應具有金屬屏蔽，并至少加上一層非金屬不透性護套，如圖7。

2)檢查電纜接地是否符合要求。除額定電流超過20 A的單芯電纜，所有具有金屬護套或外護層的電力和照明電纜，通過危險區(qū)域或與危險區(qū)域安裝的設備相連接時，電纜的金屬護套或外護層2端應接地[8]。

檢驗過程中首先要確保本安設備和電纜的正確接線，外部保護，本安電路鎧裝需要在危險區(qū)域和安全區(qū)域2側(cè)均需接地，并且相關(guān)的中間接線箱也需要接地。雙芯電纜或多芯電纜的內(nèi)屏蔽層需要僅在安全區(qū)域接地或齊納防爆柵端接地。危險區(qū)域的內(nèi)屏蔽層應有效的絕緣或終止，除非其他特殊原因才允許內(nèi)屏蔽層安全區(qū)域和危險區(qū)域均接地。參見IEC 60079規(guī)定。設備控制箱中一般都有2個接地端，1個接地端為電纜鎧裝接地(保護接地P.E.)，1個接地端為電纜屏蔽接地(本安接地I.S.)，2個接地端不能相互混淆，且電纜屏蔽接地端依靠專用接地導線連接至船體結(jié)構(gòu)[9]。本安設備和電纜的正確接線見圖8。

3)為防止本安電路系統(tǒng)的電纜和非本安電路系統(tǒng)的電纜混觸、靜電干擾、電磁干擾而引起危險，本安系統(tǒng)的電纜應穿管敷設。同時注意本安系統(tǒng)和非本安系統(tǒng)不應共用同一根電纜和電纜管。2個以上不同系統(tǒng)的本安電路電纜，不應共用一根電纜(芯線分別屏蔽除外)或共用一根電纜管(用屏蔽導線除外)[10]。

4)檢查電纜引入裝置安裝是否符合IEC相關(guān)要求。電纜引入裝置裝配到電氣設備上，其構(gòu)造和固定不應損害電氣設備的防爆特性。某油船防爆燈電纜引入裝置示意于圖9。

從圖9中可以很清晰地了解電纜引入裝置結(jié)構(gòu)。當選用引入裝置時，電纜尺寸應在電纜引入裝置制造廠規(guī)定的范圍內(nèi)；電氣設備上不裝電纜或引入裝置的通孔用封堵件封堵，封堵件只能用工具才能拆除，不允許采用密封膠泥(如防火膩子等)進行封堵；隔爆密封的尺寸X應符合制造廠的規(guī)定，不允許過小，過小就會減少火焰通路長度。

4 結(jié)論

在新造油船檢驗過程中要認真學習公約規(guī)范相關(guān)要求，以利更好地指導現(xiàn)場檢驗。在實際的船舶設計、審圖、建造及檢驗等過程中，還應嚴格參照法規(guī)規(guī)范，切實做好油船各項工作，使之滿足安全航行的技術(shù)條件。

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Selection and inspect of explosion proof measures on new building of large oil tanker

YU Tian-qi1, WANG Ning2

(1.Qinhuangdao Branch of China Classification Society, Qinhuangdao Hebei 066000, China;2.SDC Waterway Construction Co., Ltd., Ningbo Zhejiang 315200, China)

Taking a new tanker whose closed cup flash point is not greater than 60 ℃ as an example, the division of the tanker dangerous area or space, kinds of electric explosion-proof equipment and characteristic were introduced. According to the requirements of SOLAS convention, steel ship classification rules and the IEC standard, combining with electric inspection of tanker, the key points in inspection of explosion protection for new-built tanker were summarized.

tanker; electric explosion protection; danger area; intrinsic safety; standards of IEC

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.047

2016-07-28

中國海事局和國家能源局項目(海事 [2012]509)

于天奇(1982—)，男，碩士，工程師

U665.1

A

1671-7953(2017)02-0201-05

修回日期：2016-09-01

研究方向:建造及營運船舶機電