程慧勇

（新世紀(jì)船舶設(shè)計(jì)研發(fā)（上海）有限公司，上海 201203）

0 引言

近年來(lái)由于氣候持續(xù)變暖，北極航道越來(lái)越暢通，商船從北極航道通航逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，越來(lái)越多的船舶選擇在北極以及高緯度寒冷區(qū)域航行。對(duì)于在亞洲和歐洲之間運(yùn)營(yíng)的商船，如果走北極航道，將比傳統(tǒng)航道減少近一半時(shí)間，大大拉近了亞洲與歐洲、北美等市場(chǎng)的距離?？紤]到運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，越來(lái)越多的國(guó)家和航運(yùn)公司開(kāi)始關(guān)注這條航道的商業(yè)價(jià)值，很多船東已開(kāi)始訂造滿足北極航道通航要求的船舶。如今，每年通過(guò)北極航道的商船逐年增加，北極航道作為連接亞歐交通新干線的雛形已經(jīng)初步形成。

北極航道部分地區(qū)雖然海水溫度不是很低，但是空氣溫度非常低，這就導(dǎo)致在該地區(qū)航行的商船，遇到大霧、持續(xù)降雨、寒潮或海浪水霧時(shí)，船體及露天的設(shè)備很容易被冰層覆蓋，導(dǎo)致無(wú)法正常運(yùn)行，甚至?xí)＜暗酱暗暮叫邪踩Ｒ虼?，設(shè)計(jì)能滿足在寒冷氣候地區(qū)航行的船舶具有非常重要的意義。目前很多船級(jí)社都已推出了在寒冷氣候地區(qū)航行船舶需滿足的船級(jí)符號(hào)。本文將結(jié)合2 500 TEU集裝箱船在防寒方面的應(yīng)對(duì)措施，詳細(xì)介紹DNV GL船級(jí)社的防寒船級(jí)符號(hào)。

1 DNV GL船級(jí)社的防寒船級(jí)符號(hào)

滿足防寒船級(jí)符號(hào)的船舶，應(yīng)確保船舶在低溫環(huán)境下航行時(shí)，各設(shè)備和系統(tǒng)能抵御低溫環(huán)境的寒潮、海浪和大霧等導(dǎo)致的結(jié)冰影響，保證船舶和設(shè)備的正常運(yùn)行。值得注意的是，防寒船級(jí)符號(hào)與冰級(jí)符號(hào)有所不同，防寒船級(jí)符號(hào)對(duì)船舶通過(guò)海冰時(shí)的船體和設(shè)備不做要求。

DNV船級(jí)社的防寒船級(jí)符號(hào)為Winterized，其后必須緊跟“Basic”、“Cold”和“Polar”3個(gè)符號(hào)中的一個(gè)限定符號(hào)?！癈old”和“Polar”必須強(qiáng)制帶有設(shè)計(jì)溫度的限定符，而“Basic”設(shè)計(jì)溫度限定符為可選項(xiàng)。具體設(shè)置原則如表1。

表1 防寒船級(jí)符號(hào)設(shè)置原則

對(duì)于各個(gè)限定符號(hào)，DNV GL船級(jí)社的規(guī)范中也明確了每個(gè)限定符號(hào)的典型設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)，具體如表2所示。

表2 限定符號(hào)的典型設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)

2 船舶在寒冷地區(qū)積冰的原因及其影響

船舶在寒冷地區(qū)航行時(shí)，與在其他地區(qū)航行的最大區(qū)別就在于寒冷地區(qū)的最低日平均氣溫較低。這些地區(qū)的空氣溫度很低，一般低于?10℃，但所在地區(qū)的海水溫度并不是太低，約4℃以下。這種氣候條件下，在其他地區(qū)對(duì)船舶航行沒(méi)有太多影響的持續(xù)降雪、降雨、大霧及海浪水霧等，在寒冷地區(qū)則很容易造成船舶的甲板及露天設(shè)備積冰，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行，甚至影響船舶和人員的安全。

在各種情況中，海浪水霧的影響應(yīng)該是冰區(qū)航行船舶的主要結(jié)冰因素。通常，低溫海水形成的水霧在較高的風(fēng)速下，結(jié)合低溫空氣的作用，極易在船上形成積冰。船舶積冰主要容易引起以下幾方面問(wèn)題：

1）各層甲板積冰可導(dǎo)致船舶重心升高，影響船舶穩(wěn)性。

2）甲板機(jī)械積冰后，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法收放錨。

3）救生設(shè)備積冰后，無(wú)法及時(shí)釋放。

4）雷達(dá)天線、航行設(shè)備及駕駛室窗戶(hù)積冰，會(huì)影響航行安全。

5）逃生通道等積冰，影響人員的逃生和轉(zhuǎn)移。

6）機(jī)艙進(jìn)、出風(fēng)口被積冰堵塞后，機(jī)艙相關(guān)設(shè)備就不能正常工作。

7）管路和通風(fēng)頭結(jié)冰則會(huì)影響相關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

針對(duì)船舶在寒冷地區(qū)可能遇到的以上積冰問(wèn)題，DNV GL船級(jí)社規(guī)范雖然給出了相關(guān)要求，但大多只是原則性要求，并沒(méi)有具體的實(shí)施措施。下面將以2 500 TEU集裝箱船為例，詳細(xì)說(shuō)明各主要系統(tǒng)的防寒措施。

3 2 500 DWT集裝船簡(jiǎn)介

2 500 TEU集裝箱船總長(zhǎng)約195.0 m，型寬32.20 m，型深17.0 m，設(shè)計(jì)吃水9.50 m，結(jié)構(gòu)吃水11.50 m，最大裝載近2 500個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱，配備710個(gè)冷藏箱位，以及270個(gè)2 556 mm長(zhǎng)45 ft超寬箱。該船是一型滿足 DNV GL船級(jí)社的 E3級(jí)冰區(qū)要求，同時(shí)滿足Winterized Basic船級(jí)符號(hào)要求的冰區(qū)航行船舶。該船也是一型節(jié)能環(huán)保、環(huán)境友好型支線集裝箱船，其安裝的主、副機(jī)及鍋爐廢氣脫硫系統(tǒng)，使該船在使用重油的情況下也能滿足尾氣排放硫含量低于0.1%的ECA要求，同時(shí)具備15天航行零排放的親環(huán)境設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 防寒船級(jí)符號(hào)的實(shí)船應(yīng)用

4.1 甲板排水口

甲板排水口被積冰堵塞，會(huì)影響甲板積水排出，加速冰層堆積，升高船舶重心，減小初穩(wěn)性高，影響船舶穩(wěn)性。作為規(guī)范允許的替代方式，該船在現(xiàn)有甲板排水口的基礎(chǔ)上增加了 30%的甲板排水口面積，達(dá)到了防寒要求。

4.2 甲板設(shè)備

4.2.1 錨機(jī)

按照規(guī)范要求，錨機(jī)、錨機(jī)控制裝置及掣鏈器要有防冰保護(hù)。雖然Winterized Basic未要求設(shè)置擋浪罩對(duì)錨機(jī)等進(jìn)行防冰保護(hù)，但考慮到后期操作方便和安全性并結(jié)合建造規(guī)格書(shū)要求，該船在首部設(shè)置了半封閉擋浪罩，將錨絞機(jī)和控制裝置全部放在擋浪罩內(nèi)，不但較好地滿足了防寒要求，對(duì)船員的工作環(huán)境也有所改善。

4.2.2 系泊絞車(chē)

該船首部系泊絞車(chē)設(shè)置在擋浪罩下，完全滿足防寒要求。尾部系泊絞車(chē)配備了帆布罩防冰，并配備了用于手動(dòng)除冰的鏟子及木錘，確保船員在系泊前合理時(shí)間內(nèi)能夠安全有效地清除系泊絞車(chē)和周?chē)墓ぷ鲄^(qū)域內(nèi)的積雪和積冰。

4.2.3 錨鏈筒

錨鏈筒應(yīng)按要求采用蒸汽或熱水的防冰保護(hù)或除冰保護(hù)措施。因此該船在錨鏈筒附近配備了蒸汽噴槍對(duì)錨鏈筒進(jìn)行除冰，以滿足規(guī)范要求。

4.2.4 加油站

加油站在規(guī)范中沒(méi)有明確要求防冰或除冰措施，考慮到船東營(yíng)運(yùn)需要，該船加油站采用了帆布罩防冰保護(hù)并配合蒸汽噴槍除冰的方式，以滿足船東的要求。

4.3 救生消防設(shè)備

4.3.1 救生艇

按照規(guī)范要求，該船救生艇的馬達(dá)內(nèi)置了功率為85 W的電加熱器。另外，救生艇馬達(dá)的冷卻水系統(tǒng)內(nèi)置了功率為350 W的電加熱器，防止冷卻水結(jié)冰。

4.3.2 救生筏

根據(jù)規(guī)范要求，救生筏的釋放系統(tǒng)要求帶有防冰保護(hù)。如使用電加熱帆布罩把救生筏和筏架完全遮罩，雖可以達(dá)到防冰目的，但有可能影響救生筏的迅速釋放。為了解決這一問(wèn)題，最終該船采用了閥殼內(nèi)部及釋放機(jī)構(gòu)自帶電加熱裝置的極地救生筏（圖1），確保滿足防寒要求。

圖1 帶電加熱極地救生筏

4.3.3 個(gè)人救生設(shè)備

規(guī)范要求露天存放的個(gè)人救生設(shè)備的儲(chǔ)藏箱應(yīng)有防冰保護(hù)?？紤]到該船在首部甲板有為救生筏配備的救生衣和救生服的玻璃鋼存放箱，因此為這些存放箱配備了電加熱帆布罩進(jìn)行防冰保護(hù)。

對(duì)于普通救生圈，該船采用的是無(wú)門(mén)半封閉不銹鋼箱進(jìn)行防冰保護(hù)，且救生圈前有電伴熱走道，防止冰雪堆積（圖2）。

圖2 半封閉保護(hù)的救生圈

4.3.4 消防設(shè)備

存放在露天或無(wú)加熱的房間的消防設(shè)備按照規(guī)范要求應(yīng)隨時(shí)可用?？紤]到該船有部分消防設(shè)備存放在安全設(shè)備間，其他分布在各層甲板，因此通往安全設(shè)備間的通道及門(mén)都用電伴熱帶進(jìn)行防冰保護(hù)，確保船員可隨時(shí)使用消防設(shè)備。另外，對(duì)露天存放的消防水龍帶箱和消防栓，該船配備了電加熱帆布罩，防止積冰。

4.4 航行信號(hào)相關(guān)

4.4.1 全封閉橋樓

考慮到防冰保護(hù)，該船駕駛室采用全封閉橋樓設(shè)計(jì)，駕駛室前方和側(cè)面的窗戶(hù)全部采用電加熱玻璃，并全部配備雨刮器。駕駛室窗的噴淋管路利用壓縮空氣排干噴淋管路內(nèi)的殘余水分來(lái)防止結(jié)冰。

4.4.2 雷達(dá)天線

根據(jù)規(guī)范要求，旋轉(zhuǎn)雷達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)不能被冰雪限制。因此該船配備了支架帶電加熱器的S波段和X波段雷達(dá)，以滿足防寒要求。

4.4.3 風(fēng)速風(fēng)向儀

考慮到普通的飛機(jī)型風(fēng)速風(fēng)向儀不滿足防冰要求，該船采用了內(nèi)置電加熱的超聲波型風(fēng)速風(fēng)向儀（圖3）。

圖3 超聲波型風(fēng)向風(fēng)速儀

4.4.4 應(yīng)急無(wú)線電示位標(biāo)

該船在室外布置的內(nèi)置電加熱器應(yīng)急無(wú)線電示位標(biāo)，可確保表面不積冰，且在船員不干預(yù)的情況下，可以自由浮到水面，滿足規(guī)范的要求。

4.4.5 航行信號(hào)燈

原規(guī)格書(shū)要求航行信號(hào)燈采用LED燈，但考慮到規(guī)范要求航行信號(hào)燈必須自發(fā)熱或進(jìn)行防冰保護(hù)，因此該船航行信號(hào)燈統(tǒng)一更換為白熾燈，利用燈具的熱量，防止燈具上積冰，確保航行安全。

4.4.6 汽笛

該船不但配備了內(nèi)置電加熱器的汽笛，且供給汽笛的壓縮空氣也通過(guò)空氣干燥器進(jìn)行干燥，防止水汽在汽笛上凝結(jié)成冰，從而影響使用，完全滿足防寒要求。

4.5 通道

4.5.1 逃生通道

根據(jù)規(guī)范要求，逃生出口和逃生門(mén)必須能夠隨時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉，逃生通道無(wú)冰寬度最少要求700 mm，最少要有一側(cè)欄桿不結(jié)冰，且集合站、登乘區(qū)及通往救生艇和救生筏的通道也必須有防冰保護(hù)。因此該船為這些區(qū)域的甲板通道、門(mén)、小艙蓋、欄桿、梯子和扶手都設(shè)置了電伴熱裝置進(jìn)行防冰保護(hù)（圖4和圖5），確保人員順利逃生。

圖4 帶電伴熱的門(mén)

圖5 電伴熱走道和登艇平臺(tái)

4.5.2 舷梯

考慮到舷梯不屬于逃生要求的范圍，且規(guī)范也僅要求有除冰保護(hù)即可，因此該船舷梯配備了普通帆布罩適當(dāng)進(jìn)行防冰保護(hù)，并配備木錘可以手動(dòng)除冰。

4.5.3 其他通道

不作為逃生通道的室外欄桿和斜梯，規(guī)范明確可以?xún)H考慮除冰，因此該船為這些區(qū)域配備了鉛錘用作手動(dòng)除冰的工具。

4.6 通風(fēng)

該船機(jī)艙進(jìn)風(fēng)口百葉窗使用帶電伴熱除霧器來(lái)防止結(jié)冰，機(jī)艙出風(fēng)口及應(yīng)急發(fā)電機(jī)室通風(fēng)百葉窗等采用電伴熱帶進(jìn)行防冰保護(hù)（圖6），以防止百葉窗結(jié)冰。

另外，貨艙蓋通風(fēng)百葉窗配備了木錘手動(dòng)除冰，艏側(cè)推通風(fēng)百葉窗采用了蒸汽除冰方式，貨艙菌型通風(fēng)帽的手輪則采用帆布罩進(jìn)行防冰保護(hù)。

圖6 電伴熱百葉窗

4.7 管系

4.7.1 空氣管頭

規(guī)范要求液艙通風(fēng)頭應(yīng)進(jìn)行防冰保護(hù)。該船空氣管頭采用了自加熱空氣管頭（圖7），以達(dá)到防冰的目的。

圖7 自加熱空氣管頭

4.7.2 防橫傾管

當(dāng)船舶產(chǎn)生不利橫傾時(shí)，利用防橫傾系統(tǒng)可以有效減小船舶橫傾。該船在防橫傾管路上設(shè)置了電伴熱帶，確保防橫傾管內(nèi)的水不被凍結(jié)。

4.7.3 消防系統(tǒng)

對(duì)于消防管系，可以通過(guò)將管路布置在有加熱的通道中或?yàn)楣苈愤M(jìn)行電伴熱保護(hù)或?qū)⒐苈返乃鸥桑瑏?lái)達(dá)到防凍目的。該船在露天消防管路的最低點(diǎn)設(shè)置了泄放閥，確保消防管路可以完全排干，以滿足防冰要求。

4.7.4 液艙

為防止液艙結(jié)冰，該船利用吹泡空壓機(jī)將壓縮空氣通過(guò)管路吹到壓載艙底，靠氣泡上升到液面起到防冰作用。淡水艙則采用了蒸汽盤(pán)管加熱的防冰措施。

4.7.5 管弄

對(duì)于管弄里的管路，該船布置了7臺(tái)2 kW的電加熱器進(jìn)行防冰保護(hù)。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)滿足 DNV GL船級(jí)社 Winterized Basic的集裝箱船上各系統(tǒng)的防寒措施進(jìn)行總結(jié)，使大家能更好地理解和應(yīng)用DNV GL船級(jí)社的防寒船級(jí)符號(hào)，對(duì)需要滿足其他船級(jí)社防寒船級(jí)符號(hào)的船舶的防寒設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用，也對(duì)今后其他類(lèi)型船舶在應(yīng)用防寒船級(jí)符號(hào)時(shí)起到拋磚引玉的作用。