吳 林，張慧亮，趙自兵，張 華

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

安全返港是一個目標型的規(guī)范，允許設(shè)計者采取分隔、雙套、冗余、保護或上述措施的組合來滿足要求[1]，但對客船的總布置、推進系統(tǒng)、空船自重、能效設(shè)計指數(shù)、造船成本等都有較大影響[2]。安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)是客船在安全返港狀態(tài)下服務(wù)安全區(qū)乘客的系統(tǒng)，是保證乘客最低生存和舒適度體驗的重要系統(tǒng)，其設(shè)計需要綜合規(guī)范要求、設(shè)計邏輯、空間布置、綜合成本等進行一系列的平衡和優(yōu)化，以便用小的代價達到安全返港冗余的設(shè)計要求。但是如何在規(guī)范框架內(nèi)合理優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，目前國內(nèi)還沒有太多的經(jīng)驗?？蜐L船屬于客船，其安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化是客船安全返港設(shè)計難點之一。為此，本文基于安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)的法規(guī)要求，以某客滾船為例，系統(tǒng)研究安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計過程和要點。

1 安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計原則和要求

安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)主要包含衛(wèi)生設(shè)施、飲用水、食物、醫(yī)療處所、通風、空調(diào)制冷和加熱系統(tǒng)、照明等，配合安全區(qū)本身構(gòu)成了安全區(qū)的所有組成部分。海上安全委員會MSC Circ.1369通函對安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)的詳細指導要求見表1。

表1 安全區(qū)規(guī)范性要求

當船舶發(fā)生火災(zāi)事故后，船舶安全區(qū)需要按照法規(guī)的要求，提供上述各類功能服務(wù)，其中又以安全區(qū)的配置、飲用水、衛(wèi)生水(黑水系統(tǒng))、空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)較為復雜。

2 安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計要點

為了滿足安全返港要求，一般情況下設(shè)備應(yīng)該考慮冗余配置(雙套或者多套)，結(jié)合獨立的配電系統(tǒng)和應(yīng)急配電系統(tǒng)，提供不同的電源且電纜不經(jīng)過同一處所，以避免單個事故丟失導致整體系統(tǒng)的失效。當系統(tǒng)主管路或者電纜布置在A60絕緣保護的垂直管隧內(nèi)，其內(nèi)部可視為非火災(zāi)發(fā)生處所，此時無需考慮火災(zāi)事故對內(nèi)部管路及閥件的影響[3]，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計。主管路和備用管路的路徑應(yīng)分開，否則會因為火災(zāi)導致系統(tǒng)失效從而無法繼續(xù)為安全區(qū)提供服務(wù)；亦可以采用防火管路(厚壁管或者A60絕緣)避免火災(zāi)造成的損壞。電纜路徑也應(yīng)遵循同樣的原則，且同樣可以采用防火電纜避免火災(zāi)損壞。

2.1 安全區(qū)設(shè)置優(yōu)化

以某客滾船為例，定員1 000人分布在4個主豎區(qū)，將主豎區(qū)1、主豎區(qū)2、主豎區(qū)3對應(yīng)的上建居住處所都定義為安全區(qū)。為簡化設(shè)計邏輯，主豎區(qū)4不作為安全區(qū)。當其中1個主豎區(qū)內(nèi)有事故時，另外2個主豎區(qū)對應(yīng)的上建居住處所作為安全區(qū)安置乘客。4個主豎區(qū)的分布見圖1。

圖1 安全區(qū)設(shè)計原則示例

在設(shè)置安全區(qū)時應(yīng)該盡可能縮小關(guān)聯(lián)的A級防火房間數(shù)量。本船可將主豎區(qū)1的9甲板和主豎區(qū)3的7甲板排除在安全區(qū)面積之外，衛(wèi)生單元、淡水供給、黑灰水等系統(tǒng)在該區(qū)域的設(shè)計和布置時可降低耐火性等方面的要求，同時還可以減少風險分析影響因素，簡化分析條件和優(yōu)化分析結(jié)果。優(yōu)化后的安全區(qū)面積分布表見表2。從表2可知，任意2個安全區(qū)面積相加都達到了2 000 m2的最低要求。

表2 優(yōu)化后的安全區(qū)面積分布表

2.2 真空黑水系統(tǒng)設(shè)計

黑水系統(tǒng)一般為真空收集方式。該系統(tǒng)可分為2部分：艏部機械區(qū)真空泵服務(wù)主豎區(qū)1的衛(wèi)生單元，艉部機艙真空泵服務(wù)主豎區(qū)2和主豎區(qū)3的衛(wèi)生單元。這種簡化的布置可以在邏輯上清楚區(qū)分各個真空泵組對應(yīng)的安全區(qū)，并有針對性地考慮配電、管路布置、事故應(yīng)對邏輯等。

不同設(shè)備配電分離：主電源1給前機艙的設(shè)備供電，主電源2電纜經(jīng)過滾裝處所給艏部泵艙的設(shè)備供電。2路電纜不會經(jīng)過同一個處所，以保證設(shè)備供電不受事故影響。正常航行時，真空收集裝置可將收集的黑水輸送至污水處理單元，并在處理達標后排放。在安全返港模式下，收集的黑水可以通過真空收集裝置直接排舷，因此需要在艏艉真空裝置附近設(shè)置排舷口。另外，需要注意其界面系統(tǒng)的冗余性，不應(yīng)由于界面系統(tǒng)失效導致安全返港無法實現(xiàn)，如：真空系統(tǒng)所需的技術(shù)水、壓縮空氣等系統(tǒng)不應(yīng)在同一事故場景下失效后無法繼續(xù)提供設(shè)備所需的服務(wù)。典型真空系統(tǒng)的設(shè)計示例見圖2。

1—主電源1；2—主電源2。

2.3 飲用水系統(tǒng)設(shè)計

飲用水來自淡水艙并經(jīng)過淡水供給單元及消毒裝置提供給全船使用。此淡水供水裝置布置在艏部泵艙區(qū)域。為了滿足管路布置的冗余，主管路會如圖3布置成環(huán)線。但是，當供給單元發(fā)生故障時，可以由主豎區(qū)2的專用安全返港淡水泵給安全區(qū)提供淡水。

S—指定淡水供應(yīng)處；1—主電源1；2—主電源2。

飲用水系統(tǒng)環(huán)路設(shè)計包含艏部泵艙自淡水壓力柜并經(jīng)過下貨艙和艏部的A60管隧到達安全區(qū)的主管路；經(jīng)過底部管弄、機艙及艉部貨艙到達艉部安全區(qū)的備用管路，并在安全區(qū)與艏部的總管相連。

當任意安全區(qū)內(nèi)發(fā)生事故時，通過安全區(qū)之間的隔離閥對事故所在主豎區(qū)進行隔離，可以保證其他安全區(qū)的飲用水正常供應(yīng)。當泵艙發(fā)生事故導致飲用水系統(tǒng)設(shè)備不能工作時，使用安全返港專用泵可以繼續(xù)保證淡水系統(tǒng)服務(wù)安全區(qū)，這也是基于安全返港特殊情況下(沒有消毒裝置)允許降低淡水品質(zhì)。系統(tǒng)應(yīng)注意各分區(qū)的隔離操作可行性。當某一處所失效，淡水系統(tǒng)應(yīng)可以被整個系統(tǒng)隔離出去，避免因失壓導致無法繼續(xù)服務(wù)安全區(qū)。

艏部淡水供應(yīng)設(shè)備的2套泵組供電分別來自不同的配電系統(tǒng)，且2路電纜不會經(jīng)過同一個處所。由于備用水泵布置在不同的主豎區(qū)，所以供電可以來自其中任意一套配電系統(tǒng)且不再考慮供電冗余。

2.4 空調(diào)和通風系統(tǒng)設(shè)計

安全區(qū)的通風、制冷和制熱一般集成在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)。供風設(shè)計按照主豎區(qū)進行分區(qū)設(shè)計，通過不同的空調(diào)機(集成機械風機)獨立提供每一個主豎區(qū)的供風。而冷媒水/加熱水系統(tǒng)來自底部機械處所，需要特殊設(shè)計。

空調(diào)壓縮機組為了方便維護都布置在艏部泵艙區(qū)域。在前泵艙與后泵艙分別布置1套制冷和加熱設(shè)備，包含空調(diào)壓縮機組、熱交換器、間接冷卻系統(tǒng)泵組和管路，2套系統(tǒng)管路相連以作相互備用。2套設(shè)備的制冷/制熱能力各分配60%，這樣可以優(yōu)化因雙套設(shè)備造成的成本問題。

正常模式下，后泵艙的主管路將冷媒水/加熱水管路通過泵艙、底貨艙和艏部A60管隧送到艏部居住處所，并服務(wù)所有生活區(qū)。當后泵艙、下貨艙、主豎區(qū)1或主豎區(qū)2等類似處所發(fā)生事故導致主管路不能正常工作時，可以啟用備用管路：通過前泵艙、上貨艙及主豎區(qū)3將管路送至艉部居住處所，通過與主管路相連的設(shè)計提供空調(diào)制冷和加熱服務(wù)。

主電源1從艉部機艙經(jīng)過管弄給后泵艙的設(shè)備供電，主電源2電纜經(jīng)過滾裝處所給前泵艙的設(shè)備供電，2路電纜不會經(jīng)過同一個處所。典型空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計示例見圖4。

1—主電源1；2—主電源2；AHU—空調(diào)機柜。

2.5 照明系統(tǒng)設(shè)計

安全區(qū)的照明系統(tǒng)配電應(yīng)考慮充分冗余，各個安全區(qū)的照明配電來自2套主配電系統(tǒng)、應(yīng)急配電系統(tǒng)和不間斷電源(電池)。各個區(qū)域的照明應(yīng)以主電源供電為主，同時對少部分燈具提供應(yīng)急電源配電，逃生路線、集合站和登乘站等逃生區(qū)域需要保證在任何情況下都能夠提供可靠的照明。

為了達到這一要求，可考慮除應(yīng)急電源照明以外，在上述區(qū)域布置至少可以使用3 h的電池燈，并由應(yīng)急電源充電。另外，根據(jù)MSC Circ.1369的規(guī)定，還應(yīng)保證醫(yī)務(wù)室配有主電源與應(yīng)急電源，安全區(qū)室外照明要求與安全區(qū)內(nèi)一致。典型照明系統(tǒng)的設(shè)計示例見圖5。

LB—主照明分電箱；TLB—UPS照明分電箱；ELB—應(yīng)急照明分電箱；DLB—甲板照明分電箱；MSB—主配電板；UPS—不間斷電源/電池；ESB—應(yīng)急配電板。

3 結(jié)語

通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，安全區(qū)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計并不是都需要采用空間分隔、設(shè)備雙套、系統(tǒng)冗余等常規(guī)設(shè)計方法去實現(xiàn)，還可以通過更加靈活優(yōu)化的手段去滿足規(guī)范要求，如：安全區(qū)可以兩兩組合滿足最低面積要求，真空系統(tǒng)的管路可以通過兼用避免系統(tǒng)管路的冗余，飲用水可以配置專用的小排量泵浦避免設(shè)備雙套，空調(diào)系統(tǒng)可以降低設(shè)備制冷/制熱能力從而優(yōu)化成本，而照明系統(tǒng)則通過均布不同電源直接避免冗余設(shè)計問題。