張建方

（舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，浙江 舟山 316131）

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的需求量逐漸增大，海上石油的開(kāi)采也一直處于較高水平，這種經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀強(qiáng)有力地推動(dòng)了海上石油工業(yè)的發(fā)展。許多新的大型海上油田不斷被發(fā)現(xiàn)，穿梭油輪由于其儲(chǔ)油、運(yùn)輸、裝載和卸載的優(yōu)勢(shì)，成為快速、經(jīng)濟(jì)、有效地開(kāi)發(fā)海上油田不可或缺的裝置[1]。

石油是一種由多種物質(zhì)組成的混合物，其中含有多種碳?xì)浜土蚧瘹浠衔?，部分碳?xì)浜土蚧瘹浠衔锏膿]發(fā)性比較強(qiáng)，很容易形成可燃性和有毒性的蒸汽。當(dāng)可燃性的氣體與空氣中的氧氣混合并達(dá)到一定的濃度時(shí)，在遇到明火的情況下就會(huì)發(fā)生爆炸。引起爆炸的可燃?xì)怏w最低體積分?jǐn)?shù)為爆炸下限（LEL），為將油輪上爆炸的概率降到最低，通常會(huì)向油艙注入惰性氣體，用于降低油氣和氧氣的含量比。由于石油的持續(xù)揮發(fā)性問(wèn)題，需要利用氣體探測(cè)系統(tǒng)反復(fù)地測(cè)量，從而掌握可燃性氣體和有毒性氣體體積百分?jǐn)?shù)的即時(shí)變化情況，以便采取應(yīng)對(duì)措施將可燃和有毒氣體體積分?jǐn)?shù)控制在安全范圍內(nèi)。

1 穿梭油輪氣體探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鑒于氣體探測(cè)系統(tǒng)在穿梭油輪上對(duì)于人員及船舶安全的重要作用，本文參照某船廠(chǎng)建造的154 000 DWT 穿梭油輪實(shí)船應(yīng)用，介紹穿梭油輪氣體探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.1 氣體探測(cè)系統(tǒng)的原理

氣體探測(cè)系統(tǒng)是氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境中可燃或有毒氣體泄漏時(shí)，檢測(cè)到氣體體積百分?jǐn)?shù)達(dá)到爆炸或中毒報(bào)警器設(shè)置的臨界點(diǎn)時(shí)，氣體探測(cè)報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作人員采取安全措施，并驅(qū)動(dòng)排風(fēng)、切斷、噴淋系統(tǒng)，防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故，從而保障船員及船舶安全。可燃?xì)怏w和有毒氣體體積百分?jǐn)?shù)量程及報(bào)警值如表1所示，量程和報(bào)警值可以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)或船東要求進(jìn)行調(diào)整。

表1 可燃?xì)怏w和有毒氣體體積百分?jǐn)?shù)量程及報(bào)警值%

1）氣體探測(cè)系統(tǒng)分類(lèi)。穿梭油輪上氣體探測(cè)系統(tǒng)分為抽氣式氣體取樣探測(cè)和傳感器式氣體探測(cè)2種。

（1）抽氣式氣體取樣探測(cè)。工作原理：吸氣泵通過(guò)取樣管從被保護(hù)區(qū)內(nèi)連續(xù)采集空氣樣品放入探測(cè)器，空氣樣品經(jīng)過(guò)過(guò)濾器組件濾去灰塵顆粒后進(jìn)入氣體分析單元，經(jīng)過(guò)氣體分析單元分析，完成信號(hào)轉(zhuǎn)換，顯示器顯示氣體體積百分?jǐn)?shù)值及其報(bào)警等級(jí)。氣體探測(cè)設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)為從每個(gè)被保護(hù)處所內(nèi)的每一取樣管路進(jìn)行取樣和分析，相繼間隔不超過(guò)30 min。

（2）傳感器式氣體探測(cè)。按傳感器劃分主要有催化燃燒式傳感器、電化學(xué)傳感器、紅外傳感器、半導(dǎo)體傳感器和光離子傳感器。幾種傳感器的主要工作原理如下：①催化燃燒式傳感器屬于高溫傳感器，其工作原理是利用可燃?xì)怏w燃燒帶來(lái)熱量的原理，提高鉑線(xiàn)圈溫度，產(chǎn)生電阻變化。根據(jù)電阻變化的大小獲得可燃?xì)怏w的體積百分?jǐn)?shù)值。②電化學(xué)傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測(cè)氣體的還原性和氧化性，電子在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中被釋放吸收，大量電子形成電流，電流大小與被測(cè)氣體體積百分?jǐn)?shù)成正比。通過(guò)這些反應(yīng)，可以區(qū)分氣體的成分和體積百分?jǐn)?shù)。③紅外傳感器屬于精密型傳感器，其工作原理是利用被測(cè)氣體對(duì)紅外線(xiàn)的不同吸收程度形成特征和吸收峰，通過(guò)紅外光敏器件上電流的大小獲得可燃?xì)怏w的體積百分?jǐn)?shù)。④半導(dǎo)體傳感器，其工作原理是利用金屬氧化物半導(dǎo)體材料在特定溫度下吸附氣體使其電阻值發(fā)生變化，根據(jù)電阻值的變化就能檢測(cè)氣體的體積百分?jǐn)?shù)。⑤光離子傳感器，其工作原理是利用高能紫外線(xiàn)電離被測(cè)氣體，在極板上形成電流，通過(guò)電流大小獲得氣體體積百分?jǐn)?shù)。

2）氣體探測(cè)系統(tǒng)選用。氣體探測(cè)系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)船設(shè)計(jì)需要以及設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)的要求，選取合適的氣體探測(cè)系統(tǒng)，該船選取傳感器式氣體探測(cè)系統(tǒng)，傳感器選用催化燃燒式傳感器和電化學(xué)傳感器。

1.2 氣體探測(cè)傳感器的設(shè)置

根 據(jù)DNV-RU-SHIP 《Part 6 Additional class notations, Chapter 4 Cargo operations, Section 2 Centralised cargo control for liquid cargoes-CCO》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）要求，除貨艙附近空間的氣體采樣點(diǎn)外，還應(yīng)在所有上層建筑進(jìn)風(fēng)口和所有機(jī)艙通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置氣體檢測(cè)點(diǎn)；根據(jù)MSC.367（93）決議《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》第15章惰性氣體系統(tǒng)修正案的通知，惰氣發(fā)生器間應(yīng)設(shè)置2個(gè)氧氣檢測(cè)點(diǎn)。該船上層建筑和機(jī)艙區(qū)域設(shè)置了氣體探測(cè)傳感器，氣體探測(cè)傳感器設(shè)置的具體位置如表2所示。

表2 氣體探測(cè)傳感器設(shè)置的具體位置

1.3 氣體探測(cè)取樣管的設(shè)置

1）根據(jù)《規(guī)范》要求，貨油泵艙氣體連續(xù)檢測(cè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)測(cè)量泵艙大氣中的O2、H2S 和HC 化合物含量，取樣系統(tǒng)應(yīng)在底層地板下方和上方設(shè)置取樣點(diǎn)，以防止泄漏。該船泵艙氣體探測(cè)取樣管設(shè)置具體如下： ①在底層地板下方最少設(shè)置2個(gè)氣體探測(cè)器，最大高度設(shè)于泵艙雙層底上方0.5 m 處；②每個(gè)貨油泵和掃艙泵之間的底層地板上方應(yīng)安裝1 個(gè)氣體探測(cè)器； ③排風(fēng)機(jī)通風(fēng)管道內(nèi)應(yīng)設(shè)置氣體探測(cè)器1 個(gè)；④1 個(gè)氣體探測(cè)器設(shè)置在真空泵裝置；⑤2萬(wàn)DWT及以上的油輪，應(yīng)安裝固定的碳?xì)錃怏w檢測(cè)系統(tǒng)，用于測(cè)量所有壓載艙、雙層底空艙、雙層底靠近貨油艙或污油艙空間中的碳?xì)錃怏w體積百分?jǐn)?shù)，包括艏尖艙和艙壁甲板下與貨油艙相鄰的任何其它艙和空間。

2）該船的壓載艙、空艙以及泵艙設(shè)置氣體探測(cè)取樣管。氣體探測(cè)取樣管路安裝位置如表3所示。

表3 氣體探測(cè)取樣管路安裝位置

氣體探測(cè)取樣管路系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。圖1 中，SP 為氣體吸進(jìn)口，SV 為截止閥，F(xiàn)A 為阻火器，TS 為時(shí)間控制，F(xiàn)L 為濾器，NV 為流量控制閥，TV為三通閥，VS為真空開(kāi)關(guān)。

圖1 氣體探測(cè)取樣管路系統(tǒng)示意圖

1.4 便攜式氣體取樣系統(tǒng)

根據(jù)DNV-RU-SHIP《Part 5 Ship types，Chapter 5 Oil tankers, Section 9 Instrumentation and automation》要求，船舶應(yīng)配備經(jīng)認(rèn)可的便攜式氣體探測(cè)器，便攜式氣體探測(cè)器配備如下：測(cè)量O2體積百分?jǐn)?shù)的儀器2 臺(tái)，測(cè)量HC 氣體體積百分?jǐn)?shù)（量程0～20%）的儀器2 臺(tái)以及測(cè)量HC 氣體體積百分?jǐn)?shù)（量程0～2.1%）的儀器2臺(tái)。

2 氣體探測(cè)系統(tǒng)的安裝

2.1 氣體探測(cè)傳感器的安裝

該船氣體探測(cè)傳感器主要安裝在上層建筑、機(jī)艙的通風(fēng)管路以及甲板上的一些房間內(nèi)，通過(guò)電信號(hào)傳送到氣體探測(cè)系統(tǒng)的控制箱內(nèi)。氣體探測(cè)傳感器主要有2種安裝方式，一種是安裝在通風(fēng)管路上，另一種通過(guò)支架固定。

1）傳感器安裝在通風(fēng)管路上，這種類(lèi)型傳感器主要安裝在機(jī)械送風(fēng)管路上，用于檢測(cè)送風(fēng)中是否含有可燃性氣體。傳感器本體固定在1個(gè)法蘭基座上面，需在通風(fēng)管路上安裝1個(gè)同樣規(guī)格的法蘭，2 個(gè)法蘭通過(guò)螺栓固定即可完成安裝。固定在通風(fēng)管路上的傳感器示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 固定在通風(fēng)管路上的傳感器示意圖

2）傳感器安裝固定在支架上，這種類(lèi)型傳感器主要是安裝在房間內(nèi)，用于檢測(cè)房間內(nèi)的可燃?xì)怏w是否超標(biāo)。一般這種傳感器本體帶1個(gè)帶孔耳板，根據(jù)帶孔耳板的形式做1個(gè)支架，通過(guò)螺栓固定即可。固定在支架上的傳感器見(jiàn)圖3。

2.2 氣體探測(cè)取樣管的安裝

該船氣體探測(cè)取樣管主要安裝在壓載艙、泵艙、空艙、聲吶艙以及推進(jìn)器室，根據(jù)氣體探測(cè)取樣管取樣位置不同，具體的布置也不同，大體可分為以下3類(lèi)。

1）壓載艙氣體探測(cè)取樣管的安裝。壓載艙需要安裝2根氣體探測(cè)取樣管路，分別對(duì)其頂部和底部進(jìn)行取樣探測(cè)，取樣管在穿甲板時(shí)采用卡套穿艙，底部削斜并配有端部濾器。壓載艙氣體探測(cè)取樣管安裝示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 壓載艙氣體探測(cè)取樣管安裝示意圖

2）泵艙氣體探測(cè)取樣管的安裝。泵艙每個(gè)取樣點(diǎn)附近安裝一路取樣管，取樣管在穿甲板時(shí)采用卡套穿艙，底部無(wú)需安裝端部濾器。泵艙氣體探測(cè)取樣管安裝示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 泵艙氣體探測(cè)取樣管安裝示意圖

3）空艙、聲吶艙以及推進(jìn)器室氣體探測(cè)取樣管的安裝。每個(gè)艙的底部分別安裝一路取樣管，安裝形式、穿艙件形式以及端部形式與壓載艙氣體探測(cè)取樣管相同。

3 結(jié)束語(yǔ)

氣體探測(cè)傳感器只能檢測(cè)一種氣體，價(jià)格比較貴，但是安裝相對(duì)比較方便；氣體取樣管可以檢測(cè)多種氣體，價(jià)格便宜，安裝相對(duì)比較復(fù)雜，限制條件也比較多。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)船的具體情況來(lái)選擇合適的氣體探測(cè)方式。

氣體探測(cè)系統(tǒng)是穿梭油輪安全系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠性決定了穿梭油輪安全系統(tǒng)的可靠性。一個(gè)設(shè)計(jì)可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)良好的氣體探測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Υ┧笥洼喩峡赡馨l(fā)生的火災(zāi)以及可燃、有毒氣體的泄漏及時(shí)監(jiān)測(cè)并處理，做到防患于未然，對(duì)保障穿梭油輪的人員安全和最大限度地減少事故所引起的經(jīng)濟(jì)損失，起到?jīng)Q定性的作用[2]。