新造大型油船电气设备的选型与检验

于天奇，王宁

(1.中国船级社 秦皇岛分社，河北 秦皇岛 066000；2.中交上航局航道建设有限公司，浙江 宁波 315200)

新造大型油船电气设备的选型与检验

于天奇1，王宁2

(1.中国船级社 秦皇岛分社，河北 秦皇岛 066000；2.中交上航局航道建设有限公司，浙江 宁波 315200)

以闭杯闪点小于等于60 ℃新造油船为例，介绍油船危险区域或处所的划分、电气防爆设备的种类及特性，考虑SOLAS公约、钢质海船入级规范和IEC等相关标准要求，结合油船现场电气检验，总结新造油船防爆检验要点。

油船；电气防爆；危险区域；本质安全；IEC标准

随着世界油类运输的需求量不断增加，国际航行大型油船数量逐年增多。大型油船事故一度成为国际航运事业的热门话题。研究显示，大型油船爆炸事件的主要原因是船员安全意识薄弱，违反操作规程所致，其中最不可忽视的一点就是液货船电气设备不合格问题。因此,如何规范新造大型油船电气设备的选型与检验已成为国际海事组织及各大船级社和海事部门的重点研究课题。本文以某船厂建造的297 000 DWT运载(闪点≤60 ℃)原油的船为对象，根据现生效的国际SOLAS公约及中国船级社规范等标准，重点分析新造船现场检验过程中油船防爆的因素、电气设备选型，总结油船电气设备检验的要点。

1 危险区域划分

《钢质海船入级规范2012》第4篇2.16.6和《液货船危险区域划分和电气设备配备指南2010》第2.3条以及IEC60092-502，对运载闪点(闭杯)不超过60 ℃可燃液体(不包括液化气体)的液化船进行了危险区域划分。

根据爆炸性气体的浓度、出现的时间和几率，危险区域分为3个区域[1]。

0区。爆炸性气体连续出现或较长时间存在的区域。

1区。在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的区域。

2区。在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境的区域，即使出现，也是偶尔发生并且短时间存在的区域。

危险区域划分图需要船级社船舶审图中心审批。运载闭杯闪点不超过60 ℃的297 000 DWT原油船危险区域划分见图1。

图1中小点分布区域为0区，该区域为液货舱、污油水舱、液货系统和污油水舱系统设备及管路的内部空间，透水管系及甲板水封至货舱的惰性气体管道内的空间。

图1中交叉斜线分布区域为1区，该区域涵盖以下舱室和处所：与货油舱相邻接的空舱及其空气管出口周围3 m以内的区域，与货油舱相邻接的压载舱及其空气管出口周围3 m以内的区域，货油舱下面的管隧并与之相连的任何开口再向外延伸3 m以内的区域，货油泵舱及其开口向外延伸3 m以内的区域，货油舱透气口向上以6 m为半径的半球体，向下至甲板以6 m为半径的圆柱体内的范围。

图1中的2区为斜线分布区域，所有的货油舱(含污油水舱)及货油舱分段内的压载舱上的甲板上沿整个船宽并向首尾各延伸3 m、向上延伸2.4 m的区域，储有货油软管的舱室及其开口周围3 m以内的区域，所有有开口直接通向2类危险区的围蔽及半围蔽处所以及这些处所的开口周围3 m以内的区域，1区最后一条规定的圆柱体再向外延伸4 m的区域。

2 爆炸危险区域或处所电气设备选择与安装检验

2.1 防爆电气设备的种类

对于隔爆外壳和本质安全型电气设备,与爆炸性气体环境中的气体性质密切相关，可根据IEC60079.12规定划分为I、II两类[2]，其中I类防爆设备仅用于矿山。船用的防爆电气设备属于II类。II类的设备根据可燃气体和蒸气再细分为IIA、IIB和IIC类设备，见表1。

表1 典型气体、蒸气类别和允许选用设备类别之间的关系

电气设备最高表面温度不能超过电气设备周围可能出现的任何气体或蒸气、或气体混和物或蒸气混和物的着火温度[3]。根据电气设备能够达到的最高表面温度分为6个级别：t1～t6，见表2电气设备温度组别划分，可见从t1～t6所允许达到的表面温度逐级降低。同样，根据防爆原理，电气设备可分为隔爆型“d”、增安型“e”、本质安全型电路“i”、正压型“P”、充油型“o”、充砂型“q”、无火花型“n”和浇注型“m”。

表2 电气设备温度组别划分 ℃

从表2可见，电气设备和可燃气体同一温度组别中设备的最高表面温度要比气体的引燃温度要低，也就是说电气设备所产生的最高表面温度一定要比该危险处所的可燃气体的引燃温度要低才不会引起爆炸。

2.2 现场检验要点分析

在现场检验中，上述信息主要来源于设备铭牌，合格的防爆型设备的铭牌至少包括：①铭牌右上方要有明显的标志“Ex”；②防爆标志应顺次标出型式、类别、组别和温度组别；③防爆合格证编号和产品编号；④需要标出的特殊条件；e.出厂日期[4]。

以在现场检验过程中最常见的有本质安全型电路“i”和隔爆型“d”两种类型防爆电气设备为例，介绍现场检验时应注意的事项。

2.2.1 本质安全型电路“i”

本安系统通常由本安现场仪表、关联设备(安全栅)和连接电缆3部分组成，见图2。

关联设备指的是安全栅，如图3齐纳安全栅，是介于现场仪表与控制室设备之间的一个限制能量的电路，用来把控制室供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆危险区域内的气体的火花，从而消除引爆源。通常防爆检验机构在认证时给出他们的整体参数[5]。

若仅考虑安全栅的结构形式,所有这些安全栅可广义地分成齐纳式安全如图4和隔离式安全栅2种。齐纳式安全栅优点是价格低廉、精度的信号，缺点是接地要求高、较易熔断、由于回路压降大导致回路供电电压小。隔离式安全栅优点是能有效隔离、无须接地且能向现场变送器提供较高的供电电压，但缺点是价格高、体积大。在现场检验时齐纳式安全栅应用较为常见。

本质安全电路的安装应使电容、电感、电流和电压符合下述规定[6]：对于仅一个关联设备的本质安全型安全电路，本质安全设备的每个项目最大内部电容Ci和电缆电容Cc总和不超过关联设备标识的最大电容Co值；对于仅一个关联设备的本质安全型安全电路，本质安全设备的每个项目最大内部电感Li和电缆电感Lc总和不超过关联设备标识的最大电容Lo值；在本质安全设备内部不含有影响的电感并且关联设备标识出电感/电阻比(L/R)值得情况下，如果电缆的L/R值小于或等于该值，则不必满足上述要求；每个本质安全设备允许的输入电压Ui、输入电流Ii应分别大于或等于各自关联设备的Uo、Io值。本质安全设备的电容、电感值、电流和电压值应从设备标志和说明书中取得，电缆的电容、电感值由制造厂提供。某油船油气回收系统本质安全设备(氧含量传感器和压力传感器)与相关联设备(安全栅，型号D1010D)上述各项参数对照见表3[7]。由表3可见，该本质安全电路是符合要求的。

表3 某油船油气回收系统本质安全设备与相关联设备各项参数对照表

2.2.2 隔爆型“d”电气设备

隔爆型外壳的防爆机理是基于“间隙防爆”原理。隔爆外壳的设计必须满足2个基本条件:①外壳机械强度条件,即外壳具有足够强度,能承受内部的爆炸压力而不损坏,且不产生影响防爆性能的永久性变形[5]；②控制接合面间隙不传爆条件,即外壳接合面具有足够小的间隙和足够长的啮合长度,内部的爆炸产物(炽热火焰或颗粒)不会窜出外壳并点燃周围环境中的爆炸性混合物。当2个或多个隔爆外壳组合在一起时,每个单独外壳都应满足上述外壳设计基本要求。某油船隔爆式开关及隔爆式防爆灯见图5、6。

3 危险区域电缆敷设注意事项

1)检查电缆的型号是否符合图纸及规范要求。除本质安全型电路外，所有敷设在0区和1区的电缆至少具备下列一种护套：非金属不透性护套，加上金属编织层或其他金属保护套。本质安全型电路的电缆应具有金属屏蔽，并至少加上一层非金属不透性护套，如图7。

2)检查电缆接地是否符合要求。除额定电流超过20 A的单芯电缆，所有具有金属护套或外护层的电力和照明电缆，通过危险区域或与危险区域安装的设备相连接时，电缆的金属护套或外护层2端应接地[8]。

检验过程中首先要确保本安设备和电缆的正确接线，外部保护，本安电路铠装需要在危险区域和安全区域2侧均需接地，并且相关的中间接线箱也需要接地。双芯电缆或多芯电缆的内屏蔽层需要仅在安全区域接地或齐纳防爆栅端接地。危险区域的内屏蔽层应有效的绝缘或终止，除非其他特殊原因才允许内屏蔽层安全区域和危险区域均接地。参见IEC 60079规定。设备控制箱中一般都有2个接地端，1个接地端为电缆铠装接地(保护接地P.E.)，1个接地端为电缆屏蔽接地(本安接地I.S.)，2个接地端不能相互混淆，且电缆屏蔽接地端依靠专用接地导线连接至船体结构[9]。本安设备和电缆的正确接线见图8。

3)为防止本安电路系统的电缆和非本安电路系统的电缆混触、静电干扰、电磁干扰而引起危险，本安系统的电缆应穿管敷设。同时注意本安系统和非本安系统不应共用同一根电缆和电缆管。2个以上不同系统的本安电路电缆，不应共用一根电缆(芯线分别屏蔽除外)或共用一根电缆管(用屏蔽导线除外)[10]。

4)检查电缆引入装置安装是否符合IEC相关要求。电缆引入装置装配到电气设备上，其构造和固定不应损害电气设备的防爆特性。某油船防爆灯电缆引入装置示意于图9。

从图9中可以很清晰地了解电缆引入装置结构。当选用引入装置时，电缆尺寸应在电缆引入装置制造厂规定的范围内；电气设备上不装电缆或引入装置的通孔用封堵件封堵，封堵件只能用工具才能拆除，不允许采用密封胶泥(如防火腻子等)进行封堵；隔爆密封的尺寸X应符合制造厂的规定，不允许过小，过小就会减少火焰通路长度。

4 结论

在新造油船检验过程中要认真学习公约规范相关要求，以利更好地指导现场检验。在实际的船舶设计、审图、建造及检验等过程中，还应严格参照法规规范，切实做好油船各项工作，使之满足安全航行的技术条件。

[1] 国际消防安全系统规则[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 钢质海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3] 郑华耀.船舶电气设备及系统[M].大连：大连海事大学出版社，2011.

[4] 张春来.船舶电气与自动化[M].大连：大连海事大学出版社，2012.

[5] 刘欢.油化船舶电气设备的使用要求与防火防爆措施[J].科技传播，2011(21)：32-37.

[6] 国际海上人命安全公约2009综合文本[S].北京：人民交通出版社，2010.

[7] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[8] 国际散装运输危险化学品船舶构造和设备规则[S].北京：人民交通出版社，2012.

[9] 邱永，徐丽娜.FPSO中电气防爆的应用[J].船海工程，2015，44:178-180.

《船海工程》征稿简则

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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

中国海事局和国家能源局项目(海事 [2012]509)

于天奇(1982—)，男，硕士，工程师

U665.1

A

1671-7953(2017)02-0201-05

修回日期：2016-09-01

研究方向:建造及营运船舶机电