AMSA对牲畜船电气关键技术要求分析

(中远海运重工有限公司设计研究院，辽宁 大连116600)

牲畜船主要用于鲜活牛羊等牲畜的运输，须在一定时间相对封闭的海上航行中保障牲畜的健康稳定。2006年，澳大利亚海事组织专门针对牲畜船建造制定了澳大利亚最新海事安全规则(AMSA)。目前在没有国际通用的海上牲畜运输规范情况下，AMSA便成为满足绿色环保国际新型牲畜船建造要求的最高标准。但AMSA规则颁布后，国际上能满足此规则的牲畜船建造很少，船东、船厂对规则的理解及实际应用方面还很欠缺。而且，AMSA的检验都是在建造后期，如果发现有不满足规则相关原则性的要求，整改工作可能是颠覆性的大修改。这将对船厂建造影响巨大，对能否按时交付至关重要。本文旨在帮助船舶设计者充分理解规则中的关键技术要求，尤其需要识别出隐性技术要点。

1 牲畜船电气规则要求

根据AMSA海事安全规则对牲畜船配备的要求，牲畜船必须要配备完全独立于主电源的备用电源系统(AMSA发电机组)，用于当主电源及其配电系统故障失效时，备用电源能够继续向牲畜服务系统设备供电，维持牲畜正常生存的基本保障服务[1]。根据规则要求，备用电源系统所在处所应不可与装有主电源系统所在处所(主推进装置机舱)的限界面相毗邻，且每套电源的辅机系统不要相互交叉穿越到另一套电源系统所在的处所，这样两套电源系统互不干扰，任意一套电源系统单一失效时，不会导致另外一套电源同时失效，避免牲畜服务系统不能继续运行。

主电源系统的选型设计要满足入级规范及SOLAS法规Reg. 41 of Ch. II-1相关要求，主电源系统不仅要给船舶的主推进及其他辅机、通导系统等设备供电，同时还要向牲畜服务系统的设备供电，其装机容量和台数要满足在任一主发不工作时，其余发电机仍能供应全船所有用电设备在各工况正常运行下的电力需求[2]。AMSA备用电源系统的设计同样要满足相关入级规范及SOLAS法规要求，AMSA发电机在主电源失效后能够很容易地起动，其起动装置由独立的动力源驱动，并且应在30 min内恢复再起动的能力。AMSA备用电源系统需具有维持牲畜服务设备连续3天运行的能力，但由于牲畜设备的实际负载和具体配置及使用工况受多种因素影响，应该与机械、通风等有关专业和/或货舱通风系统设计公司密切配合，对牲畜服务设备使用情况全面分析，以获得比较准确的容量选型计算结果。

牲畜服务系统的设备主要包括货舱通风系统、 牲畜饮用水系统、牲畜饲料处理系统、货舱照明系统(包括应急照明)和牲畜粪便排泄系统。上述牲畜服务系统的供电需要采用冗余的配电方式，在主电源失效时，AMSA备用电源系统能够正常起动运行以维持牲畜设备电源的供给。为了保证牲畜服务设备能持续有效运行，除了使供配电能够连续(两套电源+冗余供电)外，牲畜设备本身还需达到冗余，但这并不是说需要配备双套完整的(2×100%)冗余系统，而是通过系统内部分运动部件的冗余(如更换泵及其组件)及其配电方式的冗余，来满足系统持续运转的需求，所以牲畜配电系统(组合起动板或单独起动器)至少要分成独立的两套，分别布置在不同的处所，达到双冗余的供配电系统[3]，系统组成见图1。

图1 牲畜船配电系统

2 牲畜船电气设计要点

1)AMSA发电机选型设计。

①选取AMSA发电机容量时应注意货舱通风量PAT值(牛栏区域净通风量)的影响，根据通风厂家计算要求，货舱区域要达到PAT200通风量。货舱通风系统需按1 m/s设计，PAT200通风量为2倍AMSA要求最低通风量(0.5 m/s)，通风机的实际配备数量将是2倍的数量，AMSA发电机容量增加。为了减小AMSA发电机的容量，应考虑在使用AMSA发电机作为应急工况时，只需满足AMSA规则的最低要求(0.5 m/s)，而不必一直保持PAT200的通风量，在主电源故障后可以运行一半数量的风机(或变频驱动时，调节到半速)，所有货舱风机的功率都可减少到原来约一半的功率，相应的AMSA发电机容量可以得到合理地减少，设备采购成本相应减少。

②AMSA发电机容量计算时需包含AMSA发电机的辅机系统及货舱区域应急照明系统的供电。

③AMSA发电机容量计算时还需包含其他属于船舶正常运行所需的设备但有时也兼作牲畜服务用的设备，如应急消防泵，有时兼做甲板冲洗泵或用于驱动污水喷射器，这些设备也需从AMSA电源系统冗余供电。

2)牲畜服务设备(饮用水系统，粪便处理、饲料运输等系统)的配电方案设计。

①如果某个牲畜服务系统内配备了100%冗余(一用一备)设备，那么主/备用设备的电机各需一路供电即可。

②如果某个牲畜服务系统只配备了1套固定设备(包括由多台电机组成并同时运行)，要以双冗余的供配电方案来保障此系统持续运行的要求。

在中小型牲畜船上常利用双套风机组合起动屏，每组起动屏配备100%数量的货舱风机起动器，再通过1个中间转换器(2进1出)供给1台风机。供配电回路都有冗余，如发生任意起动器单一故障，通过转换到另外风机组合起动屏上的备用起动器控制，就能够保证这台风机连续供电运行；除非这台风机本身有机械故障，但实际上在故障风机周围其他风机还是可以持续给这一区域持续供风，只是供风量有所减少，但也只需达到规则最低要求即可。

在大型牲畜船上，由于轴流式风机布置数量较多，为了在某配电板失效时，还能保证某一区域内的最低通风量要求，风机的布置应按不同分组交叉布置以达到更好的冗余效果。

为了达到上述冗余要求，要求冗余配电系统的电缆也需要隔离，室外露天区域也要尽量避免相互交叉，保证供电的独立完整性。

3 牲畜船电气设计实例

3.1 货舱电力系统设计

不同船型的牲畜船，采用的通风形式也可能不一样，目前大型的牲畜船，由于甲板面比较开阔，其货舱风机系统多采用轴流风机(数量多、容量小)+结构风管形式；而中小型牲畜船因船型比较紧凑，多采用离心风机(数量少、容量大)+ 通风支管形式。虽然通风形式不同，但冗余的方案大同小异，两种不同船型的典型冗余配置方案见表1。

由表1可见，两种船型的货舱风机配电冗余效果都很好，但配电系统相对较复杂，仅适合中小型牲畜船风机数量少的离心风机+通风支管的通风型式。对于大型牲畜船轴流风机+结构风管系统，由于风机数量太多，虽配电上冗余性效果好，但实际效果较差，最多时可失去一半数量的风机。可以设置4组独立货舱风机配电板，配电板被分别布置在4个独立的风机配电板室，组成4组完全冗余的独立风机系统，当任一处风机故障时，其周围的风机仍然可以提供最低规则要求的通风量，改善后每台风机只需1组配电板供电，减少配电上的复杂性，提高经济性。在主电源故障时，根据AMSA应急情况下通风系统的最低要求，精准测算出最少需求的风机台数，可使AMSA发电机容量适当减小，节约建造成本。

表1 风机系统典型配电方案对比

图2 牲畜船配电系统

注：4种颜色代表风机电源由8组不同风机配电板冗余供电图3 牲畜船货舱轴流风机布置示意

3.2 货舱照明系统设计

从牲畜装卸载通道到货舱区人员走道上都需要安装足够的照明灯具，其照度要达到20 lx, 其中在牲畜医院照度更要达到110 lx。当主照明系统失效后应急灯也应能自动点亮，其照度应不低于8 lx。安装在货舱区域的灯具应是防水型，其材质应有足够的强度予以承受牲畜的破坏，其安装位置要高于牲畜可能触碰到的高度,如果货舱区域作为连续甲板以上照明的一部分，那么要能从驾驶室进行控制。如果安装在有爆炸危险的粉尘处所(如饲料舱)，那么安装在此处的灯具应是经认证的合格防爆型，并在驾驶室或饲料设备操作处安装带指示灯的开关，用于指示此区域的照明电源是否被接通[3]。

根据规则要求货舱区域的照明系统分为主照明系统和应急照明系统，与普通货船不同的是货舱区域(及饲料舱)应急照明系统的正常供电是由牲畜服务配电板一直供电。两种不同船型的典型照明配置方案见表2。

由表2可见，两种照明配电方案各有优缺点，在具体设计时可以根据不同规格的船型，选择合适的配电方案。可以综合优点，如为避免货舱区域主照明因某一分电故障导致全部失效，只剩下少量应急灯点数的缺点，也为减少应急系统的配置容量；每个货舱的主照明由2组不同的牲畜照明分电分别供电，既能满足AMSA规则要求，又能兼顾经济性。

图4 中小型牲畜船货舱照明系统

图5 大型牲畜船货舱照明系统

表2 照明系统典型配电方案对比

4 结论

设计人员要深刻理解AMSA规则对牲畜服务系统安全的设计理念，注意系统配置上具有冗余的功能需求。通过借鉴不同牲畜船成熟的配置方案进行合理优化设计，并在此分析研究的基础上进行要点提炼和归纳总结，形成牲畜船特色的电气系统设计基准，可以有效避免设计差错，提高设计水平。