采用C货舱的LNG运输船货物系统危险区域划分研究

2020-06-29谢小波何金平高秋玲

天津科技 2020年6期

谢小波，何金平，高秋玲

(1. 中海油能源发展采油服务公司天津300452；2. 天津大港油田集团工程建设有限责任公司天津300272)

0 引言

随着世界能源结构的调整，各国对天然气的需求量与日俱增，因此LNG 运输船在造船工业中的份额不断加大。近年来，LNG 运输船队迅速增多，远洋运输的大型 LNG 运输船体积越来越庞大，新一代Qmax 级LNG 运输船已投入营运，各国用于LNG 各港口间调配运输的中小型LNG 运输船队伍也日渐壮大。

目前在全球运营的中小型LNG 运输船大都采用独立C 型货舱，该货舱是一种半冷半压式的压力容器，其主要形式有单圆筒、双圆筒和三圆筒型，货舱温度设计为-163 ℃。该类型货物维护系统设计中，针对以货舱、货舱外处所、货物管系、透气系统等的布置，开展危险区域划分设计。本文根据相关规范要求，阐述危险区域划分的要点，对船舶电气设备的防爆等级选型等关键技术要求进行分析，为该类型船舶设计建造提供参考。

1 危险区域划分概述

1.1 危险区域的概念

危险区域是指通常可能聚集易燃或易爆气体、蒸气、粉尘或爆炸物的区域[1]。LNG 运输船船舶，主要涉及液化天然气的存储与运输，其货物系统主要是可燃性和爆炸性极强的甲烷气体。在LNG 运输船设计建造中，对危险区域进行识别和划分，合理地选择防爆电气设备、电缆和机械装置，可以最大程度地消除潜在引爆源以避免发生安全事故。

1.2 危险区域的分类

对于危险区域的划分，世界各国对其划分不同，但大致可以分为两大派系：我国和大多数欧洲国家采用国际电工委员会(IEC)的分类方法，而以美国和加拿大为代表的其他国家则采用北美分类方法。我国根据拟使用防爆电气设备的选择，依据爆炸性气体存在的可能性及存在的时间长短，将危险区域等级划分为3 类[2](表1)。

表1 危险区域等级划分表Tab.1 Classification of hazardous areas

1.3 针对危险区域的安全性设计

对于LNG 运输船这种高科技特种船舶，需要从船舶总体设计中危险区域划分、设备选型、总体布置、监测报警各方面采取有效措施，开展危险区域针对性设计。LNG 运输船危险区域的危险品主要是甲烷气体，为防止可燃气体扩散，对危险区域实行边界化控制，在设计中对船舶船体结构、门、舱盖、电缆穿舱件等进行气密分隔。在总体布置中，危险区域的布置应尽量远离易发生火灾的场所，如机舱等处所[3]。在可能容易产生危险气体聚集的区域，应当设计可燃气体检测报警装置，也可以增加相应的防爆型通风装置等，以减少危险气体的聚集或降低危险气体浓度。危险区域内的机械装置、电气设备、管系等设备应通过焊接、栓接、导线同电位跨接等手段可靠连接，避免静电产生[4]。

2 LNG运输船危险区域划分设计

2.1 某LNG运输船危险区域划分实例

某LNG 运输船，货物系统采用独立的C 型货舱，货舱设计为-163 ℃压力储罐。在货物系统设计中，根据其介质以及危险气体存在的环境，依据危险区域等级划分定义，对货舱内部、管线、透气桅、气穹等区域进行危险区域划分，制定危险区域划分图，如图1 为某LNG 运输船危险区域划分图(局部)。

2.2 电气设备选型

危险区域的电力装置设计应使设备和线路布置满足规范要求，特别是将正常运行时能产生火花的设备布置在爆炸性环境以外。当需要设置在危险区域内时，应布置在爆炸危险较小的位置，并采用防爆型设备。

图1 某LNG船危险区域划分局部图Fig.1 Hazardous area division of LNG carrier

设计中，在满足生产工艺及安全的前提下，应减少防爆电气设备的使用数量。爆炸性环境内的电气设备及线路应符合该环境条件对该设备的要求。爆炸性环境内所用防爆电气设备应符合现行国家标准GB 3836.1《爆炸性环境第1 部分：设备通用要求》的规定[5]。

防爆电气设备应根据爆炸性危险区域的等级和爆炸危险物质的类别、级别和组别进行选型，并符合安全可靠、经济合理的原则。防爆电气设备分为2 类：Ⅰ类为煤矿井下用电气设备，Ⅱ类除矿井以外的场所使用的电气设备。Ⅱ类电气设备，按其适用于爆炸性气体混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流比，细分为ⅡA、ⅡB、ⅡC 3 类，并按其最高表面温度分为T1～T6 共6 组[6]。

LNG 运输船货物系统设备的选型，依据危险区域划分图，开展设备选型。设备选型参照表2。types in hazardous areas