邮船电力推进系统安全返港评估

董良志, 曹亚冬

(中船邮轮科技发展有限公司，上海 200137)

0 引 言

邮船在发生不超过事故界限区域的火灾或进水事故后应具备安全返港的能力，电力推进系统作为邮船安全返港的重要系统，可为邮船提供安全返港的动力。该系统关系船舶、船员和乘客的安全，其安全返港设计评估格外重要。

国外先进的邮船建造公司或设计公司具备安全返港系统评估能力，具备标准的评估流程、评估方法和评估软件。我国在邮船安全返港系统评估方面尚处于起步阶段，国内邮船建造船厂和设计公司安全返港系统评估主要委托国外设计公司完成。目前国内的研究学者[1-5]将重点放在安全返港设计阶段，未对安全返港具体评估原理和方法进行深入研究。安全返港贯穿客船整个生命周期，从概念设计、基本设计、详细设计、生产设计到建造、调试、试航和运营。对邮船相关系统的供电、控制、布置和电缆等进行分析和评估，确保在发生界限区域内的事故时该系统可正常运行。安全返港设计具有目标导向和手段多样化的特点，通过对电力推进系统进行评估，采用系统总体评估和事故界限区域详细评估的方法，验证设计方案的可靠性和经济性，优化设计方案。

1 评估原理

按照《国际海上人命安全公约》(SOLAS)第Ⅱ-2/21.4条和第Ⅱ-2∥22.3条要求，在发生火灾或进水事故后，在不直接受到事故影响的处所中需要保持运行的所有系统和系统所属部分称为重要系统。对规范进行总结，重要系统共分14类，在安全返港过程中发挥不可或缺的作用，其中，更为重要的是关键系统，其有可能因1个或多个火灾或因1个或多个进水情况不能适当运行(事故均不超过临界)。

围绕重要系统和关键系统，国际海事组织(IMO)海上安全委员会(MSC)的MSC.1/Circ.1369通函给出大致的评估方案。每次评估应分为两步：①系统整体评估，涉及重要系统和功能要求，对发生规定的火灾或进水事故后的重要系统进行结构化评估；②关键系统的详细评估，即基于事故界限区域对设备和电缆的选型与走向等进行详细评估。基于上述评估，可找出导致重要系统不能正常运行的潜在风险，并适当采取措施(如分隔、双套、冗余和加强保护等)，形成满足安全返港要求的设计方案。整个评估流程如图1所示。

图1 评估流程

2 电力推进系统安全返港设计方案

根据安全返港规范对电力推进系统的设计要求[6]，电力推进系统采用双套结构和独立布置。以某一中型邮船为例，该船参数如表1所示。配置艏艉2个机舱，机舱壁采用A60级水密分隔，艏艉发电机和配电板分别布置在对应机舱内。配置左右舷2个推进机舱，推进机舱壁采用A60级水密分隔。为便于设计评估，将艏机舱发配电系统和左推进舱推进系统划分为A区，将艉机舱发配电系统和右推进舱推进系统划分为B区。左右舷推进变压器、推进变频器、推进电机和就地控制系统分别布置在对应推进舱内。推进系统的电缆走向应远离失火区域和易产生机械损耗的区域，服务于2套推进系统的电力电缆应避免布置于同一事故界限区域内。同样，推进系统的控制电缆需要参照电力电缆的走向原则设计，实际的电缆托架应在水平和垂直2个维度上尽可能远离，最终确保推进系统的冗余设计。电力系统单线图如图2所示，其中，PMS(Power Management System)为电力管理系统，I/O(Input/Output)为输入/输出，MVZ(Main Vertical Zone)为主竖区。

表1 邮船主要参数

图2 电力系统单线图

3 基于系统的评估方法

基于系统的评估和基于舱室的评估是评估的两个基本过程，先进行系统的总体评估，再进行区域的详细评估。在评估电力推进系统事故的可能性时，应从供电系统和控制系统两方面进行考虑：①损失1个供电线路或控制单元；②损失某一事故界限区域。评估流程如图3所示。

图3 评估流程

3.1 控制系统

对控制系统进行评估，除事故界限区域评估外，控制单元的评估均为概述性。原因在于在设计初期，考虑安全返港可靠性要求，控制单元配置布置均采用冗余设计方式，冗余可大幅提高系统的可靠性。

该船2套推进系统的控制系统相互独立。每套推进系统均包含1个独立的就地控制站，并包含位于集控室和驾驶室的遥控控制站。就地控制站和遥控控制站之间具有通信联系，但损失任何遥控控制站均不会影响推进系统的功能。安全返港对遥控控制站无强制要求，仅要求就地控制站应在安全返港时正常运行。

3.2 供电系统

供电系统与控制系统类似，同样可分为发电系统和事故界限区域进行考虑。事故界限区域评估同样放在基于舱室的评估中进行。发电系统采用冗余原则，左舷推进系统由艏部发配电系统供电，右舷推进系统由艉部发配电系统供电。除艏艉机舱2套供配电系统外，配备1套应急发配电系统。在发生不超过事故界限区域的事故时，应保证上述3套发配电系统中的2套正常供电；在超过事故界限区域时，应至少保证上述3套发配电系统中的1套正常供电。1套发电系统损失，不会影响左舷或右舷的推进系统正常运行，满足安全返港规范要求。

4 基于舱室的评估方法

基于舱室的评估方法是对系统总体评估的完善和细化。若冗余系统的电缆穿过同一区域，则冗余性削弱，甚至导致无法满足安全返港要求。基于系统的总体评估不能检验该类问题，而基于舱室的评估则可逐个区域进行检验，对事故影响进行详细分析评估，确保系统可保证满足安全返港要求。

4.1 评估文件准备

4.1.1 事故界限区域编号

为便于对火灾和进水事故界限区域进行评估，需要对事故界限区域进行编号，编号规则如图4所示。水密线以下的甲板一般习惯性地以单一英文字母命名，依次为A甲板、B甲板、C甲板等，但由于邮船上层建筑的甲板较多，可能超过10层，因此在邮船的火灾事故界限区域编码规则中，前两位为甲板编号。具体来说，水密线以下的甲板，其编号的前两位为“0+字母”，例如“0C”；上层建筑的甲板，其编号的前两位为2个数字，以“01”开始。

图4 事故界限区域编号规则示例

根据上述编号规则，可绘制该船推进系统事故界限区域分割图。某区域的事故界限区域划分如图5所示，每个区域均标出事故界限区域编号，便于后续评估。以“013A03”为例，该编号表示1甲板、第3主竖区、固定式防火系统覆盖、第3区域的事故界限区域。

图5 某区域的事故界限区域划分

4.1.2 绘制推进系统评估原理图

安全返港电缆分为4类，分别为防火电缆、路径检查电缆、区域内电缆和不重要电缆。根据MSC.1/Circ.1369通函第13条解释，由于在发生火灾时满足一定条件的防火电缆仍视为可用，因此防火电缆不需要进行评估。路径检查电缆和区域内电缆均非防火类型，区域内电缆的起点和终点位于同一区域，路径检查电缆的起点和终点不在同一区域。电缆的起点和终点位于同一区域，即电缆连接的2个电气设备位于同一区域，若该区域损失，电缆存在与否并不重要。路径检查电缆连接的2个电气设备位于2个区域，该类型电缆穿过的区域至关重要，对设备是否正常运行具有很大影响，其穿过的每个区域均需要进行评估。不重要电缆与安全返港无关，在评估时不需要考虑。基于安全返港的电缆选型流程如图6所示。

图6 安全返港的电缆选型流程

在进行评估前，需要统计推进系统各事故界限区域内布置的设备和穿过的电缆。结合电力推进系统图、电缆类型和电气设备布置图，绘制安全返港电力推进系统图。以左舷推进供电为例，安全返港的推进供电系统如图7所示，其中，数字1～9为电缆编号，与表2相互对应。结合图表进行分析，可评估某事故界限区域发生事故对其他系统和设备的影响。以左舷推进供电为例，供电电缆均为中压电缆，没有选用防火防水雾类型，且电缆起点和终点不在同一区域，安全返港电缆标识为路径检查电缆。

表2 左舷推进电缆路径

图7 左舷推进供电系统

4.2 基于舱室的详细评估

基于舱室的详细评估主要以事故界限区域为中心，以电气设备所在区域的电缆类型和路径进行分析，评估该区域发生不超过事故界限的事故带来的影响和需要采取的操作。

在明确评估区域后，从低层甲板开始，对事故界限区域逐个进行评估。以0A1A42事故界限区域为例，对其进行评估，如表3所示。在0A1A42区域发生事故损失时，需要考虑区域损失对推进系统的影响、在该区域发生事故后进行必要的手动操作和船舶系统可用性描述。在0A1A42区域发生损失后，经过该区域的左舷推进中压供电电缆发生损失，左舷推进电机失去动力来源，而B系统的右舷推进仍正常使用，保证返港动力。

表3 评估表格

根据上述步骤，基于舱室的评估方式对每个事故界限区域逐一进行详细评估，每个区域的事故影响可清晰表示。在完成所有的事故界限区域评估后，形成评估结果表，并显示推进系统与其他辅助系统的关系，如表4所示。按MSC.1/Circ.1369通函第2.6条所述，这些辅助系统应为重要系统，同样需要进行安全返港评估。但其评估不应在推进系统的评估中进行，而应在其自身的安全返港评估中完成。

表4 推进系统评估关系表(火灾事故)

上述评估验证该船电力推进系统的设计满足安全返港规范要求，在发生不超过事故界限区域的事故时，该系统的设备、电缆及其辅助系统可正常工作。

5 结 语

安全返港评估是邮船的一项系统性工作，贯穿设计、建造和运营各阶段。以电力推进系统为例分析安全返港评估的流程和方法，在完成评估后需要对不合理的设计方案进行修改和重新评估，需要手动操作的系统和设备应形成手动操作手册。通过上述方法编制的邮船电力推进系统安全返港评估报告已通过船级社认可，相关理论和方法可用于其他船型与系统的安全返港评估。