安全返港要求下的客船电气设计

吴 骏王志刚赵凡琪（.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海000； .江南造船（集团）有限责任公司 上海093）

安全返港要求下的客船电气设计

吴 骏1王志刚2赵凡琪1
（1.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011； 2.江南造船（集团）有限责任公司 上海201913）

客船安全性长期以来备受国际海事组织关注，海安会MSC216（82）决议中也修正了SOLAS对于2010年7月1日起建造客船的相关要求。文中介绍了对应该决议要求的设计步骤及方法，对于规范的正确解读以及相应的设计方法总结给同类型船的设计者提供参考。

安全返港；设计步骤；设计方法

引　言

随着客船规模的不断增大，载运乘客的数量也日益增加，而一旦发生海难事故，由于海上相对有限的救援能力，人员伤亡往往会相当严重。国际海事组织对此也极为关注，陆续提出许多有关船舶安全的新要求。其在所颁布的海安会决议MSC216（82）的“经修正的1974年国际海上人命安全公约”修正案中，对于“SOLAS第II-2条”进行修改补充，增加了第21条“关于事故门限、安全返港及安全区的要求”、第22条“在失火事故后维持运行系统的设计标准”以及第23条“客船上的安全中心相关设计要求”［1］。此3条要求均针对2010年7月1日起建造的客船，其适用范围为按照SOLAS第II-1章2.5条的定义，长度为120 m及以上，或具有三个及以上主竖区的客船［2］。本文将对相关要求作详细介绍并分析其对于电气设计的影响。

1　目的与要求

1.1 目 的

第21条的目的是为确定设计标准，使船舶在发生未超出所规定门限的事故后，依靠自身能力安全返港。

第22条的目的是为确定设计标准，使船舶在发生超出所规定门限事故后，必要系统的残存能力能够支持人员有序撤离及弃船。

需要指出的是，以上规定中所提到的事故是指火灾或进水。火灾事故门限包括：原发处所直至最近的“A”级边界（原发处所受固定式灭火系统保护，该边界可以是原发处所的一部分）；或者原发处所及相邻处所直至最近的“A”级边界（该边界并非原发处所的一部分）。进水事故门限包括：水线以下单个水密舱室［3］。

第23条的目的为确定客船上安全中心功能的设计标准。

1.2 要 求

1.2.1 第21条

当火损或进水未超出所规定门限时，在船上未受失火灾影响部分的下列系统应维持运转：

（1）推进系统；

（2）操舵系统和操舵控制系统；

（3）导航系统；

（4）燃油注入、转输和服务系统；

（5）驾驶台、轮机处所、安全中心、灭火队及控损队之间的内部通讯系统、以及通知旅客和船员所需的内部通讯系统；

（6）对外通讯系统；

（7）消防总管系统；

（8）固定式灭火系统；

（9）火、烟探测系统；

（10）舱底水及压载系统；

（11）动力操作的水密和半水密门；

（12）预计支持“安全区”的系统；

（13）进水探测系统；

（14）主管机关认定的对控损至关重要的其他系统。

该条主要针对的是事故门限内系统设计要求，一般针对的是船舶航行操纵的系统能力、内外通讯系统能力、固定式消防灭火能力、火灾探测、水密门报警、安全区供电等能力。

1.2.2 第22条

任何一个主竖区因失火而无法使用时，下列系统的布置与分隔应能确保在失火主竖区外的部分维持运行至少3小时：

（1）消防总管；

（2）支持通知、集合旅客及船员所需要的内部通讯系统；

（3）对外通讯手段；

（4）供灭火使用的舱底水系统；

（5）逃生通道沿线、集中站和救生设备登乘站的照明；

（ 6）必须设有撤离导向系统。

该条主要是针对事故门限外的系统设计要求，仅针对消防系统、应急状态下的内外通讯系统、逃生通道沿线的应急照明等。

1.2.3 第23条

安全中心必须具有下列安全系统的全部功能（操作、控制、监测或所需要的任何组合）：

（1）所有动力通风系统；

（2）防火门；

（3）紧急报警系统；

（4）公共广播系统；

（5）电动撤离导向系统；

（6）水密和半水密门；

（7）船壳门、装货门和其它关闭装置的显示器；

（8）内（外）首门、尾门及任何其他船壳门的漏水；

（9）电视监视系统；

（10）探火及报警系统；

（11）固定式局部灭火系统；

（12）洒水和同类系统；

（13）机器处所的水基灭火系统；

（14）召集船员用的警报系统；

（15）中庭排烟系统；

（16）进水探测系统；

（17）消防泵及应急消防泵。

该条为客船上设置安全中心的设计依据。当第21条所指的事故门限内有安全中心时，安全中心系统的设计要求也需要满足安全返港的相关规定。

2　设计步骤及方法

针对以上要求，笔者根据某型客船的系统设计归纳出了设计步骤以及一些具体设计方法。

2.1 设计步骤

根据以上新增规范的要求设计工作应分为以下几步展开。

2.1.1 步骤1

根据船舶的实际运营航线、最恶劣航速、返港状态电力负荷等条件核算安全返港时间及燃油消耗。

该船自2011年6月开始设计，2013年9月开始建造，目前已经交船。

该船满足SOLAS第II-1章2.5条的定义，是国内建造的首批需要执行第II-2章中增加要求的船舶。表1为该船主要参数。

表1　客船主要参数

根据船级社对于安全返港的要求，应以至少6 kn航速返回最近港口，设计需要具备最大返港时间为72 h，最大返港航程为：6×72 = 432 n mile。

根据航行海图，本船设计航线中任意2个相邻港口之间的最大距离不超过600 n mile（最大返港距离应大于最远相邻港口间距的一半），满足要求。

为安全返港所设置的油舱容积应同时满足一台主推进柴油机和一台发电机组在返港工况下运行的燃油消耗要求。

因此需要在电力负荷计算中增加安全返港工况，以计算出返港工况时的用电量，进而计算燃油的消耗。下页表2为安全返港电力负荷计算表。

表2　安全返港电力负荷计算表

续表2

可见，本船在安全返港工况下的用电负荷为680 kW，安全返港燃油计算方法如下：

式中：NeS1为安全返港时主机功率，根据船模试验及理论计算，蒲氏8级风航速6 kn时主机功率2 800 kW；

geS1为安全返港时主机燃油耗率（238 g / kW·h）；

NeS2为安全返港时辅机正常工作负荷功率（680 kW）；

geS2为安全返港时主电站柴油机燃油耗率，为（198+5%）g / kW·h；

T为供油时间（72 h）；

ρ为燃油密度（815 kg/m3）；

k为容积系数，取1.2；

ν为未用尽容积系数，取1.1；

V4.1.8为安全返港专用燃油舱容积。

本船将燃油舱设置在前机舱区域，因此需要在后机舱区域设置专门供安全返港使用的燃油储存舱，并且该储存舱容积大于95 m3。

2.1.2 步骤2

根据事故门限区域的划分设计电力系统（见图1）。

图1　安全返港电力系统原理图

对电力系统而言，最严重的事故应为放置发电机组的机舱失火损毁，此时将没有正常电力供推进系统运行。因此需要将全船的发电机组分散布置在两个推进机舱内，同时需分散设置两块主配电板，主配电板之间采用电缆连接。当某一个机舱发生火灾或进水事故时可以人为断开跨接开关，剩余机舱内电站配置可以满足返港用电需求。

本船在前、后机舱分别设置3台945 kW柴油发电机组以及各1块主配电板，在下桥楼甲板设置应急发电机组以及应急配电板。由于前、后主配电板与应急配电板的跨接电缆分别从前、后机舱敷设，故当一个机舱发生火灾或进水事故后不会影响到由应急配电板供电的其他设备。

2.1.3 步骤3

针对第21条要求的系统进行详细设计，同时某些系统在设备布置及功能实现方面也需要同时考虑第22条的要求。安全返港要求下的系统设计要求对比见下页表3。

2.2 系统设计方法简介

笔者根据对于事故门限以及各个系统本身功能实现方式的理解，归纳总结出如下系统设计方法。

2.2.1 简单备用法

第21条所要求的系统中导航系统的雷达、对外通讯系统的VHF电话等设备仅需要根据要求在事故门限范围以外的地方另外配置一套即可，需要注意的是供电分电箱应安装在两个不同的“A”级边界分割区域。

2.2.2 分散布置法

第21条所要求的系统中动力操作的水密门报警系统由于控制报警设备均为功能独立的成套设备，可以按照设备的布置位置就近设置报警控制箱，并在两个不同控制部位设置报警显示，需要注意的是水密门控制箱的报警电源应来自两个不同的“A”级边界分割区域的分电箱。

2.2.3 舱室分割法

第21条所要求的系统中，由于推进系统、操舵系统和操舵控制系统、燃油注入、转输和服务系统、消防总管系统、舱底水及压载等系统均设置在主机舱及舵机舱区域，故在舱室划分阶段就需要将主机舱与舵机舱分割为两个独立的防火分割及水密区（即前、后机舱及左、右舵机舱），使以上这些系统均有两套设备且完全独立，并需要从两个机舱的配电板上独立供电。

2.2.4 分布采集报警冗余控制法

第21条所要求的系统中进水报警系统、通知和集合旅客及船员所需的内部通讯系统、火灾探测等系统中使用的传感器、探测器、通用报警警铃、广播扬声器等设备均是全船性布置的报警设备，需将控制箱冗余设置，采集箱或接线箱分布式布置，并将各个设备分别连接至两个位于不同“A”级分割区域的采集箱或接线箱。该设计方法必须保证只有一个控制箱在线工作（必要时人工切换控制箱）。

2.2.5 寻找事故门限外安装法

第21条所要求的系统中导航系统的航行灯控制系统，由于可将装有电气线路的控制箱安装在露天甲板（即非失火源处所），故不受进水事故和火灾事故的影响。系统设计时只需在两个位于不同“A”级分割区域内各放置一个控制板，控制箱连接灯具的电缆采用耐火电缆即可。

2.2.6 其他系统替代方法

第21条所要求的系统中固定式灭火系统的全船喷淋系统由于主控制箱设置在机舱以外，故不适用于舱室分割的方法，仅需要将喷淋管路与消防管路连接就可以使用位于机舱的一台消防泵来代替喷淋泵的工作，满足系统的功能。

2.2.7 冗余计算机系统法

第23条客船安全中心也需满足第21条的要求，由于安全中心涉及的系统众多，有些是全船分布的系统，如所有动力通风系统及防火门监控等，需要在全船各个不同的“A”级分割区域内设置信息处理装置，并在特定处所（一般为驾驶室）设置一套计算机系统，负责相关信息的采集与处理，同时在位于此处所不同的“A”级分割区域内再设置同样一套计算机系统冗余备份，将采集的各种信息集中在同一个船型界面上显示控制，方便值班人员必要时在不同的站位操作。

表3　安全返港系统设计要求对比表

通过以上各种方法既可满足规范的要求，又能最大程度上节省电缆使用及设备订货。

3　结　论

安全返港对于任何一个客船电气设计师来说均是一次全新的尝试，对于规范的理解过程也较为复杂，希望本文对于规范的解读以及相应的设计方法总结能够给同类型船的设计者提供一些参考。

［1］ IMO.国际海上人命安全公约SOLAS［S］. 2014.

［2］ 顾一清.安全返港的相关要求及对电气设计的影响［J］.船舶设计通讯，2013（增刊2）： 62-66.

［3］ 刘正江. 从IMO在提高客滚船安全方面的新举措看客滚船未来发展趋势［J］. 中国海事，2010（1）：5.

Electrical design of passenger ships under requirements of safety return to port

WU Jun1WANG Zhi-Gang2ZHAO Fan-qi1
(1. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China; 2. Jiangnan Shipyard(Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The safety of passenger ships has long been concerned by the international maritime organization (IMO). The MSC216(82) resolution of the IMO maritime safety committee (MSC) amended the relevant requirements in the convention on the safety of life at sea (SOLAS) about the passenger ships which are built after July 1st , 2010. This paper introduces the design procedure and design methods according to the resolution requirements. The correct interpretation of the regulations and the conclusions of the corresponding design methods can provide reference for the design of the similar ships.

safety return to port ; design procedure; design methods

U665

A

1001-9855（2016）04-0078-09

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2016.04.078

2016-04-27；

2016-05-10

吴 骏（1981-），男，高级工程师，研究方向：船舶电气设计。

王志刚（1979-），男，工程师，研究方向：船舶电气设计。

赵凡琪（1988-），女，工程师，研究方向：船舶电气设计。