穿梭油轮气体探测系统的设计与安装

张建方

（舟山中远海运重工有限公司，浙江 舟山 316131）

随着全球经济的高速发展，能源的需求量逐渐增大，海上石油的开采也一直处于较高水平，这种经济现状强有力地推动了海上石油工业的发展。许多新的大型海上油田不断被发现，穿梭油轮由于其储油、运输、装载和卸载的优势，成为快速、经济、有效地开发海上油田不可或缺的装置[1]。

石油是一种由多种物质组成的混合物，其中含有多种碳氢和硫化氢化合物，部分碳氢和硫化氢化合物的挥发性比较强，很容易形成可燃性和有毒性的蒸汽。当可燃性的气体与空气中的氧气混合并达到一定的浓度时，在遇到明火的情况下就会发生爆炸。引起爆炸的可燃气体最低体积分数为爆炸下限（LEL），为将油轮上爆炸的概率降到最低，通常会向油舱注入惰性气体，用于降低油气和氧气的含量比。由于石油的持续挥发性问题，需要利用气体探测系统反复地测量，从而掌握可燃性气体和有毒性气体体积百分数的即时变化情况，以便采取应对措施将可燃和有毒气体体积分数控制在安全范围内。

1 穿梭油轮气体探测系统的设计

鉴于气体探测系统在穿梭油轮上对于人员及船舶安全的重要作用，本文参照某船厂建造的154 000 DWT 穿梭油轮实船应用，介绍穿梭油轮气体探测系统的设计。

1.1 气体探测系统的原理

气体探测系统是气体泄漏检测报警系统。当环境中可燃或有毒气体泄漏时，检测到气体体积百分数达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，气体探测报警器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障船员及船舶安全。可燃气体和有毒气体体积百分数量程及报警值如表1所示，量程和报警值可以根据设计规格书或船东要求进行调整。

表1 可燃气体和有毒气体体积百分数量程及报警值%

1）气体探测系统分类。穿梭油轮上气体探测系统分为抽气式气体取样探测和传感器式气体探测2种。

（1）抽气式气体取样探测。工作原理：吸气泵通过取样管从被保护区内连续采集空气样品放入探测器，空气样品经过过滤器组件滤去灰尘颗粒后进入气体分析单元，经过气体分析单元分析，完成信号转换，显示器显示气体体积百分数值及其报警等级。气体探测设备应设计为从每个被保护处所内的每一取样管路进行取样和分析，相继间隔不超过30 min。

（2）传感器式气体探测。按传感器划分主要有催化燃烧式传感器、电化学传感器、红外传感器、半导体传感器和光离子传感器。几种传感器的主要工作原理如下：①催化燃烧式传感器属于高温传感器，其工作原理是利用可燃气体燃烧带来热量的原理，提高铂线圈温度，产生电阻变化。根据电阻变化的大小获得可燃气体的体积百分数值。②电化学传感器属于精密型传感器，其工作原理是利用被测气体的还原性和氧化性，电子在化学反应过程中被释放吸收，大量电子形成电流，电流大小与被测气体体积百分数成正比。通过这些反应，可以区分气体的成分和体积百分数。③红外传感器属于精密型传感器，其工作原理是利用被测气体对红外线的不同吸收程度形成特征和吸收峰，通过红外光敏器件上电流的大小获得可燃气体的体积百分数。④半导体传感器，其工作原理是利用金属氧化物半导体材料在特定温度下吸附气体使其电阻值发生变化，根据电阻值的变化就能检测气体的体积百分数。⑤光离子传感器，其工作原理是利用高能紫外线电离被测气体，在极板上形成电流，通过电流大小获得气体体积百分数。

2）气体探测系统选用。气体探测系统需要根据实船设计需要以及设计规格书的要求，选取合适的气体探测系统，该船选取传感器式气体探测系统，传感器选用催化燃烧式传感器和电化学传感器。

1.2 气体探测传感器的设置

根 据DNV-RU-SHIP 《Part 6 Additional class notations, Chapter 4 Cargo operations, Section 2 Centralised cargo control for liquid cargoes-CCO》（以下简称《规范》）要求，除货舱附近空间的气体采样点外，还应在所有上层建筑进风口和所有机舱通风进风口设置气体检测点；根据MSC.367（93）决议《国际消防安全系统规则》第15章惰性气体系统修正案的通知，惰气发生器间应设置2个氧气检测点。该船上层建筑和机舱区域设置了气体探测传感器，气体探测传感器设置的具体位置如表2所示。

表2 气体探测传感器设置的具体位置

1.3 气体探测取样管的设置

1）根据《规范》要求，货油泵舱气体连续检测监控报警系统应测量泵舱大气中的O2、H2S 和HC 化合物含量，取样系统应在底层地板下方和上方设置取样点，以防止泄漏。该船泵舱气体探测取样管设置具体如下： ①在底层地板下方最少设置2个气体探测器，最大高度设于泵舱双层底上方0.5 m 处；②每个货油泵和扫舱泵之间的底层地板上方应安装1 个气体探测器； ③排风机通风管道内应设置气体探测器1 个；④1 个气体探测器设置在真空泵装置；⑤2万DWT及以上的油轮，应安装固定的碳氢气体检测系统，用于测量所有压载舱、双层底空舱、双层底靠近货油舱或污油舱空间中的碳氢气体体积百分数，包括艏尖舱和舱壁甲板下与货油舱相邻的任何其它舱和空间。

2）该船的压载舱、空舱以及泵舱设置气体探测取样管。气体探测取样管路安装位置如表3所示。

表3 气体探测取样管路安装位置

气体探测取样管路系统示意图如图1 所示。图1 中，SP 为气体吸进口，SV 为截止阀，FA 为阻火器，TS 为时间控制，FL 为滤器，NV 为流量控制阀，TV为三通阀，VS为真空开关。

图1 气体探测取样管路系统示意图

1.4 便携式气体取样系统

根据DNV-RU-SHIP《Part 5 Ship types，Chapter 5 Oil tankers, Section 9 Instrumentation and automation》要求，船舶应配备经认可的便携式气体探测器，便携式气体探测器配备如下：测量O2体积百分数的仪器2 台，测量HC 气体体积百分数（量程0～20%）的仪器2 台以及测量HC 气体体积百分数（量程0～2.1%）的仪器2台。

2 气体探测系统的安装

2.1 气体探测传感器的安装

该船气体探测传感器主要安装在上层建筑、机舱的通风管路以及甲板上的一些房间内，通过电信号传送到气体探测系统的控制箱内。气体探测传感器主要有2种安装方式，一种是安装在通风管路上，另一种通过支架固定。

1）传感器安装在通风管路上，这种类型传感器主要安装在机械送风管路上，用于检测送风中是否含有可燃性气体。传感器本体固定在1个法兰基座上面，需在通风管路上安装1个同样规格的法兰，2 个法兰通过螺栓固定即可完成安装。固定在通风管路上的传感器示意图见图2。

图2 固定在通风管路上的传感器示意图

2）传感器安装固定在支架上，这种类型传感器主要是安装在房间内，用于检测房间内的可燃气体是否超标。一般这种传感器本体带1个带孔耳板，根据带孔耳板的形式做1个支架，通过螺栓固定即可。固定在支架上的传感器见图3。

2.2 气体探测取样管的安装

该船气体探测取样管主要安装在压载舱、泵舱、空舱、声呐舱以及推进器室，根据气体探测取样管取样位置不同，具体的布置也不同，大体可分为以下3类。

1）压载舱气体探测取样管的安装。压载舱需要安装2根气体探测取样管路，分别对其顶部和底部进行取样探测，取样管在穿甲板时采用卡套穿舱，底部削斜并配有端部滤器。压载舱气体探测取样管安装示意图见图4。

图4 压载舱气体探测取样管安装示意图

2）泵舱气体探测取样管的安装。泵舱每个取样点附近安装一路取样管，取样管在穿甲板时采用卡套穿舱，底部无需安装端部滤器。泵舱气体探测取样管安装示意图见图5。

图5 泵舱气体探测取样管安装示意图

3）空舱、声呐舱以及推进器室气体探测取样管的安装。每个舱的底部分别安装一路取样管，安装形式、穿舱件形式以及端部形式与压载舱气体探测取样管相同。

3 结束语

气体探测传感器只能检测一种气体，价格比较贵，但是安装相对比较方便；气体取样管可以检测多种气体，价格便宜，安装相对比较复杂，限制条件也比较多。设计时要根据实船的具体情况来选择合适的气体探测方式。

气体探测系统是穿梭油轮安全系统的重要组成部分，它的可靠性决定了穿梭油轮安全系统的可靠性。一个设计可靠、运转良好的气体探测系统能够对穿梭油轮上可能发生的火灾以及可燃、有毒气体的泄漏及时监测并处理，做到防患于未然，对保障穿梭油轮的人员安全和最大限度地减少事故所引起的经济损失，起到决定性的作用[2]。