程慧勇

（新世紀船舶設計研發(fā)（上海）有限公司，上海 201203）

0 引言

近年來由于氣候持續(xù)變暖，北極航道越來越暢通，商船從北極航道通航逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，越來越多的船舶選擇在北極以及高緯度寒冷區(qū)域航行。對于在亞洲和歐洲之間運營的商船，如果走北極航道，將比傳統(tǒng)航道減少近一半時間，大大拉近了亞洲與歐洲、北美等市場的距離?？紤]到運營的經濟性，越來越多的國家和航運公司開始關注這條航道的商業(yè)價值，很多船東已開始訂造滿足北極航道通航要求的船舶。如今，每年通過北極航道的商船逐年增加，北極航道作為連接亞歐交通新干線的雛形已經初步形成。

北極航道部分地區(qū)雖然海水溫度不是很低，但是空氣溫度非常低，這就導致在該地區(qū)航行的商船，遇到大霧、持續(xù)降雨、寒潮或海浪水霧時，船體及露天的設備很容易被冰層覆蓋，導致無法正常運行，甚至會危及到船舶的航行安全。因此，設計能滿足在寒冷氣候地區(qū)航行的船舶具有非常重要的意義。目前很多船級社都已推出了在寒冷氣候地區(qū)航行船舶需滿足的船級符號。本文將結合2 500 TEU集裝箱船在防寒方面的應對措施，詳細介紹DNV GL船級社的防寒船級符號。

1 DNV GL船級社的防寒船級符號

滿足防寒船級符號的船舶，應確保船舶在低溫環(huán)境下航行時，各設備和系統(tǒng)能抵御低溫環(huán)境的寒潮、海浪和大霧等導致的結冰影響，保證船舶和設備的正常運行。值得注意的是，防寒船級符號與冰級符號有所不同，防寒船級符號對船舶通過海冰時的船體和設備不做要求。

DNV船級社的防寒船級符號為Winterized，其后必須緊跟“Basic”、“Cold”和“Polar”3個符號中的一個限定符號?！癈old”和“Polar”必須強制帶有設計溫度的限定符，而“Basic”設計溫度限定符為可選項。具體設置原則如表1。

表1 防寒船級符號設置原則

對于各個限定符號，DNV GL船級社的規(guī)范中也明確了每個限定符號的典型設計環(huán)境參數(shù)，具體如表2所示。

表2 限定符號的典型設計環(huán)境參數(shù)

2 船舶在寒冷地區(qū)積冰的原因及其影響

船舶在寒冷地區(qū)航行時，與在其他地區(qū)航行的最大區(qū)別就在于寒冷地區(qū)的最低日平均氣溫較低。這些地區(qū)的空氣溫度很低，一般低于?10℃，但所在地區(qū)的海水溫度并不是太低，約4℃以下。這種氣候條件下，在其他地區(qū)對船舶航行沒有太多影響的持續(xù)降雪、降雨、大霧及海浪水霧等，在寒冷地區(qū)則很容易造成船舶的甲板及露天設備積冰，導致設備不能正常運行，甚至影響船舶和人員的安全。

在各種情況中，海浪水霧的影響應該是冰區(qū)航行船舶的主要結冰因素。通常，低溫海水形成的水霧在較高的風速下，結合低溫空氣的作用，極易在船上形成積冰。船舶積冰主要容易引起以下幾方面問題：

1）各層甲板積冰可導致船舶重心升高，影響船舶穩(wěn)性。

2）甲板機械積冰后，會導致無法收放錨。

3）救生設備積冰后，無法及時釋放。

4）雷達天線、航行設備及駕駛室窗戶積冰，會影響航行安全。

5）逃生通道等積冰，影響人員的逃生和轉移。

6）機艙進、出風口被積冰堵塞后，機艙相關設備就不能正常工作。

7）管路和通風頭結冰則會影響相關系統(tǒng)的正常運行。

針對船舶在寒冷地區(qū)可能遇到的以上積冰問題，DNV GL船級社規(guī)范雖然給出了相關要求，但大多只是原則性要求，并沒有具體的實施措施。下面將以2 500 TEU集裝箱船為例，詳細說明各主要系統(tǒng)的防寒措施。

3 2 500 DWT集裝船簡介

2 500 TEU集裝箱船總長約195.0 m，型寬32.20 m，型深17.0 m，設計吃水9.50 m，結構吃水11.50 m，最大裝載近2 500個標準箱，配備710個冷藏箱位，以及270個2 556 mm長45 ft超寬箱。該船是一型滿足 DNV GL船級社的 E3級冰區(qū)要求，同時滿足Winterized Basic船級符號要求的冰區(qū)航行船舶。該船也是一型節(jié)能環(huán)保、環(huán)境友好型支線集裝箱船，其安裝的主、副機及鍋爐廢氣脫硫系統(tǒng)，使該船在使用重油的情況下也能滿足尾氣排放硫含量低于0.1%的ECA要求，同時具備15天航行零排放的親環(huán)境設計指標。

4 防寒船級符號的實船應用

4.1 甲板排水口

甲板排水口被積冰堵塞，會影響甲板積水排出，加速冰層堆積，升高船舶重心，減小初穩(wěn)性高，影響船舶穩(wěn)性。作為規(guī)范允許的替代方式，該船在現(xiàn)有甲板排水口的基礎上增加了 30%的甲板排水口面積，達到了防寒要求。

4.2 甲板設備

4.2.1 錨機

按照規(guī)范要求，錨機、錨機控制裝置及掣鏈器要有防冰保護。雖然Winterized Basic未要求設置擋浪罩對錨機等進行防冰保護，但考慮到后期操作方便和安全性并結合建造規(guī)格書要求，該船在首部設置了半封閉擋浪罩，將錨絞機和控制裝置全部放在擋浪罩內，不但較好地滿足了防寒要求，對船員的工作環(huán)境也有所改善。

4.2.2 系泊絞車

該船首部系泊絞車設置在擋浪罩下，完全滿足防寒要求。尾部系泊絞車配備了帆布罩防冰，并配備了用于手動除冰的鏟子及木錘，確保船員在系泊前合理時間內能夠安全有效地清除系泊絞車和周圍的工作區(qū)域內的積雪和積冰。

4.2.3 錨鏈筒

錨鏈筒應按要求采用蒸汽或熱水的防冰保護或除冰保護措施。因此該船在錨鏈筒附近配備了蒸汽噴槍對錨鏈筒進行除冰，以滿足規(guī)范要求。

4.2.4 加油站

加油站在規(guī)范中沒有明確要求防冰或除冰措施，考慮到船東營運需要，該船加油站采用了帆布罩防冰保護并配合蒸汽噴槍除冰的方式，以滿足船東的要求。

4.3 救生消防設備

4.3.1 救生艇

按照規(guī)范要求，該船救生艇的馬達內置了功率為85 W的電加熱器。另外，救生艇馬達的冷卻水系統(tǒng)內置了功率為350 W的電加熱器，防止冷卻水結冰。

4.3.2 救生筏

根據(jù)規(guī)范要求，救生筏的釋放系統(tǒng)要求帶有防冰保護。如使用電加熱帆布罩把救生筏和筏架完全遮罩，雖可以達到防冰目的，但有可能影響救生筏的迅速釋放。為了解決這一問題，最終該船采用了閥殼內部及釋放機構自帶電加熱裝置的極地救生筏（圖1），確保滿足防寒要求。

圖1 帶電加熱極地救生筏

4.3.3 個人救生設備

規(guī)范要求露天存放的個人救生設備的儲藏箱應有防冰保護?？紤]到該船在首部甲板有為救生筏配備的救生衣和救生服的玻璃鋼存放箱，因此為這些存放箱配備了電加熱帆布罩進行防冰保護。

對于普通救生圈，該船采用的是無門半封閉不銹鋼箱進行防冰保護，且救生圈前有電伴熱走道，防止冰雪堆積（圖2）。

圖2 半封閉保護的救生圈

4.3.4 消防設備

存放在露天或無加熱的房間的消防設備按照規(guī)范要求應隨時可用?？紤]到該船有部分消防設備存放在安全設備間，其他分布在各層甲板，因此通往安全設備間的通道及門都用電伴熱帶進行防冰保護，確保船員可隨時使用消防設備。另外，對露天存放的消防水龍帶箱和消防栓，該船配備了電加熱帆布罩，防止積冰。

4.4 航行信號相關

4.4.1 全封閉橋樓

考慮到防冰保護，該船駕駛室采用全封閉橋樓設計，駕駛室前方和側面的窗戶全部采用電加熱玻璃，并全部配備雨刮器。駕駛室窗的噴淋管路利用壓縮空氣排干噴淋管路內的殘余水分來防止結冰。

4.4.2 雷達天線

根據(jù)規(guī)范要求，旋轉雷達的運轉不能被冰雪限制。因此該船配備了支架帶電加熱器的S波段和X波段雷達，以滿足防寒要求。

4.4.3 風速風向儀

考慮到普通的飛機型風速風向儀不滿足防冰要求，該船采用了內置電加熱的超聲波型風速風向儀（圖3）。

圖3 超聲波型風向風速儀

4.4.4 應急無線電示位標

該船在室外布置的內置電加熱器應急無線電示位標，可確保表面不積冰，且在船員不干預的情況下，可以自由浮到水面，滿足規(guī)范的要求。

4.4.5 航行信號燈

原規(guī)格書要求航行信號燈采用LED燈，但考慮到規(guī)范要求航行信號燈必須自發(fā)熱或進行防冰保護，因此該船航行信號燈統(tǒng)一更換為白熾燈，利用燈具的熱量，防止燈具上積冰，確保航行安全。

4.4.6 汽笛

該船不但配備了內置電加熱器的汽笛，且供給汽笛的壓縮空氣也通過空氣干燥器進行干燥，防止水汽在汽笛上凝結成冰，從而影響使用，完全滿足防寒要求。

4.5 通道

4.5.1 逃生通道

根據(jù)規(guī)范要求，逃生出口和逃生門必須能夠隨時打開和關閉，逃生通道無冰寬度最少要求700 mm，最少要有一側欄桿不結冰，且集合站、登乘區(qū)及通往救生艇和救生筏的通道也必須有防冰保護。因此該船為這些區(qū)域的甲板通道、門、小艙蓋、欄桿、梯子和扶手都設置了電伴熱裝置進行防冰保護（圖4和圖5），確保人員順利逃生。

圖4 帶電伴熱的門

圖5 電伴熱走道和登艇平臺

4.5.2 舷梯

考慮到舷梯不屬于逃生要求的范圍，且規(guī)范也僅要求有除冰保護即可，因此該船舷梯配備了普通帆布罩適當進行防冰保護，并配備木錘可以手動除冰。

4.5.3 其他通道

不作為逃生通道的室外欄桿和斜梯，規(guī)范明確可以僅考慮除冰，因此該船為這些區(qū)域配備了鉛錘用作手動除冰的工具。

4.6 通風

該船機艙進風口百葉窗使用帶電伴熱除霧器來防止結冰，機艙出風口及應急發(fā)電機室通風百葉窗等采用電伴熱帶進行防冰保護（圖6），以防止百葉窗結冰。

另外，貨艙蓋通風百葉窗配備了木錘手動除冰，艏側推通風百葉窗采用了蒸汽除冰方式，貨艙菌型通風帽的手輪則采用帆布罩進行防冰保護。

圖6 電伴熱百葉窗

4.7 管系

4.7.1 空氣管頭

規(guī)范要求液艙通風頭應進行防冰保護。該船空氣管頭采用了自加熱空氣管頭（圖7），以達到防冰的目的。

圖7 自加熱空氣管頭

4.7.2 防橫傾管

當船舶產生不利橫傾時，利用防橫傾系統(tǒng)可以有效減小船舶橫傾。該船在防橫傾管路上設置了電伴熱帶，確保防橫傾管內的水不被凍結。

4.7.3 消防系統(tǒng)

對于消防管系，可以通過將管路布置在有加熱的通道中或為管路進行電伴熱保護或將管路的水排干，來達到防凍目的。該船在露天消防管路的最低點設置了泄放閥，確保消防管路可以完全排干，以滿足防冰要求。

4.7.4 液艙

為防止液艙結冰，該船利用吹泡空壓機將壓縮空氣通過管路吹到壓載艙底，靠氣泡上升到液面起到防冰作用。淡水艙則采用了蒸汽盤管加熱的防冰措施。

4.7.5 管弄

對于管弄里的管路，該船布置了7臺2 kW的電加熱器進行防冰保護。

5 結論

本文通過對滿足 DNV GL船級社 Winterized Basic的集裝箱船上各系統(tǒng)的防寒措施進行總結，使大家能更好地理解和應用DNV GL船級社的防寒船級符號，對需要滿足其他船級社防寒船級符號的船舶的防寒設計起到一定的借鑒作用，也對今后其他類型船舶在應用防寒船級符號時起到拋磚引玉的作用。