(中遠海運重工有限公司設(shè)計研究院，遼寧 大連116600)

牲畜船主要用于鮮活牛羊等牲畜的運輸，須在一定時間相對封閉的海上航行中保障牲畜的健康穩(wěn)定。2006年，澳大利亞海事組織專門針對牲畜船建造制定了澳大利亞最新海事安全規(guī)則(AMSA)。目前在沒有國際通用的海上牲畜運輸規(guī)范情況下，AMSA便成為滿足綠色環(huán)保國際新型牲畜船建造要求的最高標(biāo)準(zhǔn)。但AMSA規(guī)則頒布后，國際上能滿足此規(guī)則的牲畜船建造很少，船東、船廠對規(guī)則的理解及實際應(yīng)用方面還很欠缺。而且，AMSA的檢驗都是在建造后期，如果發(fā)現(xiàn)有不滿足規(guī)則相關(guān)原則性的要求，整改工作可能是顛覆性的大修改。這將對船廠建造影響巨大，對能否按時交付至關(guān)重要。本文旨在幫助船舶設(shè)計者充分理解規(guī)則中的關(guān)鍵技術(shù)要求，尤其需要識別出隱性技術(shù)要點。

1 牲畜船電氣規(guī)則要求

根據(jù)AMSA海事安全規(guī)則對牲畜船配備的要求，牲畜船必須要配備完全獨立于主電源的備用電源系統(tǒng)(AMSA發(fā)電機組)，用于當(dāng)主電源及其配電系統(tǒng)故障失效時，備用電源能夠繼續(xù)向牲畜服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備供電，維持牲畜正常生存的基本保障服務(wù)[1]。根據(jù)規(guī)則要求，備用電源系統(tǒng)所在處所應(yīng)不可與裝有主電源系統(tǒng)所在處所(主推進裝置機艙)的限界面相毗鄰，且每套電源的輔機系統(tǒng)不要相互交叉穿越到另一套電源系統(tǒng)所在的處所，這樣兩套電源系統(tǒng)互不干擾，任意一套電源系統(tǒng)單一失效時，不會導(dǎo)致另外一套電源同時失效，避免牲畜服務(wù)系統(tǒng)不能繼續(xù)運行。

主電源系統(tǒng)的選型設(shè)計要滿足入級規(guī)范及SOLAS法規(guī)Reg. 41 of Ch. II-1相關(guān)要求，主電源系統(tǒng)不僅要給船舶的主推進及其他輔機、通導(dǎo)系統(tǒng)等設(shè)備供電，同時還要向牲畜服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)備供電，其裝機容量和臺數(shù)要滿足在任一主發(fā)不工作時，其余發(fā)電機仍能供應(yīng)全船所有用電設(shè)備在各工況正常運行下的電力需求[2]。AMSA備用電源系統(tǒng)的設(shè)計同樣要滿足相關(guān)入級規(guī)范及SOLAS法規(guī)要求，AMSA發(fā)電機在主電源失效后能夠很容易地起動，其起動裝置由獨立的動力源驅(qū)動，并且應(yīng)在30 min內(nèi)恢復(fù)再起動的能力。AMSA備用電源系統(tǒng)需具有維持牲畜服務(wù)設(shè)備連續(xù)3天運行的能力，但由于牲畜設(shè)備的實際負載和具體配置及使用工況受多種因素影響，應(yīng)該與機械、通風(fēng)等有關(guān)專業(yè)和/或貨艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計公司密切配合，對牲畜服務(wù)設(shè)備使用情況全面分析，以獲得比較準(zhǔn)確的容量選型計算結(jié)果。

牲畜服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)備主要包括貨艙通風(fēng)系統(tǒng)、 牲畜飲用水系統(tǒng)、牲畜飼料處理系統(tǒng)、貨艙照明系統(tǒng)(包括應(yīng)急照明)和牲畜糞便排泄系統(tǒng)。上述牲畜服務(wù)系統(tǒng)的供電需要采用冗余的配電方式，在主電源失效時，AMSA備用電源系統(tǒng)能夠正常起動運行以維持牲畜設(shè)備電源的供給。為了保證牲畜服務(wù)設(shè)備能持續(xù)有效運行，除了使供配電能夠連續(xù)(兩套電源+冗余供電)外，牲畜設(shè)備本身還需達到冗余，但這并不是說需要配備雙套完整的(2×100%)冗余系統(tǒng)，而是通過系統(tǒng)內(nèi)部分運動部件的冗余(如更換泵及其組件)及其配電方式的冗余，來滿足系統(tǒng)持續(xù)運轉(zhuǎn)的需求，所以牲畜配電系統(tǒng)(組合起動板或單獨起動器)至少要分成獨立的兩套，分別布置在不同的處所，達到雙冗余的供配電系統(tǒng)[3]，系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 牲畜船配電系統(tǒng)

2 牲畜船電氣設(shè)計要點

1)AMSA發(fā)電機選型設(shè)計。

①選取AMSA發(fā)電機容量時應(yīng)注意貨艙通風(fēng)量PAT值(牛欄區(qū)域凈通風(fēng)量)的影響，根據(jù)通風(fēng)廠家計算要求，貨艙區(qū)域要達到PAT200通風(fēng)量。貨艙通風(fēng)系統(tǒng)需按1 m/s設(shè)計，PAT200通風(fēng)量為2倍AMSA要求最低通風(fēng)量(0.5 m/s)，通風(fēng)機的實際配備數(shù)量將是2倍的數(shù)量，AMSA發(fā)電機容量增加。為了減小AMSA發(fā)電機的容量，應(yīng)考慮在使用AMSA發(fā)電機作為應(yīng)急工況時，只需滿足AMSA規(guī)則的最低要求(0.5 m/s)，而不必一直保持PAT200的通風(fēng)量，在主電源故障后可以運行一半數(shù)量的風(fēng)機(或變頻驅(qū)動時，調(diào)節(jié)到半速)，所有貨艙風(fēng)機的功率都可減少到原來約一半的功率，相應(yīng)的AMSA發(fā)電機容量可以得到合理地減少，設(shè)備采購成本相應(yīng)減少。

②AMSA發(fā)電機容量計算時需包含AMSA發(fā)電機的輔機系統(tǒng)及貨艙區(qū)域應(yīng)急照明系統(tǒng)的供電。

③AMSA發(fā)電機容量計算時還需包含其他屬于船舶正常運行所需的設(shè)備但有時也兼作牲畜服務(wù)用的設(shè)備，如應(yīng)急消防泵，有時兼做甲板沖洗泵或用于驅(qū)動污水噴射器，這些設(shè)備也需從AMSA電源系統(tǒng)冗余供電。

2)牲畜服務(wù)設(shè)備(飲用水系統(tǒng)，糞便處理、飼料運輸?shù)认到y(tǒng))的配電方案設(shè)計。

①如果某個牲畜服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)配備了100%冗余(一用一備)設(shè)備，那么主/備用設(shè)備的電機各需一路供電即可。

②如果某個牲畜服務(wù)系統(tǒng)只配備了1套固定設(shè)備(包括由多臺電機組成并同時運行)，要以雙冗余的供配電方案來保障此系統(tǒng)持續(xù)運行的要求。

在中小型牲畜船上常利用雙套風(fēng)機組合起動屏，每組起動屏配備100%數(shù)量的貨艙風(fēng)機起動器，再通過1個中間轉(zhuǎn)換器(2進1出)供給1臺風(fēng)機。供配電回路都有冗余，如發(fā)生任意起動器單一故障，通過轉(zhuǎn)換到另外風(fēng)機組合起動屏上的備用起動器控制，就能夠保證這臺風(fēng)機連續(xù)供電運行；除非這臺風(fēng)機本身有機械故障，但實際上在故障風(fēng)機周圍其他風(fēng)機還是可以持續(xù)給這一區(qū)域持續(xù)供風(fēng)，只是供風(fēng)量有所減少，但也只需達到規(guī)則最低要求即可。

在大型牲畜船上，由于軸流式風(fēng)機布置數(shù)量較多，為了在某配電板失效時，還能保證某一區(qū)域內(nèi)的最低通風(fēng)量要求，風(fēng)機的布置應(yīng)按不同分組交叉布置以達到更好的冗余效果。

為了達到上述冗余要求，要求冗余配電系統(tǒng)的電纜也需要隔離，室外露天區(qū)域也要盡量避免相互交叉，保證供電的獨立完整性。

3 牲畜船電氣設(shè)計實例

3.1 貨艙電力系統(tǒng)設(shè)計

不同船型的牲畜船，采用的通風(fēng)形式也可能不一樣，目前大型的牲畜船，由于甲板面比較開闊，其貨艙風(fēng)機系統(tǒng)多采用軸流風(fēng)機(數(shù)量多、容量小)+結(jié)構(gòu)風(fēng)管形式；而中小型牲畜船因船型比較緊湊，多采用離心風(fēng)機(數(shù)量少、容量大)+ 通風(fēng)支管形式。雖然通風(fēng)形式不同，但冗余的方案大同小異，兩種不同船型的典型冗余配置方案見表1。

由表1可見，兩種船型的貨艙風(fēng)機配電冗余效果都很好，但配電系統(tǒng)相對較復(fù)雜，僅適合中小型牲畜船風(fēng)機數(shù)量少的離心風(fēng)機+通風(fēng)支管的通風(fēng)型式。對于大型牲畜船軸流風(fēng)機+結(jié)構(gòu)風(fēng)管系統(tǒng)，由于風(fēng)機數(shù)量太多，雖配電上冗余性效果好，但實際效果較差，最多時可失去一半數(shù)量的風(fēng)機?？梢栽O(shè)置4組獨立貨艙風(fēng)機配電板，配電板被分別布置在4個獨立的風(fēng)機配電板室，組成4組完全冗余的獨立風(fēng)機系統(tǒng)，當(dāng)任一處風(fēng)機故障時，其周圍的風(fēng)機仍然可以提供最低規(guī)則要求的通風(fēng)量，改善后每臺風(fēng)機只需1組配電板供電，減少配電上的復(fù)雜性，提高經(jīng)濟性。在主電源故障時，根據(jù)AMSA應(yīng)急情況下通風(fēng)系統(tǒng)的最低要求，精準(zhǔn)測算出最少需求的風(fēng)機臺數(shù)，可使AMSA發(fā)電機容量適當(dāng)減小，節(jié)約建造成本。

表1 風(fēng)機系統(tǒng)典型配電方案對比

圖2 牲畜船配電系統(tǒng)

注：4種顏色代表風(fēng)機電源由8組不同風(fēng)機配電板冗余供電圖3 牲畜船貨艙軸流風(fēng)機布置示意

3.2 貨艙照明系統(tǒng)設(shè)計

從牲畜裝卸載通道到貨艙區(qū)人員走道上都需要安裝足夠的照明燈具，其照度要達到20 lx, 其中在牲畜醫(yī)院照度更要達到110 lx。當(dāng)主照明系統(tǒng)失效后應(yīng)急燈也應(yīng)能自動點亮，其照度應(yīng)不低于8 lx。安裝在貨艙區(qū)域的燈具應(yīng)是防水型，其材質(zhì)應(yīng)有足夠的強度予以承受牲畜的破壞，其安裝位置要高于牲畜可能觸碰到的高度,如果貨艙區(qū)域作為連續(xù)甲板以上照明的一部分，那么要能從駕駛室進行控制。如果安裝在有爆炸危險的粉塵處所(如飼料艙)，那么安裝在此處的燈具應(yīng)是經(jīng)認證的合格防爆型，并在駕駛室或飼料設(shè)備操作處安裝帶指示燈的開關(guān)，用于指示此區(qū)域的照明電源是否被接通[3]。

根據(jù)規(guī)則要求貨艙區(qū)域的照明系統(tǒng)分為主照明系統(tǒng)和應(yīng)急照明系統(tǒng)，與普通貨船不同的是貨艙區(qū)域(及飼料艙)應(yīng)急照明系統(tǒng)的正常供電是由牲畜服務(wù)配電板一直供電。兩種不同船型的典型照明配置方案見表2。

由表2可見，兩種照明配電方案各有優(yōu)缺點，在具體設(shè)計時可以根據(jù)不同規(guī)格的船型，選擇合適的配電方案。可以綜合優(yōu)點，如為避免貨艙區(qū)域主照明因某一分電故障導(dǎo)致全部失效，只剩下少量應(yīng)急燈點數(shù)的缺點，也為減少應(yīng)急系統(tǒng)的配置容量；每個貨艙的主照明由2組不同的牲畜照明分電分別供電，既能滿足AMSA規(guī)則要求，又能兼顧經(jīng)濟性。

圖4 中小型牲畜船貨艙照明系統(tǒng)

圖5 大型牲畜船貨艙照明系統(tǒng)

表2 照明系統(tǒng)典型配電方案對比

4 結(jié)論

設(shè)計人員要深刻理解AMSA規(guī)則對牲畜服務(wù)系統(tǒng)安全的設(shè)計理念，注意系統(tǒng)配置上具有冗余的功能需求。通過借鑒不同牲畜船成熟的配置方案進行合理優(yōu)化設(shè)計，并在此分析研究的基礎(chǔ)上進行要點提煉和歸納總結(jié)，形成牲畜船特色的電氣系統(tǒng)設(shè)計基準(zhǔn)，可以有效避免設(shè)計差錯，提高設(shè)計水平。