李 冬，劉 哲，郭志佳，楊 軼

(1. 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司 天津 300131； 2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452)

我國內(nèi)河航道沿線港口密布，水運(yùn)體量龐大，運(yùn)輸船舶基本以柴油和劣質(zhì)燃料油為主要?jiǎng)恿碓?，隨著“氣化長(zhǎng)江”“氣化江西”“氣化珠江”等綠色新能源航運(yùn)項(xiàng)目的逐步推進(jìn)，液化天然氣作為新能源成為首選，但LNG加注設(shè)施不足是制約新能源航運(yùn)項(xiàng)目蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵障礙。液化天然氣燃料加注躉船的成功研發(fā)(圖1)解決了這一關(guān)鍵障礙。加注躉船上設(shè)置有液貨艙、BOG系統(tǒng)、LNG加注系統(tǒng)、卸車系統(tǒng)。液貨艙用于儲(chǔ)存液化天然氣，BOG系統(tǒng)用于處理氣態(tài)的天然氣，LNG加注系統(tǒng)用于為受注船加注燃料，卸車系統(tǒng)用于LNG罐車向加注躉船的LNG儲(chǔ)罐輸送LNG。

圖1 液化天然氣燃料加注躉船示意圖 Fig.1 Schematic diagram of LNG bunkering pontoon

LNG具有易燃易爆的特性，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中極易形成爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，防爆電氣設(shè)備作為消除爆炸危險(xiǎn)環(huán)境點(diǎn)火源的安全設(shè)備，被廣泛應(yīng)用。近年來由防爆電氣引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，防爆電氣設(shè)計(jì)類、采購類和工程類隱患占比近90%[2]，出現(xiàn)這些隱患的根本原因?yàn)榻ㄔ祀A段防爆電氣設(shè)計(jì)的疏忽。由于內(nèi)河環(huán)境的特殊性，現(xiàn)行的國內(nèi)有關(guān)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范均明確其不適用于水、陸、空交通工具[3-4]。為此，在依據(jù)相關(guān)規(guī)范的前提下，對(duì)加注躉船建造過程中關(guān)鍵階段的防爆電氣技術(shù)管理進(jìn)行了論述，以達(dá)到保障加注躉船安全的目的。

1 環(huán)境條件

內(nèi)陸水道安裝在船舶上的電氣設(shè)備涉及的環(huán)境條件有氣候環(huán)境條件、生物環(huán)境條件、化學(xué)活性物質(zhì)、機(jī)械活性物質(zhì)和機(jī)械環(huán)境條件。氣候環(huán)境條件包含低溫、高溫、濕度、降水量、太陽輻射、熱輻射、除雨以外的其他來源的水；生物環(huán)境條件包含空氣中的植物、空氣中的動(dòng)物；化學(xué)活性物質(zhì)包含鹽霧、二氧化硫、硫化氫、氧化氮、臭氧、鹽酸、氫氟酸、氨；機(jī)械活性物質(zhì)包含空氣中的沙、灰塵沉積、煙灰沉積；機(jī)械環(huán)境條件包含穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、角運(yùn)動(dòng)傾斜、角運(yùn)動(dòng)搖擺、恒定加速度[5]。

液化天然氣燃料加注躉船安裝的電氣設(shè)備還需要滿足爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的要求，危險(xiǎn)區(qū)域可分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。

2 建造過程關(guān)鍵階段電氣防爆要求

2.1 設(shè)計(jì)選型階段

液化天然氣加注躉船危險(xiǎn)區(qū)域劃分應(yīng)遵照《液貨船危險(xiǎn)區(qū)域劃分和電氣配備指南》《液化天然氣燃料加注躉船規(guī)范(2021)》《鋼制內(nèi)河船舶建造規(guī)范》《內(nèi)河散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》和《爆炸性環(huán)境場(chǎng)所分類 爆炸性氣體環(huán)境》的相關(guān)要求。設(shè)計(jì)階段要依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的技術(shù)資料(表1)復(fù)核與危險(xiǎn)區(qū)域要求的設(shè)備的級(jí)別、組別是否一致。

表1 設(shè)計(jì)階段技術(shù)資料 Tab.1 Technical data in design stage

防爆電氣設(shè)備的選型不僅要滿足防爆安全要求，還應(yīng)考慮環(huán)境條件的影響，如高溫、低溫、濕熱、鹽霧、氣體腐蝕、光照、沙塵、雨水等。

我國能用在1區(qū)中的增安型設(shè)備僅限于[6]在正常運(yùn)行中不產(chǎn)生火花、電弧或危險(xiǎn)溫度的接線盒和接線箱，包括接線部分為“e”型，其他部分為“d”或“mb”型的電氣產(chǎn)品；配置有合適熱保護(hù)裝置的“e”型低壓異步電動(dòng)機(jī)(起動(dòng)頻繁和環(huán)境條件惡劣者除外)；“e”型熒光燈。

對(duì)于成套的LNG加注設(shè)備和卸車設(shè)備，應(yīng)按相關(guān)防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行制造，并經(jīng)具有防爆檢測(cè)檢驗(yàn)資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可安裝。

2.2 采購驗(yàn)收階段

應(yīng)建立防爆電氣采購和到貨驗(yàn)收管理程序。采購合同應(yīng)要求防爆電氣設(shè)備廠家提供以下技術(shù)資料：CCC認(rèn)證證書(列入CCC認(rèn)證目錄范圍內(nèi)產(chǎn)品適用)；防爆合格證書；檢驗(yàn)報(bào)告(國家授權(quán)的第三方防爆檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具)；說明書；出廠合格證；本質(zhì)安全系統(tǒng)描述性技術(shù)文件(適用于本質(zhì)安全型設(shè)備)。

防爆電氣設(shè)備到貨后與證書、報(bào)告、圖紙的一致性進(jìn)行審核，并核查防爆合格證書、防爆檢驗(yàn)報(bào)告和CCC認(rèn)證的真?zhèn)渭笆欠裨谟行趦?nèi)。

2.3 安裝階段

防爆電氣在選型、設(shè)備本身防爆性能滿足要求的情況下，最重要的就是安裝問題。

①隔爆型設(shè)備不能擅自更改內(nèi)部元件，若內(nèi)部元件變化可能會(huì)引起壓力重疊、溫度組別的變化或其他情況變化導(dǎo)致防爆合格證失效。隔爆型設(shè)備內(nèi)部元件變化后應(yīng)進(jìn)行重新評(píng)定，取得變更后的防爆合格證方可安裝[7]。加注躉船涉及的儀表多為本安型，安裝的關(guān)聯(lián)設(shè)備安裝在隔爆箱中時(shí)要重新進(jìn)行防爆認(rèn)證。

②加注躉船安裝的隔爆型配電箱、隔爆型燈具、隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、隔爆型變送器等主體結(jié)構(gòu)為隔爆型，選用的防爆電纜引入裝置防爆型式也應(yīng)為隔爆型；只有當(dāng)防爆電氣設(shè)備主體的引入口螺紋孔是隔爆螺紋時(shí)，才允許與防爆電纜引入裝置螺紋連接，引入裝置的規(guī)格參數(shù)要與引入口螺紋相匹配[8]。

③加注躉船安裝的接線箱、啟停按鈕等主體結(jié)構(gòu)為增安型，選用的電纜引入裝置防爆型式也應(yīng)為增安型，電纜引入裝置與設(shè)備外殼之間的防護(hù)措施應(yīng)保證與使用環(huán)境相適應(yīng)，至少保證防護(hù)等級(jí)不低于IP54；當(dāng)連接螺紋是錐形螺紋時(shí)，內(nèi)、外螺紋應(yīng)有相同的公稱尺寸，擰緊電纜引入裝置。

④加注躉船防爆照明燈具應(yīng)按規(guī)定保持其防爆結(jié)構(gòu)及完整性，光源種類、型號(hào)和功率應(yīng)符合危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)和產(chǎn)品技術(shù)條件的要求；燈具安裝方式應(yīng)與說明書規(guī)定相符。

⑤加注躉船電池間安裝的隔爆型配電箱、聲光報(bào)警器、燈具和探測(cè)器，當(dāng)外殼內(nèi)含有點(diǎn)火源時(shí)，設(shè)備須配接填料函式引入裝置。

⑥加注泵船安裝的儀表設(shè)備用電纜需要導(dǎo)管或撓性管保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用過渡壓緊元件，先將密封圈、墊圈抱緊電纜，確保引入口密封，再與導(dǎo)管或撓性管連接，導(dǎo)管或撓性管只起到對(duì)電纜的機(jī)械保護(hù)作用(圖2)。

圖2 有導(dǎo)管或鋼管保護(hù)的非鎧裝電纜引入裝置 Fig.2 Non-armored cable entry device with conduit or steel pipe protection

⑦加注泵船電氣設(shè)備用的電纜為鎧裝電纜，應(yīng)選用專用于壓緊鎧裝層的鎧裝電纜引入裝置，鎧裝電纜引入裝置分為雙密封電纜引入裝置和填料電纜引入裝置。

當(dāng)采用雙密封結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜引入裝置時(shí)，電纜應(yīng)該是致密的、具有內(nèi)護(hù)套且內(nèi)護(hù)套為圓形的鎧裝電纜，前端引入口端密封圈的內(nèi)徑與電纜內(nèi)護(hù)套外徑相匹配(建議允許差值為±1mm)，尾端引入口端密封圈的內(nèi)徑與電纜外護(hù)套相匹配。

當(dāng)采用填料式鎧裝電纜引入裝置時(shí)，芯線之間應(yīng)被填料填充，如填料為A/B雙組分防爆膠泥，電纜芯線應(yīng)分開澆封，填料凝固后應(yīng)不透水、不收縮、沒有裂紋；安裝的填料最小長(zhǎng)度應(yīng)為20mm，并保證沿密封填料長(zhǎng)度20mm各點(diǎn)上至少有20%的橫截面積被填充(圖3)。

圖3 鎧裝電纜引入裝置 Fig.3 Armored cable entry device

⑧本質(zhì)安全系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)設(shè)備(如安全柵)若安裝在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，本安端子的位置及本安端子與非本安端子之間的距離不得小于50mm，安全柵的本安端子與箱體內(nèi)壁的距離應(yīng)大于3mm；若安裝在安全區(qū)內(nèi)，則不需要安裝在防爆外殼中，但其安裝距離也需符合以上規(guī)定。本安設(shè)備、關(guān)聯(lián)設(shè)備及連接的本安線纜應(yīng)符合本安系統(tǒng)描述性文件要求。

2.4 驗(yàn)收階段

船廠防爆電氣安裝單位須建立施工前后的檢查、記錄制度，施工記錄應(yīng)在項(xiàng)目完工驗(yàn)收時(shí)移交給業(yè)主，施工安裝記錄須明確安裝時(shí)間、安裝人員，并建立防爆電氣設(shè)備檔案。防爆電氣設(shè)備臺(tái)賬至少應(yīng)包括：危險(xiǎn)區(qū)域、位號(hào)、設(shè)備名稱、型號(hào)、防爆標(biāo)志、防爆合格證號(hào)、防護(hù)等級(jí)、制造商、出廠編號(hào)/出廠日期、安裝日期。

加注躉船投入運(yùn)行之前工程竣工交接驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)委托國家授權(quán)的防爆電氣檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)工程項(xiàng)目安裝的防爆電氣設(shè)備進(jìn)行初始檢查，取得防爆電氣檢查報(bào)告。安裝單位應(yīng)當(dāng)對(duì)不合格項(xiàng)進(jìn)行整改，直至檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)驗(yàn)收合格。

3 結(jié) 論

液化天然氣燃料加注躉船作為一種新型的LNG能源加注設(shè)施，在國家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略下必將蓬勃發(fā)展，隨之帶來的安全問題也成為了關(guān)注的重點(diǎn)，特別是防爆安全問題。

本文針對(duì)防爆電氣設(shè)備安全問題，從加注躉船建造過程中的設(shè)計(jì)選型、采購驗(yàn)收、安裝和驗(yàn)收4個(gè)階段對(duì)防爆電氣設(shè)備管理提出了切實(shí)可行的對(duì)策，特別是考慮了環(huán)境條件對(duì)防爆設(shè)備設(shè)計(jì)選型的要求。形成一套完整的加注躉船建造階段防爆電氣管理要求，有利于液化天然氣加注躉船制造質(zhì)量的提升，有利于船舶防爆電氣設(shè)備工程建造管理能力的提高，最終保障防爆電氣設(shè)備本質(zhì)安全?！?/p>