油船货泵舱机械通风系统自动控制探索

【摘要】至今为止油船货泵舱机械通风系统都是由手动操作，通过控制通风时长保障货泵舱的换气量，以致保证安全。而各类规范、规则、指南也都是规定用货泵舱总容积的换气次数来设计换气量。目前，随着可燃气体探测系统性能的提高，为货泵舱机械通风系统的实时控制提供了基础，通过物流设备管理视角下对现有可燃气体探测系统的改造，实现对货泵舱机械通风系统的自动控制。

【关键词】货泵舱;通风系统;气体可燃下限(LEL);探测系统;控制

船舶和船用产品的设计、制造和检验是以船舶应遵守的相关规范、规则、指南为基础的，规范、规则、指南是以工业发展水平、设备制造能力为基础并考虑船舶和设备发展方向等因素来制定的。因此，规范、规则、指南的某些条款的规定往往迟后于船舶和设备的研发制造，油船货泵舱(包括货物区域内的压载泵舱)机械通风系统就是一例。目前，可燃气体探测系统的研发制造水平为油船货泵舱机械通风系统的设计带来了新的思路，规范、规则、指南中相关条款的规定也有商榷修改的必要。

1现行油船货泵舱机械通风系统的相关规定

1．1现行《钢质海船入级规范》规定①根据货泵舱总容积，换气次数每小时应为20次;②货泵舱的照明应与通风联锁，使得在开启照明时即开始通风;③要求货泵舱风机为无火花的风机;④应安装一个持续监测碳氢化合物气体浓度的系统，如其浓度达到预先设定的不高于可燃气体可燃下限10%时，应能激发报警信号等［1］。1．2现行《国内航行海船法定技术经验规则》规定①货泵舱应采取机械通风，从通风机排除的气体应引至开敞甲板上的安全地点。这些舱室的通风能力应足以最大限度地降低易燃蒸气剧集的可能性。换气次数应至少为每小时20次，根据该处所的总容积确定;②应采取抽吸式通风并使用无火花型风机;③应保证主照明与通风系统联锁，使得在开启照明时即开始通风等［2］。1．3现行《钢质内河船舶建造规范》规定①应设有固定的机械抽吸式通风系统;②应保证货泵舱换气不少于20次/小时;③通风机应为无火花型;④应能在货泵舱的外面进行操作，并在该舱室的出入口附近设置告示牌，说明至少在通风系统工作15分钟以后方可入内等［3］。1．4现行《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》规定若加油泵设置在独立油泵舱内，则油泵舱应采取机械式抽风系统进行换气，换气次数不小于20次/小时;等规定［4］。1．5现行《油船营运检验指南》指出①应保证主照明与通风连锁，即开启照明前就开始通风，石油公司要求在开启照明前先行通风6～20分钟;②应配置可燃气体探测设备，石油公司要求在花铁板以上1米处和泵舱上部安装探头等［5］。

2目前油船货泵舱机械通风设置

某油船货泵舱风机启动原理示意如图1所示:从图1可知，货泵舱风机通过按钮SB1、SB2控制启动停止，交流接触器KM控制电源通断，时间继电器KT通过中间继电器K1控制泵舱照明延时联锁，热继电器KTH通过交流接触器KM控制电源切断并接通故障报警。风机容量依据货泵舱总容积并考虑每小时换气次数20次计算确定。风机启动停止由人工操作控制［6］。

3目前油船货泵舱通风设置的基点和问题的提出

3．1目前油船货泵舱通风设置的基点油船货泵舱通风设置目的:一是保证环境安全;二是保证人员生命安全;当然还应包括保证设备使用安全［7］。众所周知，燃烧有三要素，即可燃物、助燃物、火源，如图2所示:三要素中只要控制其中之一就可防止燃烧发生，目前对油船货泵舱主要采用的是稀释助燃物(油气)的方式即通过通风降低油气浓度来控制燃烧和爆炸的发生，这也是油船货泵舱通风设置基点。稀释油气浓度至气体可燃下限(LEL)以下，即可保证货泵舱的环境安全。油气中含有一定比例的有毒有害物，会对人体会造成危害［8］，人体可接受油气浓度限度比LEL要低很多，进一步稀释油气浓度至人体可接受油气浓度限度以下，即可保证进入货泵舱工作人员的生命安全。3．2油气浓度、硫化物对人体伤害典型反应油气是一种成分十分复杂的混合物，就其化学元素而言，主要是碳元素和氢元素组成的多种碳氢化合物，统称“烃类”，由于原油品种则纷繁众多，油气虽成分比例有所不同，但基本元素类似。一般而言，成分组成为:碳元素占83%～87%，氢元素占11%～14%，其它部分则是硫元素(硫化氢、硫化物、二硫化物和单质硫)占1%～3%、氮元素(带胺基的碱性化合物)低于1%、氧元素(存在于二氧化碳、苯酚、酮和羧酸等有机化合物中)低于1%、及金属元素(镍、铁、钒、铜、砷)低于1%、盐类低于1%(氯化钠、氯化镁、氯化钙)等。而油气对人体伤害的程度是以油气浓度对LEL的占比量来标定的。油气浓度(体积比)对人体伤害典型反应如表1所示:硫化物对人体伤害是巨大的，其中H2S最大。H2S浓度(体积比)对人体伤害典型反应如表2所示:3．3问题的提出从1、2和3．1所述可知，目前相关规定和设计都是以换气量和通风时长使油船货泵舱中的油气浓度达到相对“干净”程度，这些规定虽是许多年使用经验的总结，但也是以过去设备制造水平为基础而做出的“权宜之计”。从原理上说，对于货泵舱只需在油气浓度超过LEL时，启动通风系统进行通风，当到达LEL以下某值时停止通风即可。同理，当人进入液货泵舱前，只需在油汽浓度超过人体可接受油气浓度限度时，启动通风系统进行通风，当到达人体可接受油气浓度限度以下某值时停止通风即可。从3．2所述可知，人体可接受油气浓度限度比LEL要低很多，作为实例，一般而言，对于油船只有在通风至可燃下限(LEL)1%、其“烃类”、H2S浓度在10ppm时，人员方可进入液货泵舱。至今为止油船货泵舱机械通风系统启动停止由人工手动操作控制，通风时长的掌握基本凭经验予以控制。目前我国船用各类探测设备的设计制作水平已有大幅度提高，为解决油船货泵舱机械通风系统自动控制提供了基础，从严谨科学的精确测量角度而言，也有必要对货泵舱机械通风系统的设置设计思路予以重新考虑。

4物流设备管理视角下油船货泵舱机械通风系统的自动控制

4．1气体探测系统目前的气体探测系统包括气体探测器和气体报警控制器两部分，之间通过安全绝缘栅联接［9］，如图3所示:图3某船舶气体报警系统示意图目前的探测器专业制造厂家针对油气的成分，开发了多种型式的气体探测器，根据探测气体种类分类有:Hydrocarbons、CO、O2、H2S、CH4等，也有将几种气体组合测量的探测器，用来测量环境的可燃、缺氧、有毒性。当前的制造的上述探测器多为船舶报警所设，一般用在船舶的1类危险区域之中，其主要技术指标一般为:工作电压:24V;分辨率:1%LEL;标准量程:0～100%LEL;工作方式:连续监控;工作温度:－40～70℃;响应时间:≤30s;输出设置:4～20mA，2个开关量(1常闭1常开);防爆等级:ExdⅡCT6;外壳防护等级:IP66/IP67等。气体报警控制器是接受气体探测器发来信号，并进行处理的装置。目前气体报警控制器专业制造厂家制造的产品，基本能接受任何型式的气体探测器的信号，可以根据船舶设计要求和客户要求，实现连续监控、相关记录、高低值报警、主备电源转换、主备电源故障报警、声光报警、延伸报警、消声消光、检测、复位、设置多个复视器等功能。4．2通风系统的改进思路通过气体报警控制系统加以改造来控制货泵舱风机的启停。在气体报警控制器中增加“货泵舱风机控制处理单元”，在货泵舱风机控制中增加“常开触头”与图1中风机的手控启动按钮(图1中5、6节点)并联，增加的“常开触头”由“货泵舱风机控制处理单元”进行控制。当从气体探测器获取探测结果高于某一值时，“货泵舱风机控制处理单元”给出信号，“常开触头”闭合，启动货泵舱风机;当从气体探测器获取探测结果低于某一值时，“货泵舱风机控制处理单元”给出信号，使闭合的“常开触头”断开，停止货泵舱风机。4．3风机启动停止点的选取目前的气体报警控制器产品生产厂家在产品出厂前都预设有20%LEL低位和50%LEL高位二个报警点。在1．1．4中有规定要求在不高于10%LEL时，应能激发报警信号。从防燃防爆的角度而言，泵舱风机的启动值可定在油气的90%LEL左右即可;从保障人体安全的角度而言，人员进入货泵舱时最好在1%LEL以下，再者过去的实验证明当换气次数达到每小时20次时货泵舱的LEL也在1%以下，因此，泵舱风机的停止值可定在油气的1%LEL左右较为合理。因此，建议报警和风机启停值设置为:≤1%LEL时:风机停止;≤10%LEL时:报警;90≥%时:风机启动［10］。4．4气体探测器的安装位置和安全指示气体探测器一般的安装位置应高出释放源0．5m至2m之间，且应尽量避免安装在进出风口处。考虑到可燃气体的集聚，应在易集聚的货泵舱的顶部需安装探头。探头的测量覆盖范围一般为7．5m左右，具体探头的安装数量可根据货泵舱大小和形状以及空间的空气流动情况确定。为保证人员进入货泵舱安全，可在货泵舱门上适当位置设置“红色”安全警示灯，与报警系统联锁，当安全时，安全警示灯熄灭，表示人员可进入，否则，不可进入。

5结束语

通过对油船气体报警系统的设计改造，使之成为“油船气体报警和风机控制系统”，可以对货泵舱风机予以自动控制。鉴于建立了“油船气体报警和风机控制系统”，规范、规则、指南有关货泵舱风机的规定可考虑与其相适应的修改。

作者：颜佐军 单位：中国船级社