吳鳳輝

(中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

艦船危險區(qū)域劃分及相關(guān)設(shè)計要點

吳鳳輝

(中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

考慮到艦船設(shè)計過程中，危險區(qū)域的劃分與設(shè)計是與安全性直接相關(guān)的重要工作，根據(jù)艦船特點，分析艦船危險區(qū)域的概念，提出危險區(qū)域的分類方式，明確艦船危險區(qū)域所覆蓋的基本范圍，針對各類危險區(qū)域，從總體設(shè)計、電氣設(shè)計等方面提出安全設(shè)計措施。

艦船；危險區(qū)域；爆炸

軍用艦船在有限的空間內(nèi)裝載有大量燃料、彈藥等危險品，因此難以避免會存在爆炸等各類危險。為提高艦船的安全性，需分析確定危險區(qū)域的類型，并在設(shè)計中有針對性地采取防止危險發(fā)生的各類措施。文中參考國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和文獻(xiàn)，結(jié)合艦船實際經(jīng)驗系統(tǒng)地提出艦船危險區(qū)域的劃分方法與設(shè)計措施，供艦船安全性設(shè)計參考。

1 艦船危險區(qū)域的概念

在GB/T 17436—1998 《船舶危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選用》[1]中，危險區(qū)域定義為通?？赡芊e聚可燃性或爆炸性氣體或蒸汽的區(qū)域。

在GJB 3843—99《艦船裝備危險部位及安全標(biāo)志的一般要求》[2]中，對危險部位定義為艦船上可能損傷或危害人身健康的處所或區(qū)域。

以上兩種定義，第一種從危險事件的起源角度定義，第二種從危險事件的危害角度定義，共同反映了危險區(qū)域的因果關(guān)系。

綜合兩種定義特點，艦船危險區(qū)域可定義為艦上可能積聚可燃性或爆炸性氣體而對人員或設(shè)備產(chǎn)生爆炸性危害的處所或區(qū)域。

1)從廣義講，危險區(qū)域除包含爆炸危險區(qū)域外，還應(yīng)包括火災(zāi)危險區(qū)域、電磁危險區(qū)域、輻射危險區(qū)域等;且爆炸危險區(qū)域也可包含因燃燒等化學(xué)性原因而引起的爆炸，以及因超壓等物理性原因而引起的爆炸[3]。但在實際工作中，由于化學(xué)性爆炸更為普遍，危害性更大，因此在多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中危險區(qū)域概念已基本等同于化學(xué)性爆炸危險區(qū)域。

2)艦船危險區(qū)域的危險源主要針對可燃性或爆炸性氣體，加之氣體較固體更難以控制，因此安全性措施以氣體為主要對象。

3)爆炸危害的對象除人以外，還包括設(shè)備，這與安全性定義及實際情況是一致的。

2 艦船危險區(qū)域的劃分

2.1 危險區(qū)域的分類

關(guān)于危險區(qū)域劃分，世界上存在多種體系，其中主要包括美國電氣規(guī)程委員會的NEC標(biāo)準(zhǔn)體系以及國際電工委員會的IEC標(biāo)準(zhǔn)體系[4]。

美國電氣規(guī)程委員會的NEC體系根據(jù)危險品的特性將危險區(qū)域劃分為3級，各級又根據(jù)危險品出現(xiàn)的可能性分成1區(qū)和2區(qū)，“級”和“區(qū)”共同構(gòu)成了危險區(qū)域的劃分體系。NEC標(biāo)準(zhǔn)體系中各級危險區(qū)域如下。

Ⅰ級。易燃?xì)怏w或蒸汽會以足能產(chǎn)生爆炸或形成燃燒混合物的數(shù)量在大氣中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的區(qū)域。

Ⅱ級。存在易燃粉塵的危險區(qū)域。

Ⅲ級。有易燃纖維或粉塵存在，但懸浮于空氣中的數(shù)量沒有達(dá)到足以產(chǎn)生燃燒混合物的危險區(qū)域。

國際電工委員會的IEC標(biāo)準(zhǔn)體系根據(jù)危險品出現(xiàn)可能性將危險區(qū)域劃分為3類，設(shè)計中根據(jù)危險品特性等因素采取規(guī)定措施。IEC標(biāo)準(zhǔn)體系中危險區(qū)域分類如下。

0 類危險區(qū)域。爆炸性氣體混合物連續(xù)或長期存在的區(qū)域。

1 類危險區(qū)域。在正常運行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的區(qū)域。

2 類危險區(qū)域。正常運行時，不大可能產(chǎn)生或積聚爆炸性氣體混合物的區(qū)域，此類區(qū)域即使產(chǎn)生或積聚也只存在很短時間。

目前，IEC標(biāo)準(zhǔn)體系已為國際海事組織、德國、英國、挪威、中國等大量國家或機構(gòu)采用，應(yīng)用范圍更廣、配套技術(shù)也更為完善。

對于艦船危險區(qū)域劃分，為與國際主流標(biāo)準(zhǔn) 體系及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系配套，應(yīng)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)體系或與之相當(dāng)?shù)膰鴥?nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系，如GB 3836系列等。

2.2 危險區(qū)域的界定

在IEC或國內(nèi)相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)體系中，對于艦船危險區(qū)域只給出原則性的要求，并未明確具體范圍。因此，艦船設(shè)計中需基于IEC或國內(nèi)相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)體系中的原則要求，根據(jù)易燃易爆危險品的特性、釋放頻度、持續(xù)時長，以及區(qū)域周界封閉情況、通風(fēng)情況等對艦船0類、1類、2類危險區(qū)域進(jìn)行界定。

2.2.1 0 類危險區(qū)域

根據(jù)危險區(qū)域的分類內(nèi)涵，提出0類危險區(qū)域主要包括：閃點小于或等于60 ℃的可燃液體或易燃?xì)怏w的液體艙柜或管路內(nèi)部，例如汽油庫內(nèi)部等。對于可燃液體，國內(nèi)外船舶設(shè)計均把閃點是否達(dá)到60 ℃作為油料是否安全的界限，小于或等于60 ℃認(rèn)為具有危險性，而超過60 ℃一般認(rèn)為相對安全[5]。

2.2.2 1 類危險區(qū)域

根據(jù)危險區(qū)域的分類內(nèi)涵，提出1類危險區(qū)域的主要范圍如下。

1) 貯存或釋放易燃、易爆氣體的區(qū)域，如油漆間、乙炔間、蓄電池室等。

2)彈藥貯存區(qū)域。

3)布置閃點小于或等于60 ℃燃油或易燃?xì)怏w油柜、管路或機器的區(qū)域。

4)液體溫度能升高至高于其閃點以下10 ℃的裝有閃點高于60 ℃的液體或燃油(噴氣燃料除外)的液艙、容器、加熱器、管路等。

2.2.3 2 類危險區(qū)域

根據(jù)危險區(qū)域的分類內(nèi)涵，提出2類危險區(qū)域的主要范圍。

1)可能有較少爆炸危險氣體溢出的通風(fēng)口或透氣口周圍半徑為3 m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

2)可能有較多爆炸危險氣體溢出的通風(fēng)口或透氣口周圍半徑為10 m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

3)閃點小于或等于60 ℃的燃油補給接收裝置周圍3 m的球形區(qū)域或露天甲板上的半封閉艙室。

4)與1類危險區(qū)域直接毗鄰，其間具備關(guān)閉物，但因設(shè)計或使用等原因難以完全密性分隔的區(qū)域。

由于艦船危險區(qū)域存在爆炸危險，且其配套措施會占用總體資源，并增加采購成本，因此，在滿足使用和安全要求的前提下，在艦船設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能控制危險區(qū)域的范圍。

3 危險區(qū)域的設(shè)計

發(fā)生爆炸危險必須同時具備以下條件[6]。

1)存在易燃?xì)怏w、液體的蒸氣。

2) 上述物質(zhì)與空氣混合且質(zhì)量濃度在爆炸極限范圍內(nèi)。

3)存在足以點燃爆炸性混合物的火花、電弧或高溫等引爆源。

艦船危險區(qū)域的防爆主要針對以上引爆條件采取措施。

3.1 總體安全性設(shè)計

艦船危險區(qū)域需從總布置、船體結(jié)構(gòu)、探測報警、通風(fēng)消防等方面采取安全設(shè)計措施。

在總布置方面，為避免火災(zāi)等外部因素引起危險區(qū)域內(nèi)的爆炸，危險區(qū)域的布置宜盡量遠(yuǎn)離廚房、機艙等易于發(fā)生火災(zāi)的場所，而若無法避免，則需考慮設(shè)置防火分隔等措施予以保障。此外，軍用艦船因設(shè)置有大量雷達(dá)天線，而電磁波在特定情況下也可能成為引爆源，因此天線布置也應(yīng)盡量遠(yuǎn)離危險區(qū)域。

危險區(qū)域的危險品常以氣體或液體形式存在，因此為防止可燃?xì)怏w或液體擴散，若危險區(qū)域具有實體邊界，其與非危險區(qū)域間的分隔應(yīng)氣密或水密，并從船體結(jié)構(gòu)、門或蓋等關(guān)閉物、電纜穿艙填料等方面予以保障。

對于易于積聚可燃?xì)怏w的危險區(qū)域宜配置可燃?xì)怏w監(jiān)測報警裝置和防爆通風(fēng)裝置，且相應(yīng)裝置應(yīng)為防爆型。

危險區(qū)域內(nèi)的機械裝置、電氣設(shè)備、管系等設(shè)施應(yīng)通過焊接、栓接、導(dǎo)線連通等方式可靠連接于船體，以確保靜電安全耗散。

3.2 電氣安全性設(shè)計

對于艦船危險區(qū)域，在設(shè)計及施工過程中應(yīng)盡量減少設(shè)置電氣設(shè)備，若因特殊原因必須設(shè)置時，則應(yīng)根據(jù)危險區(qū)域類別和危險品的特性等選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備。

電氣設(shè)備有8種防爆類型[7]，但艦船一般只應(yīng)用本安型(i)、隔爆型(d)、正壓型(p)、增安型(e)、和無火花型(n)5種，各類型具體含義如下。

本安型(i)。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的形式。本安型設(shè)備根據(jù)容許故障數(shù)和電流差異又可分ia和ib兩級，其中ia級更為安全。

隔爆型(d)。電氣設(shè)備外殼能承受住通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物的內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會點燃外部由一種或多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環(huán)境的防爆形式。

正壓型(p)。電氣設(shè)備內(nèi)部保護(hù)氣體壓力高于周圍爆炸性氣體環(huán)境的壓力，阻止外部氣體進(jìn)入電氣設(shè)備外殼的防爆形式。

增安型(e)。對在正常條件下不會產(chǎn)生電弧或火花的電氣設(shè)備進(jìn)一步采取措施，提高其安全程度，防止電氣設(shè)備產(chǎn)生危險溫度、電弧和火花的可能性的防爆形式。

無火花型(n)。在正常運行條件下，不會點燃周圍爆炸性混合物，且一般不會發(fā)生有點燃作用故障的電氣設(shè)備防爆形式。

艦船上電氣設(shè)備的防爆形式應(yīng)與安裝所在危險區(qū)域的類別相適應(yīng)，見表1。

對于防爆電氣設(shè)備，根據(jù)其應(yīng)用場所的差異分為兩類：Ⅰ類，適用于煤礦、井下；Ⅱ類，適用于除煤礦、井下之外的所有場所，包括艦船。

表1 電氣設(shè)備防爆形式

本安型設(shè)備根據(jù)其最小引燃電流分成A、B、C 3個級別，隔爆型電氣設(shè)備根據(jù)其最大試驗安全間隙，也分成A、B、C 3個級別，其中C級更為安全。正壓型、增安型、無火花型沒有級別的劃分。

各種類型防爆電氣設(shè)備在正常工作狀態(tài)下都有其表面工作溫度，該溫度若超過可燃?xì)怏w的燃點則會爆炸，所以又按其工作時的表面溫度分為T1至T6共 6個組別，從組別T1 ～T6表面工作溫度逐次降低。

在危險區(qū)域的電氣設(shè)備選取過程中，艦船上的危險處所都要使用Ⅱ類設(shè)備。至于“級”與“組”，則需根據(jù)危險區(qū)域內(nèi)可能存在的爆炸性氣體的性質(zhì)來確定。由于成本差異，所選設(shè)備適當(dāng)即可，并非“級”別和“組”別越高越好。在GB3836.1—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求》[8]的附錄中所列的可燃性氣體溫度組別中，屬T6組的僅亞硝酸乙酯，屬T5組的僅二硫化碳?？梢姡灰灤舷鄳?yīng)區(qū)域不裝載二硫化碳以及亞硝酸乙酯等危險品，選用ⅡC T4防爆等級的電氣設(shè)備就能全部滿足要求。但是，若無法確定危險品的品種和特性時，則電氣設(shè)備的選擇宜適當(dāng)保守。

危險區(qū)域內(nèi)敷設(shè)的電纜僅限于本安型電路，且電纜應(yīng)具有鎧裝或編織的屏蔽層，否則應(yīng)安裝在鋼質(zhì)氣密套管內(nèi)，以進(jìn)行可靠保護(hù)。信號、控制和內(nèi)通系統(tǒng)的本質(zhì)安全電路應(yīng)與艦上供電系統(tǒng)分開[9-10]。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司708研究所.GB/T 17436—1998 船舶危險區(qū)域防爆電氣設(shè)備的選用[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[2] 海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局.GJB 3843—1999 艦船裝備危險部位及安全標(biāo)志的一般要求[S].北京：總裝備部軍標(biāo)出版社，1999.

[3] 李長文. 防爆安全技術(shù)實用手冊[M]. 天津：天津電子出版社，2004.

[4] 李明亮.海詳工程危險區(qū)域劃分探討[J]. 中國海洋平臺，1998，13(5/6)：32-35.

[5] 張灼端.液貨船的危險區(qū)域與電氣設(shè)備選用[J]. 造船技術(shù)，2002(2)：16-21.

[6] 馬 寧. 淺談氣體爆炸危險區(qū)域劃分[J]. 電氣防爆，2008(4)：14-16.

[7] 劉 寧.淺析爆炸危險區(qū)域的劃分及防爆電氣設(shè)備的選型[J]. 石油化工安全技術(shù)，2005，21(3)：47-52.

[8] 全國防爆電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB3836 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[9] 付俊明.液化氣體船舶設(shè)計建造中值得注意的問題[J]. 船海工程，2012，41(4)：45-47.

[10] 董海杰，李 彤.浮式生產(chǎn)儲油船(FPSO)消防系統(tǒng)設(shè)計[J]. 船海工程，2012，41(4)：33-37.

Compartmentalization and Design Cruces of Warship Hazardous Areas

WU Feng-hui

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

In the progress of design for warships, compartmentalization and design of warship hazardous areas is an important job connected to warship safety. Base on characteristics of warships, the definition of warships hazardous areas is analyzed to put forward the method to classify hazardous areas, and to confirm the range of warships hazardous areas. In light of various kinds of hazardous areas, the safety measures are put forward from view of general design and electric design.

warship; hazardous area; explosion

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.01.022

2014-09-01

國防科工技術(shù)基礎(chǔ)項目 (JSJC 2013207BB01)

吳鳳輝(1979-)，男，學(xué)士，工程師

U662.2

A

1671-7953(2015)01-0086-04

修回日期：2014-09-25

研究方向:船舶總體設(shè)計

E-mail:Dreamfly701x@163.com