北极地区航行货船的电气设备配置

陆毅华++江传平

摘 要：根据北极地区可能的航行条件、国际规范规则和现行船级社的要求，研究北极地区航行货船的电气设备配置要求，为船厂建造极地冰区适航货船提供电气设备配置方面的预研资料。

关键词：极地航行；东北航道；极地货船电气设备配量

中图法分类号：U662.3 文献标识码：A

Requirements for Electric Equipment of Polar Cargo Ships

LU Yihua， JIANG Chuanping

（Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.Guangzhou 510725）

Abstract：This paper introduces the requirements for electric equipment or facilities of cargo ships sailing at polar areas based on the polar sailing conditions， the related international rules and regulations and requirements of classification society.

Key words：Sailing at polar areas；Northeast sea route；Electrical requirement for polar cargo ship

1 北极—穿越冰盖的航线

北极是世界的最高极，也是沟连太平洋与大西洋的新通路。温室气体排放使全球平均气温升高，对北极产生了可见影响，格棱兰岛和斯瓦尔巴群岛之间的弗拉姆海峡，其海水表面平均温度较上个世纪上升了1.9 ℃，海峡冰情由常年坚冰变为冬季约1 m厚的新冰，八月夏季时冰层能基本融化，可以期望在不久的将来，北极冰区将存在一个夏季航行时间。北极航路沟连太平洋与大西洋，能缩短东亚至欧洲和北美之间约一半的海路距离，尤其对我国具有极大的经济和战略意义。

1.1 目前欧亚航线与北极航线的分析比较

（1）苏伊仕运河航线：航程约10 760 n mile，航行约35天，且运河及马六甲海峡拥堵、海盗威胁；

（2）巴拿马运河航线：航程约14 140 n mile，航行约40天，且运河及马六甲海峡拥堵、海盗威胁；

（3）非洲好望角航线：航程约12 070 n mile，航行约46天，且西风带恶劣海况、马六甲海峡拥堵、海盗威胁；

（4）北极航线（东北航道）：航程约6 730 n mile，航行约22天，但只能夏季在破冰船协助下通行，船舶等级要求高、航行风险高、不可控因素多、通行管理费用高，不过综合下来仍可以节约成本与时间。

例如：

2009年7月，2艘德国货船由韩国经北方航道到达俄罗斯扬堡港，最后抵达荷兰鹿特丹，每航次/艘节省航行成本约30万欧元；2010年9月，挪威最高冰级散货船“北欧巴伦支”号经北方航线向中国运送了4万t铁矿石，航程减少1/3，时间减少8天，节省燃料费约18万美元。

1.2 未来北极三条可能的夏季航线

（1）西北航道：理论上7年中有1年夏季能通航，按目前碳排放增涨的速度，可望本世纪中叶每2年有1年能通航，具体航线为：北美洲东北部--大西洋北--格陵兰岛以西的戴维斯海峡--北极圈—加拿大东北—阿拉斯加北—白令海峡—北极圈—太平洋（日本横滨或中国港口）。

（2）东北航道：目前最可行的北极航道，可使欧亚航路较目前航线节省40%航程，2012年已有在破冰船的帮助下46次成功的商业通行记录。具体航线为：北欧荷兰鹿特丹--格陵兰岛以东的弗拉姆海峡—巴伦支海—北极圈—喀拉海—白令海峡—北极圈—太平洋（符拉迪斯托克、日本横滨或中国港口）。

（3）北冰洋航道：其航程将较东北航道节省约20%，但只有PC6以上冰级的船舶才具有理论上穿越的可能，航线具体为：

格陵兰海或挪威海--弗拉姆海峡—巴伦支海--北极点可航行区域--—白令海峡—北极圈—太平洋（日本横滨或中国港口）。

北极航线的航行风险较大，对船舶冰级要求高、动力要求更高，船舶建造成本较常规船至少高出一倍。虽然东北航道通航时间已经能达到5个月，但季节性航道影响集装箱班轮公司对成本的控制，同时对该航道还有主权争议，使单船通航成本高于苏伊仕和巴拿马运河的收费标准，而且航线港口条件较差，等这些都是穿越北极航线的不利因素。

1.3 北极航行面临的两大问题

极地航行面临的两大问题是冰情与低温，电气设计主要面对的是低温等级问题，而冰情应对措施主要是告警信息及冰山探测，PC5以上的极地船需要增加冰区雷达设备。本文从电气设计角度仅考虑北极东北航道低温情况作如下方面研究：

（1）目前电气保温、防冻、防冰、除冰较易采取的技术措施；

（2）导航、通信、照明设备的特别要求；

（3）调查能适应极地工况电气设备的供货厂家及设备证书情况。

（4）规范规则主要参考IACS的极地船规范、SOLAS第14章、DNV和俄罗斯船级社对冰区和极地航行船舶的要求。

2 北极地区环境状况

（1）冰况：冰层的厚度直接影响船舶的航行，造成动力损耗并可能危及船体结构。根据成冰情况可分为流冰、一年冰、陈年坚冰；根据冰层厚度，不同船级社的划分类似而略有不同；冰区所特有的冰山现象更是在航运史上造成过诸多重大海难事故；大范围冰区可能导致船员患上雪盲症。

（2）低温：极地的酷寒导致船体甲板结构挂冰，增加重量，影响稳性及设备的操控和运行；冰挂可能严重改变船上的通道情况，造成意外的船员跌伤、滑落、打击伤害；低温可能导致海员冻伤甚至致命。endprint

（3）烈风：高纬度海区特有的猛烈低温气旋可带来冰潮，砰击船体，带来重大安全隐患。

（4）大雾：严重影响视线，并在船体露天结构突出部和风绳上产生冰挂。

（5）洋流：高纬度的洋流带动浮冰或冰层对海上结构物产生冰压，危害结构安全。

（6）潮汐：高潮时浮冰近岸并堆积，低潮时冰层在岸边搁浅，日积月累在岸线上形成冰脊或冰包，阻碍船舶靠岸。

（7）落雪、冰雹和暴雨：除严重影响视线外，还可能损伤设备、产生冰挂、危害人身安全。

（8）极昼或极夜：北极极昼在春分时节开始，至秋分时节结束，所以在北极地区夏季航行基本是极昼时段；若9月底仍在航，则可能遇到极夜情况。极昼/极夜即影响人的生物钟生理运行情况，也影响到视线范围。

（9）气温、海水温度与风速：北极圈内一般气温在-2 ℃以下，海水温度低于5 ℃，风速20 kn以上。

3 北极地区航行船舶的电气常规设备及措施

见表1。

4 北极地区航行船舶防冻要求及措施

（1）船舶应保证的基本性能：

船体强度；

水密完整性；

电站功能；

操舵功能；

疏排水及舱底泵功能；

压载能力；

锚绞设备的可操作性；

适航性等。

（2）船员生命安全性（救生艇、筏，走道等）：

各船级社有其具体的性能划分标准，及检验内容。

（3）设备要求和区域划分：

各船级社有其具体的设备要求及区域划分。

（4）船级社一般需要审查、检验的内容：

抗冰和除冰设备的布置图及其热量标示；

压缩空气供给重要设备周边机械处所的管线情况；

抗冰和除冰设备的电气参数及信号分配；

机械除冰布置、方式及位置；

专用人工除冰工具、服装、绳索等物品的贮藏室；

进行抗冰和除冰装置试验。

（5）抗冰和除冰装置的基本要求：

作用：采取护罩和/或足够的加热能力防止结冰，或在一个可接受的时间内（如4～6小时）除掉预期厚度（比如4～6 cm）冰层的能力；

气温：低于-20 ℃，或按适航区域最低记录气温再低10 ℃。

（6）加热能力（按DNV-GL要求）：

露天区域如甲板、工作平台、走道、梯道等：300 W/m2以上；上建： 200 W/ m2以上；栏杆扶手内部伴热：50 W/m；其他区域或部件：具体考虑。

（7）电路设计：

加热电缆或伴热管的布置和紧固方式要保证热量扩散到需要的设备或区域，配电箱上要求配功率或电流表，工作电路要有指示灯，电路要有绝缘监测和报警装置，操作控制装置应处于非结冰处所或带防冻装置。

5 北极地区航行船舶电气设计依据及设备厂家

5.1 参考DNV-GL船级社要求

（1）采用与船级冰级符号相适应的可在低温冰冻环境下工作的设备及材料；

（2）桥楼布置一般采取全封闭桥楼，配电加热玻璃、热空气吹扫和雨刮保证视线需求；

（3）电站功率除常规计算负荷外，增加电加热、电伴热、防冰设备负荷；

（4）除冰与抗冰系统，采取了电暖气、电伴热系统、设备自带加热线圈、蒸汽管线保温加热系统及控制与监测；

（5）极地导航系统新增加冰区雷达、卫星罗经等设备、配备自动气象站、计程仪与测深仪传感器；

（6）极地通讯设备符合SOLAS定义下A4海区对无线电设备的要求，为保障极地通讯后备手段，可根据规格书要求增加铱星电话系统和V-SAT卫星站；

（7）极地照明设备配置大功率遥控搜索灯、甲板照明设备、便携灯具等；

（8）信号设备符合船级社要求的航行信号灯、信号枪、烟花信号等，以及定位及示位用途的无线电或卫星信标器；

（9）其他设备如CCTV（闭路电视）设备等。

5.2 参考俄罗斯船级社要求

俄罗斯船级社对有抗冰能力的船舶赋予“ANTI-ICE”符号，大体要求与DNV-GL相同，但也有自己的另外规定，对甲板上电气设备、信号装置、无线电和导航设备的要求如下：

（1）无线电和航行设备的室外天线，包括鞭状天线及室外天线的匹配装置；

（2）航行灯；

（3）汽笛；

（4）OMPAS-SARSAT卫星应急示位标；

（5） 露天甲板上的主/应急照明灯；

（6）根据操作目的决定的摄像头；

（7）遥测装置和动力定位系统；

（8）安装于露天甲板的电缆，其测试温度较设计温度低10 ℃；

（9）甲板上的电机、开关和控制装置需有防冷凝加热器；

（10）甲板上无加热处所的电气设备需有较设计温度低10 ℃或不少于-40 ℃以下的检验认可；

（11）所有在露天甲板无加热处所的无线电设备需按较设计温度低20 ℃或不少于-40 ℃的标准，承受不少于-60 ℃的低温环境；

（12）所有在露天甲板无加热处所的航行设备要求同无线电设备；

（13）至少两部可从指挥位置控制的带有防冰加热功能的探照灯，可全向为锚绞、倒车和应急拖带提供照明；

（14）尾部至少2 n mile可见的人工控制的红色停泊闪光信号灯；

（15）可用尾部前进的双动船需按规则要求配多一套航行灯；

（16）桥楼、电报房、集控室、货控室、消防控制站、公共处所、病房、机修间、蓄电池间需配由应急电源供电的电暖气。

5.3 设备厂家调查

根据IACS及有关船级社的要求，大部份的设备与常规船无异，但室外或舷外传感器布置的设备应具有令船级社满意的冰区能力认可。除传统的俄罗斯及北欧国家的厂家外，国内厂家也已经或正在采取积极措施生产或开发可应用到极地环境下的设备及材料，但目前还是以-30 ℃以上的规格为主。

参考文献

[1]英国劳氏船级社CSSC报告：ICE AND COLD OPERATIONS （极地航

行）， 2011/3/15

[2]SOLAS第14章，DNV和俄罗斯船级社对冰区和极地航行船舶的要求

[3]百度北极海域及环境地理搜索词条endprint