6500立方米乙烯运输船配电设计研究

黄芳

摘 要：文章对6 500立方米乙烯运输船的配电系统进行了分析，根据相关规范的要求，对货物系统的主要设备技术参数进行了阐述，列举了货物系统的各种工况及负荷要求，并对全船电力负荷进行了分析及计算，总结了该船配电系统设计要点及特点，希望能对这种船型的配电系统设计起到一定的借鉴作用。

关键词：工况;电力负荷;配电系统设计

中图分类号：U674.133.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）12--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.039

1 概述

6 500立方米乙烯運输船是国内当前首个入中国船级社的双耳罐液化气船，有关货物系统的负荷及整船的配电设计有其特殊性。该船全长113米，型宽18米，设置两个半冷半压式单壁双联C型独立液货罐，货罐容积6 500立方米。该船货物系统设有两套液相接岸总管和两套气相接岸总管，接岸总管布置在船舯处，系统能同时进行两种不同货品的装载或卸载，每个贮运罐各设两台电动多级深井泵，可同时卸货，并可在背压5 kg/cm2环境条件下10小时内完成货物的卸载。

根据《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》10.2.6的要求，发电和配电系统及相关控制系统应设计成单个故障不会导致7.8.1要求的液货舱压力，和4.19.1.6要求的船体结构温度保持在正常营运限制内的能力丧失[1]。配电系统的设计为满足此要求做了特别处理，2号发电机设置了两个开关，分别向主配电板的左、右屏供电，实现了配电系统的双向冗余。

2 主要工况及电力负荷分析

2.1 主要工况下发电机使用情况

本船三台主柴油发电机和一台应急发电机提供船上电源，发电机使用情况如表1所示。在航行和装卸货过程中，最大负荷下只能用满两台发电机，要有一台发电机组作为备用，使发电机出现故障时仍能正常工作。

2.2 货物系统的主要设备及供电需求

液货罐：2个;甲板罐：1个;再液化装置：2套;液货泵：105 kW×4台;货物压缩机：350 kW×2台;制冷压缩机：280 kW×2台;货物压缩机滑油系统;货物装卸及处理系统;货物设备冷却水系统;货物阀门;阀门遥控系统;应急切断系统;货物监测、控制及报警系统;可燃气体探测系统;控制空气系统;货舱处所舱底水系统;货舱处所通风系统;液货舱压力释放系统;货物取样及泄放系统;惰气系统;乙二醇/水加热/冷却系统（含2台循环泵等）。主要供电要求如图1所示。

货物系统主要负荷有以下情况：

第一，在最大吸入压力下，使用两个负载货物压缩机装载/冷却单一等级的乙烯货物（869 kW）;

第二，大气压下单级乙烯货物的保压（394 kW）;

第三，使用所有货泵排放满载的氯乙烷（391 kW）;

第四，使用所有再液货装置，以最大吸力装载/冷却单级丙烯货物（639 kW）;

第五，常压下单级丙烯的保压（158 kW）;

第六，用货泵排放氨气&增压泵和货物加热器（304 kW）;

第七，惰化（303 kW）;

第八，用货泵、增压泵和乙烯蒸发器排放乙烯（227 kW）。

2.3 主要工况

根据船舶电力负荷计算书如表2所示，全船电力负荷系统包括七个方面：轮机设备、甲板设备、空调及制冷设备、厨房设备、照明设备、航行&通信设备、货物系统。全船电力负荷工况包括四个主要工况，其中，设计液货系统操作主要为五个工况（以乙烯货品为考核设计）：海上航行工况（乙烯储罐维持在常压状态）、海上航行工况（乙烯货物冷却）、进出港工况（乙烯储罐维持在常压状态）、进出港工况（乙烯货物冷却）、货物装载（乙烯货物冷却）。

2.4 电力负荷分析

本船可同时储运、装卸和处理货品清单中的任意一种或两种货品。系统配有两套再液化系统，再液化系统包括再液化装置、货物压缩机组、制冷压缩机组、相关热交换器以及处理容器等。按规范要求，再液化装置的制冷能力应能保持液货舱内的压力低于安全阀的最大允许调定值（MARVS）;在正常航行时，两套再液化装置冗余设计，可确保液货舱及甲板罐有恒定的压力和温度。

船舶涉及的工况较为复杂，具体由七种船舶工况和八种货物系统操作工况组合而成。船舶液货系统及辅助设备的最大电力消耗，按装载单一乙烯货品时的最大工况值，大致可分为：航行过程中的乙烯冷却或压力维持、装卸货过程中的乙烯货物冷却、进出港过程中的乙烯货物冷却或压力维持、乙烯装卸货。

其中，对于各种船舶工况下，乙烯冷却或压力维持所需的电力负荷，基本可由两台发电机组提供电力供应，一台发电机组作为备用。只有一种工况（进出港带侧推）需要三台发电机供电，为保证货物系统的安全，本船设计了侧推优先脱扣，若一台发电机出现故障，首先将侧推脱扣，保证两台发电机在网，满足船舶的正常工作需求。

3 配电系统设计方案

3.1 配电系统单线图

本船配电系统单线图如图2所示。

3.2 配电系统概述

本船设有主配电板，应急配电板，并有必要的区配电板和分电箱。电力系统为放射性，三线三相中线绝缘系统。电动机由主配电板，应急配电板或电力分电箱通过组合起动器或单个起动器供电。

本船在适当位置设置电力分电箱和照明分电箱，用于电能的分配，分电箱内设置塑壳式断路器，用于配电线路的过载保护和短路保护，并考虑适当的备用断路器或熔断器，备用量不少于10%。对于非重要负荷，当断路器的分断能力小于其安装点的最大短路电流，将采用具有足够分断路能力的断路器作为其后备保护。

主发电机、应急发电机和岸电三者之间有效联锁。主发电机的空气断路器与主配电板上的馈电开关之间、主配电板至应急配电板的馈电开关和应急配电板上负载开关之间具有选择性保护，主/应急变压器原边的馈电开关和副边220 V馈电屏上的负载开关之间也应具有选择性保护。配电设备内部接线采用船用阻燃电线。

本船液货系统及设备配置均按满载乙烯货品设计，系统设计可适装货品表中的其他货品。液货系统及辅助设备的最大电力消耗按装载乙烯货品时的最大工況值，当其他货品在某些特殊工况下（如装载高温高压丙烯货品，并利用船上再液化装置冷却降温时）的液货系统设备的电力消耗值大于装载乙烯货品时，为遵循船舶电站剩余多少电力用多少电力的原则。

液货泵及增压泵电机按照适装清单中比重最大的货品设计。

3.3 主发电机

本船在机舱装置三台柴油发电机组450 V/900 kW。当空载运行的发电机突加60%额定电流（功率因数0.4）时，其瞬态电压降不超过额定电压的15%，且在1.5秒内恢复到其最后稳定值的97%以内。在额定功率因数下，稳态下其电压调节率应维持在±2.5%以内。

3.4 应急发电机

本船在应急发电机室设置散热器冷却型应急柴油发电机组一套450 V/100 kW。应急发电机不能与主发电机并联运行，也不能对主配电板馈电。应急发电机可在就地手动操作或在应急配电板失电压时自动起动。

3.5 主配电板

主配电板一块安装在机舱集控室。主配电板有三屏发电机屏、同步屏、440 V馈电屏、组合起动屏和220 V馈电屏。主配电板为自立、钢板框架结构（紧固螺丝采用压入式螺帽），前蔽式，防护等级不低于防滴IP21。

发电机由三极空气断路器保护，馈电电路由三极MCCB保护。发电机控制屏布置在440 V馈电屏之间，以使重要电动机在一个馈电屏损坏后也可供电。

3.6 应急配电板一块安装在应急发电机室

在主柴油发电机正常工作时，应急配电板由主配电板供电，一旦应急配电板汇流排失压时，应急配电板将由应急发电机供电。

3.7 二号发电机切换说明

左汇流排单边故障，手动断开汇流排联络开关，二号发电机ACB手动连接到右汇流排，二号、三号发电机并联供电。

右汇流排单边故障，手动断开汇流排联络开关，二号发电机ACB手动连接到左汇流排，一号、二号发电机并联供电。

3.8 液货配电板（MCC）说明

液货配电板分为两段，能分别独立工作，正常状态下两段配电板不连接。两段液货配电板分别从主配电板左右汇流排供电，每个进线开关均能接受来自主配电板的100%液货系统所需负荷。主配电板任一单边供电故障，均可手动将两段液货配电板中间连接片连接，通过另一边供电，满足用电需求。

3.9 发电和配电系统及相关控制系统故障模式和影响分析（FMEA）

本船根据《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》10.2.6要求开展6 500立方米液化气运输船项目相关的发电和配电系统及相关控制系统的故障模式和影响分析。

FMEA是一种主要针对设备系统、子系统、部件多个层次的风险分析技术，其目标是证实由于单一故障不会导致系统失效，确保采取适合的安全防护措施，从而改善设计和提高系统可靠性。

通过对6 500立方米液化气运输船发电和配电系统及相关控制系统进行系统地FMEA审查，认为6 500立方米液化气运输船发电和配电系统及相关控制系统设计功能，考虑了“单个故障不会导致7.8.1要求的液货舱压力和4.19.1.6要求的船体结构温度保持在正常营运限制内的能力丧失”，如系统发配电及控制系统的关键设备、部件及功能等采取备份冗余设置，符合国家及船级社有关标准和规范的要求。

4 结语

在设计院船东船检船厂的共同努力下，本船已于2019年9月完工交付，从船东提供的运行数据来看，本船各项性能指标均满足要求，电站及液货系统运行正常。

参考文献

[1] 中国船级社.散装运输液化气体船舶构造与设备规范[M].北京：中国船级社，2018.