液化天然气燃料加注趸船防爆电气管理要点

李 冬，刘 哲，郭志佳，杨 轶

(1. 中海油天津化工研究设计院有限公司 天津 300131； 2. 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津 300452)

我国内河航道沿线港口密布，水运体量庞大，运输船舶基本以柴油和劣质燃料油为主要动力来源，随着“气化长江”“气化江西”“气化珠江”等绿色新能源航运项目的逐步推进，液化天然气作为新能源成为首选，但LNG加注设施不足是制约新能源航运项目蓬勃发展的关键障碍。液化天然气燃料加注趸船的成功研发(图1)解决了这一关键障碍。加注趸船上设置有液货舱、BOG系统、LNG加注系统、卸车系统。液货舱用于储存液化天然气，BOG系统用于处理气态的天然气，LNG加注系统用于为受注船加注燃料，卸车系统用于LNG罐车向加注趸船的LNG储罐输送LNG。

图1 液化天然气燃料加注趸船示意图 Fig.1 Schematic diagram of LNG bunkering pontoon

LNG具有易燃易爆的特性，在储存、运输过程中极易形成爆炸危险环境，防爆电气设备作为消除爆炸危险环境点火源的安全设备，被广泛应用。近年来由防爆电气引发的事故时有发生[1]，据统计分析，防爆电气设计类、采购类和工程类隐患占比近90%[2]，出现这些隐患的根本原因为建造阶段防爆电气设计的疏忽。由于内河环境的特殊性，现行的国内有关爆炸危险环境电力装置的设计、施工及验收规范均明确其不适用于水、陆、空交通工具[3-4]。为此，在依据相关规范的前提下，对加注趸船建造过程中关键阶段的防爆电气技术管理进行了论述，以达到保障加注趸船安全的目的。

1 环境条件

内陆水道安装在船舶上的电气设备涉及的环境条件有气候环境条件、生物环境条件、化学活性物质、机械活性物质和机械环境条件。气候环境条件包含低温、高温、湿度、降水量、太阳辐射、热辐射、除雨以外的其他来源的水；生物环境条件包含空气中的植物、空气中的动物；化学活性物质包含盐雾、二氧化硫、硫化氢、氧化氮、臭氧、盐酸、氢氟酸、氨；机械活性物质包含空气中的沙、灰尘沉积、烟灰沉积；机械环境条件包含稳态振动、非稳态振动、角运动倾斜、角运动摇摆、恒定加速度[5]。

液化天然气燃料加注趸船安装的电气设备还需要满足爆炸危险环境的要求，危险区域可分为0区、1区和2区。

2 建造过程关键阶段电气防爆要求

2.1 设计选型阶段

液化天然气加注趸船危险区域划分应遵照《液货船危险区域划分和电气配备指南》《液化天然气燃料加注趸船规范(2021)》《钢制内河船舶建造规范》《内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范》和《爆炸性环境场所分类 爆炸性气体环境》的相关要求。设计阶段要依据设计院提供的技术资料(表1)复核与危险区域要求的设备的级别、组别是否一致。

表1 设计阶段技术资料 Tab.1 Technical data in design stage

防爆电气设备的选型不仅要满足防爆安全要求，还应考虑环境条件的影响，如高温、低温、湿热、盐雾、气体腐蚀、光照、沙尘、雨水等。

我国能用在1区中的增安型设备仅限于[6]在正常运行中不产生火花、电弧或危险温度的接线盒和接线箱，包括接线部分为“e”型，其他部分为“d”或“mb”型的电气产品；配置有合适热保护装置的“e”型低压异步电动机(起动频繁和环境条件恶劣者除外)；“e”型荧光灯。

对于成套的LNG加注设备和卸车设备，应按相关防爆标准规范要求进行制造，并经具有防爆检测检验资质的第三方机构进行检验，合格后方可安装。

2.2 采购验收阶段

应建立防爆电气采购和到货验收管理程序。采购合同应要求防爆电气设备厂家提供以下技术资料：CCC认证证书(列入CCC认证目录范围内产品适用)；防爆合格证书；检验报告(国家授权的第三方防爆检测检验机构出具)；说明书；出厂合格证；本质安全系统描述性技术文件(适用于本质安全型设备)。

防爆电气设备到货后与证书、报告、图纸的一致性进行审核，并核查防爆合格证书、防爆检验报告和CCC认证的真伪及是否在有效期内。

2.3 安装阶段

防爆电气在选型、设备本身防爆性能满足要求的情况下，最重要的就是安装问题。

①隔爆型设备不能擅自更改内部元件，若内部元件变化可能会引起压力重叠、温度组别的变化或其他情况变化导致防爆合格证失效。隔爆型设备内部元件变化后应进行重新评定，取得变更后的防爆合格证方可安装[7]。加注趸船涉及的仪表多为本安型，安装的关联设备安装在隔爆箱中时要重新进行防爆认证。

②加注趸船安装的隔爆型配电箱、隔爆型灯具、隔爆型三相异步电动机、隔爆型变送器等主体结构为隔爆型，选用的防爆电缆引入装置防爆型式也应为隔爆型；只有当防爆电气设备主体的引入口螺纹孔是隔爆螺纹时，才允许与防爆电缆引入装置螺纹连接，引入装置的规格参数要与引入口螺纹相匹配[8]。

③加注趸船安装的接线箱、启停按钮等主体结构为增安型，选用的电缆引入装置防爆型式也应为增安型，电缆引入装置与设备外壳之间的防护措施应保证与使用环境相适应，至少保证防护等级不低于IP54；当连接螺纹是锥形螺纹时，内、外螺纹应有相同的公称尺寸，拧紧电缆引入装置。

④加注趸船防爆照明灯具应按规定保持其防爆结构及完整性，光源种类、型号和功率应符合危险区域设计和产品技术条件的要求；灯具安装方式应与说明书规定相符。

⑤加注趸船电池间安装的隔爆型配电箱、声光报警器、灯具和探测器，当外壳内含有点火源时，设备须配接填料函式引入装置。

⑥加注泵船安装的仪表设备用电缆需要导管或挠性管保护时，应采用过渡压紧元件，先将密封圈、垫圈抱紧电缆，确保引入口密封，再与导管或挠性管连接，导管或挠性管只起到对电缆的机械保护作用(图2)。

图2 有导管或钢管保护的非铠装电缆引入装置 Fig.2 Non-armored cable entry device with conduit or steel pipe protection

⑦加注泵船电气设备用的电缆为铠装电缆，应选用专用于压紧铠装层的铠装电缆引入装置，铠装电缆引入装置分为双密封电缆引入装置和填料电缆引入装置。

当采用双密封结构的铠装电缆引入装置时，电缆应该是致密的、具有内护套且内护套为圆形的铠装电缆，前端引入口端密封圈的内径与电缆内护套外径相匹配(建议允许差值为±1mm)，尾端引入口端密封圈的内径与电缆外护套相匹配。

当采用填料式铠装电缆引入装置时，芯线之间应被填料填充，如填料为A/B双组分防爆胶泥，电缆芯线应分开浇封，填料凝固后应不透水、不收缩、没有裂纹；安装的填料最小长度应为20mm，并保证沿密封填料长度20mm各点上至少有20%的横截面积被填充(图3)。

图3 铠装电缆引入装置 Fig.3 Armored cable entry device

⑧本质安全系统的关联设备(如安全栅)若安装在危险区内，本安端子的位置及本安端子与非本安端子之间的距离不得小于50mm，安全栅的本安端子与箱体内壁的距离应大于3mm；若安装在安全区内，则不需要安装在防爆外壳中，但其安装距离也需符合以上规定。本安设备、关联设备及连接的本安线缆应符合本安系统描述性文件要求。

2.4 验收阶段

船厂防爆电气安装单位须建立施工前后的检查、记录制度，施工记录应在项目完工验收时移交给业主，施工安装记录须明确安装时间、安装人员，并建立防爆电气设备档案。防爆电气设备台账至少应包括：危险区域、位号、设备名称、型号、防爆标志、防爆合格证号、防护等级、制造商、出厂编号/出厂日期、安装日期。

加注趸船投入运行之前工程竣工交接验收时，应委托国家授权的防爆电气检验机构对工程项目安装的防爆电气设备进行初始检查，取得防爆电气检查报告。安装单位应当对不合格项进行整改，直至检验机构验收合格。

3 结 论

液化天然气燃料加注趸船作为一种新型的LNG能源加注设施，在国家“碳达峰、碳中和”战略下必将蓬勃发展，随之带来的安全问题也成为了关注的重点，特别是防爆安全问题。

本文针对防爆电气设备安全问题，从加注趸船建造过程中的设计选型、采购验收、安装和验收4个阶段对防爆电气设备管理提出了切实可行的对策，特别是考虑了环境条件对防爆设备设计选型的要求。形成一套完整的加注趸船建造阶段防爆电气管理要求，有利于液化天然气加注趸船制造质量的提升，有利于船舶防爆电气设备工程建造管理能力的提高，最终保障防爆电气设备本质安全。■