黄丞，姚炯

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

船岸连接切断系统是指油船和化学品船（油化船）在码头进行货油输送或LNG 动力船在码头或通过加注船进行加气时，在突发紧急情况下，能够自动停止货油泵或加注船动力泵和相关主阀，停止液体货物和货物挥发蒸气流动，使货物操作系统处于安全、静止的状态，旨在提高船舶和码头的安全性。

2017年OCIMF（石油公司国际海事论坛）出台了关于油船和化学品船的货物传输船岸连接应急切断系统（ESD）的行业标准，中国船级社也在2019年1 月1 日签发了OCIMF 的“油船和化学品船管汇及相关设备建议符合性声明的指导性文件”， 要求2019 年及以后新造的油船和化学品船配置安装ESD 系统，SIGTTO（国际燃气储罐和码头操作协会）也专门出台了基于上述OCIMF 标准的相关要求。另一方面，根据OCIMF、SIGTTO、ISO 标准和IMO 关于使用气体或其他低闪点燃料国际船舶安全规则（IGF CODE）以及相关船级社规范要求，新造和改装的LNG 动力船舶也都需配置安装ESD 系统。

英国TRELLEBORG 公司是最早也是唯一参与制定2017版OCIMF 标准的公司， 在技术上占有很大优势，只有该公司的LNG 船岸通信系统可兼容全球全部LNG 码头以及LNG 加注船舶， 其他欧美公司还在研发中。

国内也没有独家生产、出售该系统的公司。

在绿色减排的大趋势下，未来大部分新造船舶和改造船舶将以LNG 作为动力燃料替代部分燃油使用，与之配套的LNG 加注码头或者趸船加注站也都在规划布局中。

中国是世界第一造船大国，新造油化船（包括LNG 动力油化船）以及LNG 动力散货船、集装箱船等主力运输船舶，大部分都在国内船厂建造， 因此船岸连接切断系统的市场需求巨大。根据市场调研， 目前大多数船东都希望提供针对LNG 罐子液位/压力/温度/流速和货舱液位以及与码头关联的船岸连接系统，该系统具有触发自动切断的声光报警装置以及手动切断按钮， 并集成TRELLEBORG 公司的LNG 船岸通信系统。

典型的船岸连接系统如图1 所示，信号连接形式有3 种：气动信号，电气信号，光纤信号。

船岸通信系统传输的主要信号有：

图1 船岸连接系统配置图

1）完整ESD 信号（主要）

2）监测报警与控制信号

3）互相连接的其他监视系统信号

4）缆绳张力数据信号

5）CCTV 信号

6）电话、传真信号

7）网络信号

应急切断系统（ESD）设计需满足SIGTTO、OCIMF 以及ISO 20519:2017 的要求，该系统的核心功能是在紧急状态下切断液态货物和气体的流动。

1.1 油船和化学品船

油化船ESD 系统通过电缆连接本地船舶与岸基码头或其他船舶（终端），采用符合OCIMF/SIGTTO 技术规格的5 针扭转接头作为通用设备， 如图2、图3、图4 所示。终端也可以采用其他形式的ESD系统，例如无线连接或其他形式的接头。

如果使用其他形式的ESD 系统，终端负责确保该系统与到访船只兼容。

当在船上触发ESD 的动作（trip）指令时，能向终端发送ESD 信号，同样终端也能向船舶发出同样指令和信号。

手动触发是ESD 系统最基本要求，也可配备在异常操作条件时自动停止货物传输的装置，在货油舱高位、货舱压力过高或过低、货物传送系统超压、火警或气体探测异常以及船舶位移过度等情况下自动发出指令信号。

图2 船用插座外型图

图3 码头用插头外型图

图4 5 针插头定义图

ESD 系统必须满足：

1） 在船舶或终端上启动ESD 时，所有的货物输送泵都将停止。

2） 当终端的油罐高位警报启动时，船舶的货物输送泵也将被停止。

1.2 LNG 动力船舶

光纤连接方式是LNG 动力船舶船岸连接系统最常使用的连接方式［1］，如图5 所示。

当LNG 动力船舶与小型LNG 加注船或LNG 码头工作时， 可传输双方过程控制参数（LNG 罐子液位/压力/温度/流速等数据），系统需内嵌系统测试/系统诊断模式/越控模式，以及和对方电话通信。

LNG 动力船ESD 安全通信系统须配备以下通用通信设施，包括：

图5 LNG 动力船舶光纤连接示意图

1） 通信控制系统（ESD 本地& 远程状态，双方数据信息-LNG 罐子液位/压力/温度/流速等数据），带有主/从/远程/测试等功能选择；

2） ISO 规范热线电话，用以LNG 船船或LNG船岸之间电话通信；

3）SIGTTO5 芯标准电系统接头用以传输双方ESD；

4） 2 芯标准光系统接头，标准SONET 数据传输，传输双方ESD 信号/电话信号/数字数据等；

5）系统测试单元。

气动连接方式是LNG 项目最早使用的船岸连接型式， 图6 所示的气动连接只具备ESD 功能，一般作为光纤和电气连接的备用应急连接系统使用。该系统由气调节阀、压力开关、压力指示器、电磁阀和软管等组成。系统压力通常设置在2～8 bar（1 bar=105Pa），气源通过岸站或者船侧提供，一般设置5 bar为工作压力，3 bar 为报警压力触发ESD 信号［2］。

但该系统运行缓慢， 且易受灰尘和潮湿空气的影响，影响ESD 系统的关闭时间。

图6 LNG 动力船舶气动连接示意图

2.1 油船和化学品船的船岸连接应急切断系统油化船船岸连接应急切断系统主要由船岸应

急切断控制箱（ESD 控制箱）、船岸连接控制箱（ESL控制单元）、甲板插座箱（带5 芯电插头）、切断按钮、声光报警装置等设备组成，如图7 所示。

应急切断控制箱和连接控制箱通常放置于货控室内，在装卸货时可方便船员在货控室进行操作。

甲板插座箱、切断按钮以及声光报警装置通常各一个设置在货仓区域甲板两舷侧，第三个切断按钮放置在货控室。

图7 油船和化学品船的船岸连接应急切断系统

当船舶靠泊油/化码头时，通过甲板插座箱和码头方相应机带电缆插头连接，通信双方急停信号。例如本船发生高位报警时，触发急停信号，通过船岸切断控制箱和船岸连接控制箱，将此急停信号传输给码头方，反之亦然。

应急切断控制箱由主应两路电源供电，同时切断箱还负责为船岸连接控制箱供电和传输双向信号。

船上的其他动作和报警信号则由应急切断控制箱集中送出，包括船上停货油系统的信号、本系统故障信号、货控台和机舱监测报警公共信号、液货舱液位高信号以及其他备用信号等，可按照船型特点进行扩展。

应急切断控制箱的内部接口如图8 所示，控制箱主要由主控芯片、电源输入输出模块、各信号输入输出模块（ESD、急停、高位报警、声光报警、货油泵、其他信号等），以及必要的外部设备组成。

图8 应急切断控制箱的内部接口图

应急切断控制箱的电源硬件电路如图9 所示，电源电路设计有“主电源AC/DC 变换稳压电路”和“应急电源DC/DC 变换稳压电路”，任何一路电源控制器都可以由内部的低压控制电路提供电源。

当供电电源出现异常时（如电压超限、断电），控制器通过“主电源、应急电源切换继电器”进行输入电源的自动切换，以保证控制器以及接口能正常工作。

主电源、应急电源冗余工作，是由冗余模块的电压信号进行处理的。

为了避免主电源或应急电源故障而影响主系统运行， 设有AC/DC 和DC/DC 双电源模块。

当冗余电源模块通过检测判定有AC 或DC 电源故障时，输出动作信号，通过“IAS 通信电路”对外部关联设备进行报警。

图9 应急切断控制箱电源硬件电路图

应急切断控制箱的控制硬件电路如图10 所示， 操作面板电路主要由LED 指示灯及控制电路、操作按键电路、蜂鸣器及遥控指示电路组成。

主电路由PLC 结合继电器组电路组成，PLC 逻辑控制输出，继电器实现控制电路动作执行，外接本质安全型按钮电路和本质安全型隔离模块，适用除氢气外的所有零区。

接口控制电路有集成电路板集中控制输入输出信号以及处理功能。

接口控制面板由LED状态指示灯、复位按钮、选择开关线路组成，LED 双色变换，实时指示LINS 的连接工作状态。

接口兼容国际化的SIGTTO 5 芯标准，多种工作状态选择。

图10 应急切断控制箱控制硬件电路图

软件电路采用PLC 梯形图编程， 西门子SIMATIC S7-200 硬件。最终产品实物如图11 所示，产品检验包括整体外观和检查、现场电缆测试、ESD功能测试、工厂验收测试等。

图11 油船化学品船船岸连接切断系统部件

2.2 LNG 动力船舶船岸连接切断系统

2.2.1 LNG 动力油化船

LNG 动力油化船的船岸连接切断系统如图12所示，该系统主要由船岸切断控制箱、船岸连接控制箱（含光/电/气功能）、甲板插座箱（带光/电/气插头）、切断按钮、声光报警装置、油化/LNG 切断转换功能开关等设备组成。

切断控制箱和连接控制箱通常放置于货控室内，在装卸货和LNG 供气时可方便船员在货控室进行操作。

甲板插座箱、切断按钮以及声光报警装置通常各一个设置在货舱区域甲板两舷侧，第三个切断按钮和油化/LNG 转换开关放置在货控室。

图12 LNG 动力油船和化学品船的船岸连接切断系统

当船舶靠泊油/化码头时，通过切断转换功能开关，顺利切换到油/化电通信功能，通过甲板插座箱和码头方相应脐带电缆插头连接，通信双方急停信号。

例如本船发生高位报警时，触发急停信号，通过船岸切断控制箱和船岸连接控制箱，将此急停信号传输给码头方，反之亦然。

当船舶与LNG 加注船连接时，通过甲板插座箱和加注船方相应脐带电缆插头连接，通信双方ESD信号、热线电话以及罐子的液位/压力/温度等信号，以便本船接收到对方船信号时进行相应功能执行，例如声光报警，以及触发本船FGSS 系统的ESD 信号，反之亦然。

切断控制箱由主电源和应急电源两路供电，油化/LNG 转换开关负责切换装卸货和LNG 加气两种模式。

船上的其他动作和报警信号则由应急切断控制箱集中送出， 包括了船上停货油系统的信号、本系统故障信号、 货控台和机舱监测报警公共信号、液货舱液位高信号以及其他备用信号等，可按照船型特点进行扩展。

系统内部接口如图13 所示，内部接口图、硬件原理和产品外观与油化船相似，主要是增加了油气转换模块和光纤接口。

图13 LNG 动力油船和化学品船的船岸连接切断系统内部接口图

2.2.2 LNG 动力其他船型

相较于LNG 动力油船和化学品船，LNG 动力其他船型的系统设计如图14 所示。

设备配置比LNG 动力油化船少了转换开关。

当和LNG 加注船连接时，通过甲板插座箱和加注船方相应脐带电缆插头连接，通信双方ESD 信号、热线电话以及罐子的液位/压力/温度等信号， 以便本船接收到对方船信号时进行相应功能执行，例如声光报警，以及触发本船FGSS 系统的ESD 信号，反之亦然。

图14 LNG 动力其他船型的船岸连接切断系统

油化船及LNG 动力船舶的船岸连接切断系统设计，可以使得作业船舶或码头发生紧急切断信号后，及时自动地切断双方的紧急切断系统，以保证加注状态与加注区域的安全可控，避免非可控状态的火灾及危化品或燃油爆管泄漏。

此外，系统可实现人为手动切断和声光报警，以及船东对于船舶其他系统外部接口输入输出的个性化需求。

下一步，可针对系统主控箱显示界面的友好性进行优化设计。

图15 LNG 动力其他船型的船岸连接切断系统内部接口图

依据规范和标准以及市场需求，经过船岸连接切断系统设计和产品原理设计、生产、试验及检验，油化船的船岸连接切断系统产品已成功安装在7 999 t 加油船的首制船上，在进行船岸以及船船货物传输时，当触发切断信号后，能够及时有效地停止相关设备工作，有效保护船舶安全运行和海洋环境。

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