ISO 243192022 船舶和海上技术.使用电伴热的小型钢舱口的设计和试验要求标准立项发展报告

船舶和海上技术使用电伴热的小型钢舱口的设计和试验要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ShipsandMarineTechnology—DesignandTestRequirementsforSmallSteelHatchesUsingElectricalTraceHeating摘要随着全球航运业向极地航线拓展以及船舶大型化、智能化趋势的不断深化，船舶甲板机械与舱室设备在低温极端环境下的可靠运行已成为行业关注的核心技术议题。小型钢舱口作为船舶甲板上的关键封闭构件，其启闭灵便性与密封性能直接关系到船舶航行安全与作业效率。在低温环境下，舱口结冰导致的操作失效问题长期困扰着航运界。电伴热技术作为解决该问题的有效手段，已在国际船舶工程领域得到广泛应用，但长期以来缺乏统一的设计依据与试验验证标准。ISO24319:2022《船舶和海上技术使用电伴热的小型钢舱口的设计和试验要求》正是在此背景下由国际标准化组织（ISO）正式发布的专项标准。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业影响，分析了标准在术语定义、设计参数、热负荷计算、材料选择、试验方法及标记文件等方面的规范要求，阐述了标准对提升船舶低温环境适应性、保障极地航行安全、促进国际贸易便利化的重要推动作用，并对标准实施后的持续修订方向及产业联动效应进行了展望。关键词：船舶与海上技术；电伴热；钢舱口；设计标准；试验要求；低温和防护；国际标准Keywords:Shipsandmarinetechnology;Electricaltraceheating;Steelhatches;Designrequirements;Testrequirements;Lowtemperatureprotection;Internationalstandards1引言1.1研究背景随着全球气候变化对北极航道开通条件的持续影响，极地航线的商业化运营已成为国际航运业的重要发展方向。与此同时，高纬度港口的全年运营需求不断增加，使得船舶在低温环境下的设备可靠性问题日益凸显。据国际海事组织（IMO）统计，极地水域船舶操作面临的最大技术挑战之一，即是甲板设备因结冰、积雪导致的机械故障和操作失灵。小型钢舱口作为船舶甲板上数量最多、使用频率最高的封闭设备之一，其设计质量和功能可靠性直接影响船舶的货物装卸效率、人员作业安全以及舱室环境控制效果。电伴热技术——即通过电能转化为热能，以补偿设备在低温环境下的热损失，从而维持设备工作温度的技术——自20世纪中期问世以来，已在工业管道保温、储罐加热等领域获得广泛应用。在船舶工程领域，电伴热被用于舱口盖、舷窗、甲板机械等多种设备的防冻除冰，然而在ISO24319:2022发布之前，针对使用电伴热的小型钢舱口的设计与试验，国际上尚缺乏统一的技术标准，各造船企业、设计单位和设备制造商各自为政，设计理念差异显著，试验方法互不认可，给国际贸易和船舶检验带来了诸多不便。1.2标准立项的必要性在上述背景下，制定一项专门针对使用电伴热的小型钢舱口的国际标准具有以下重要意义：第一，填补国际标准空白。此前，ISO虽已发布多部关于船舶舱口的标准文件，但均未涉及电伴热相关内容，更未对小型钢舱口（通常指净开口面积不超过一定限值的舱口）做出专门规定，使得设计人员只能参照管道伴热等非直接相关标准进行类比设计，缺乏针对性和可靠性保障。第二，统一技术要求，促进行业健康发展。通过标准化的设计要求和试验方法，能够有效避免因设计缺陷导致的舱口故障，保障船舶运行安全，同时为产品国际贸易扫清技术壁垒。第三，响应国际海事组织极地规则要求。IMO《极地水域船舶操作规则》（PolarCode）于2017年1月1日正式生效，其中对船舶设备在低温和结冰条件下的功能保持提出了明确要求。ISO24319:2022的发布为满足PolarCode相关要求提供了具体的工程实现路径和验证手段。2标准编制概况2.1标准基本信息ISO24319:2022《船舶和海上技术使用电伴热的小型钢舱口的设计和试验要求》由国际标准化组织（ISO）于2022年6月24日正式发布。该标准由ISO/TC8“船舶与海上技术”技术委员会归口管理，具体由SC4“船体与舱室”分技术委员会负责起草制定。标准分类号为“船体及其构件”，涵盖小型钢舱口中电伴热系统的设计原则、技术要求、试验方法及检验规则。标准语言为英语，采用电子版加密PDF格式发行。2.2编制历程该标准从提出立项到正式发布历时约三年。2019年，在ISO/TC8/SC4年度工作会议上，由长期从事船舶舱室设备研究的专家联合提出制定该项标准的建议，得到与会各国专家的积极响应。经全体成员国投票表决，该标准项目正式立项，项目编号为ISO/NP24319。标准起草工作组成立后，先后召开了六次工作组会议和多次网络技术研讨会议，系统梳理了各国在电伴热舱口设计方面的工程实践和技术积累。起草过程中，工作组广泛收集了国际船级社协会（IACS）各成员船级社的规范要求、主要造船国家的国家标准以及行业内企业的设计手册和技术报告，经过多轮讨论和修改，最终形成了国际标准草案（DIS稿）。2021年底，该草案经ISO中央秘书处组织各成员国投票，获得高票通过。2022年初，最终国际标准草案（FDIS稿）再次获得通过，并于2022年6月正式出版发布。2.3标准定位与适用范围ISO24319:2022明确规定了使用电伴热的小型钢舱口的设计原则和试验要求，适用于船舶上安装的、净开口不超过一定尺寸限值（根据标准定义，通常指净开口面积不超过1.5m²）的钢质舱口盖。标准覆盖了从设计计算、材料选取、制造安装到试验验收的全生命周期技术要求，适用于新建船舶的舱口设计与建造，也可用于在用船舶的舱口改造和维修。3标准核心内容解析3.1术语和定义ISO24319:2022对以下关键术语给出了明确定义：-电伴热（electricaltraceheating）：利用电能通过电阻元件转化为热能，对舱口及其周边区域进行加热，以补偿热损失并防止结冰的技术方法。-小型钢舱口（smallsteelhatch）：安装在船舶甲板或舱壁上、用于人员出入或小型货物搬运的钢质开启式封闭装置，其净开口尺寸不超过标准规定的限值。-设计温度（designtemperature）：根据船舶预定航行区域和运营条件确定的、电伴热系统必须能够维持舱口操作功能的最低环境温度。-热负荷（heatload）：在稳态条件下，为维持舱口表面温度不低于设定值所需的热量输入。-伴热功率密度（heatingpowerdensity）：单位面积上电伴热系统所提供的加热功率，通常以W/m²表示。此外，标准还对“伴热电缆”“温控器”“热损失系数”“防爆等级”等相关术语进行了规范定义，为标准的统一实施奠定了术语基础。3.2设计要求ISO24319:2022从系统构成、设计原则和关键参数三个层面对电伴热小型钢舱口的设计提出了全面要求。系统构成方面，标准规定电伴热系统应包括伴热元件（伴热电缆或加热垫）、温度传感器、温控调节装置、电源配电和保护装置以及隔热保温层等基本组成部分。各组成部分应作为一个集成系统统一设计，确保协同工作可靠性。设计原则方面，标准强调“安全优先、冗余可靠、节能高效、便于维护”四项基本原则。安全优先意味着电伴热系统的电气设计必须满足相应的防护等级要求，防止漏电、短路和过热等安全隐患；冗余可靠要求关键的温控元件应设双套配置，重要舱口的伴热回路应采用双回路供电；节能高效要求合理优化加热功率，避免过度加热造成的能源浪费；便于维护则要求各组件布置合理，检修方便。关键设计参数方面，标准重点涉及以下内容：(1)设计温度确定：应根据船舶入级符号、预定航行区域和最低环境温度数据确定设计温度。对于无限航区船舶，通常应不低于-30℃；对于具有极地航行附加标志的船舶，设计温度应根据极地规则要求确定，最低可达-50℃。(2)热负荷计算：标准给出了舱口热负荷计算的方法，综合考虑传热系数、内外温差、风速影响、开口热损失等因素。计算公式为：Q=U×A×ΔT+Q_w+Q_s，其中Q为总热负荷，U为总传热系数，A为散热面积，ΔT为内外温差，Q_w为风致附加热损失，Q_s为太阳辐射修正项。(3)伴热功率选取：伴热系统的安装功率应不小于计算热负荷的1.2倍，同时不宜超过计算热负荷的1.5倍，以避免过度加热导致能源浪费和材料老化。(4)材料选择：舱口本体材料应满足船体结构用钢的要求；伴热电缆的外护套材料根据安装环境的不同，应分别满足耐油、耐海水、耐紫外线和阻燃等性能要求；保温材料应具有良好的憎水性和低导热系数。3.3试验要求ISO24319:2022规定了型式试验和出厂试验两个层级的试验要求。型式试验主要针对新产品定型或设计变更时进行，包括：(1)低温操作试验：在规定的设计温度条件下，对舱口进行连续启闭操作试验，验证电伴热系统维持舱口正常操作功能的能力。试验时舱口表面及密封部位不得有结冰现象。(2)伴热均匀性试验：通过布置在舱口各典型部位的温度传感器，测量伴热状态下舱口表面的温度分布，验证温度均匀性。标准规定加热区域内任意两点间的温差不宜超过15℃。(3)电气安全试验：包括绝缘电阻测试、介电强度测试、接地连续性测试和泄漏电流测试等，确保电伴热系统在各种工况下均满足电气安全要求。(4)环境适应性试验：包括盐雾试验、振动试验和温度循环试验，验证电伴热系统在船舶典型环境条件下的长期工作可靠性。(5)防护等级试验：依据IEC60529标准对电伴热系统的电气设备进行防尘防水试验，确认其防护等级不低于IP56。出厂试验则针对每一套出厂的舱口产品进行，包括外观检查、电路连通性测试、绝缘电阻测试和加热功率验证等基本项目，确保产品质量的一致性和可追溯性。4标准实施的行业影响4.1对船舶设计制造的推动ISO24319:2022的发布实施，为船舶设计单位和造船企业提供了清晰、统一的技术依据。在标准发布之前，设计人员在确定电伴热系统参数时往往依赖经验估算或参考不直接相关的行业规范，设计方案缺乏充分的理论支撑和试验验证。标准实施后，设计人员可依据标准提供的计算方法和试验要求，系统性地完成电伴热舱口的设计与验证，有效降低了设计风险和试错成本。与此同时，标准对试验方法和验收准则的统一，也促进了船东、船厂、设计方和检验机构之间的技术沟通，缩短了图纸审查和现场验收的周期，有利于缩短造船周期、降低建造成本。4.2对极地航行安全保障的贡献当前，北极航道的商业价值持续上升。据统计，2021年至2023年间，途经北极东北航道的货运量增长了近三倍。极地航行对船舶设备的低温适应性和抗结冰能力提出了严峻挑战。电伴热舱口作为保障甲板操作功能的关键设备之一，其可靠性直接关系到船舶在极地环境下的安全运营。ISO24319:2022与IMO《极地规则》形成了有效衔接。标准中规定的设计温度确定方法、低温操作试验要求等内容，为《极地规则》中关于设备功能和操作准备的相关条款提供了具体的技术实现路径。船东和设计方在申请极地航行附加标志时，可依据本标准开展设计验证工作，提升审核效率。4.3对国际贸易和技术交流的促进作为一项国际标准，ISO24319:2022为各国船用设备制造商提供了统一的技术语言和合格评定依据。此前，不同船级社对不同国家制造的舱口产品往往有各自的技术要求，导致制造商需要针对不同目标市场分别进行设计和认证，增加了研发成本和市场准入门槛。标准发布后，制造商可以按照统一的设计和试验要求开发通用型产品，降低重复认证成本，提升产品国际竞争力。5主要起草单位介绍——中国船舶集团有限公司第七〇四研究所在ISO24319:2022的编制过程中，中国船舶集团有限公司第七〇四研究所作为中国对口工作组成员单位深度参与了标准草案的技术讨论和意见反馈工作，为标准的最终形成做出了积极贡献。中国船舶集团有限公司第七〇四研究所成立于1956年，是新中国首批组建的船舶科学技术专业研究所之一，长期从事船舶舱室机械、甲板设备、特种装置及船舶标准化等领域的应用基础研究和工程研制工作。研究所具有完善的科研试验条件和雄厚的技术人才队伍，拥有国家级船舶舱室环境试验验证平台和多个专业实验室，在船舶舱口盖设计、船舶防冻除冰技术、船用电气加热系统等领域积累了丰富的工程经验和研究成果。多年来，第七〇四研究所积极参与国际标准化活动，承担着ISO/TC8/SC4国内技术对口单位的重要职能，组织国内相关企事业单位和科研院所系统开展国际标准跟踪、研究和投票评议工作。在ISO24319:2022的制定过程中，该所组织国内专家对标准草案进行了多轮深入研讨，结合国内在极地船舶设备和低温防护技术方面的研究成果，就设计温度确定方法、热负荷计算模型和低温试验条件等关键技术条款提出了建设性意见，多方面的建议被标准采纳。6结论与展望ISO24319:2022《船舶和海上技术使用电伴热的小型钢舱口的设计和试验要求》的发布，是国际船舶标准化领域的一项重要成果。该标准填补了电伴热小型钢舱口在设计要求和试验方法方面的国际标准空白，为船舶行业提供了一套系统、科学、可操作的技术规范，对保障船舶低温环境下的安全运行、推动极地航运发展、促进国际贸易便利化具有重要的现实意义。从长远来看，随着全球气候变化的持续和北极航道的进一步开发利用，船舶低温防护技术将不断演进。未来，该标准可能在以下方面进行修订和完善：其一，随着电伴热技术的创新发展，新型伴热材料（如碳纤维伴热元件、自限温伴热电缆等）和智能温控技术的应用日益广泛，标准宜适时补充和更新相关技术要求，保持技术先进性。其二，随着IMO《极地规则》的后续修订和细化，标准应与时俱进地进行协同更新，确保与国际海事法规体系的衔接一致性。其三，随着数字化设计制造技术在船舶工业中的深入应用，标准宜逐步引入基于模型的定义（MBD）、数字孪生等新兴技术手段，推动设计验证模式的转型提升。可以预见，ISO24319:2022将在全球船舶