109 專技高考高等考試 驗船師 輪機檢驗(包括1材料檢驗2鍋爐及壓力容器3主機4輔機5軸系及推進器6泵、閥及管路7通風及冷藏8試俥試航9污染管制) 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗驗船師在「新船海上試航（Sea Trial）」中，針對甲板機儀及艤裝設備「錨機（Windlass）」實施實船性能檢驗之法定程序與法規標準。本題涉及之法規依據以命題當年（民國 109 年）為準：

1. 法規與規範依據：交通部《船舶設備規則》第二編第四章「錨及錨鏈」規定、中國驗船中心（CR）《鋼船建造與入級規範》（Rules for the Construction and Classification of Steel Ships）第二篇與第四篇，以及國際船級協會（IACS）統一要求 IACS UR A2（Windlasses）與 UR M67。
2. 核心檢驗目的：驗證錨機在額定負載下的「起錨動力與起絞速度」、「帶式剎車（Band Brake）自由落錨制動能力」、「掣鏈器（Chain Stopper）鎖固強度」及「驅動系統（電動或液壓）之連續運轉穩定度與電氣/油壓特性」。

解題方法

本題為標準的輪機檢驗實務申論題，答題切入點依驗船實務之標準測試程序（Standard Trial Procedure）開展：

1. 條件：從環境條件（水深、海況）、船舶狀態（吃水）及設備動力源著手。
2. 試驗方法：依作業順序分為「自由落錨與剎車測試」、「深水起絞試驗」及「收錨入孔與就位測試」。
3. 數據記錄：歸納為「運動學數據（時間與速度）」、「動力參數（電氣/液壓參數）」與「環境與物理狀態參數」。
4. 合格標準：以 IACS 及 CR 規範之強制性量化指標（特別是起絞速度與水深規定）及質性運轉要求進行判定。

選項分析

本題為非選擇題之申論計算/問答題，無選項可供比對，試卷評分採子題分項給分（每小題 5 分，共 20 分）。考生作答時必須按子題號分項列明，不可混雜作答。

解題技巧

1. 關鍵數值牢記：

• 水深基準：$\ge 82.5\text{ m}$（即 3 節錨鏈長度，因 $1\text{ 節 (shackle)} = 27.5\text{ m}$）。
• 起絞速度：$\ge 9\text{ m/min}$（自 $82.5\text{ m}$ 絞至 $27.5\text{ m}$，即連續起絞 2 節長度 $55\text{ m}$ 之平均速度）。

2. 常見盲點與陷阱：

• 陷阱一（水深與受力狀態）：許多考生誤以為錨機試驗是將錨放至海底抓底後再拉起。事實上，標準起絞試驗要求錨與鏈條處於全懸垂（Suspended in water）狀態，不可觸及海底，以確保錨機承受的是錨與 3 節鏈條的真實重力負荷。
• 陷阱二（剎車測試方法）：剎車測試必須在脫開離合器進行「重力自由下落（Free fall / Let-go）」狀態下急煞制動，而非僅在慢速放鏈時剎車。

【答案】

以命題當年（民國 109 年）之法規與驗船規範標準，本題各小題詳解如下：

(一) 應在何種條件下實施？

1. 海域水深條件：

• 試驗海域水深原則上不得少於 $82.5\text{ 公尺}$（相當於 3 節錨鏈長度，每節 $27.5\text{ m}$）。若因海域限制無法達到 $82.5\text{ 公尺}$，應於航海日誌載明並經主管機關或驗船機構（CR/IACS 船級協會）核准以適當長度或替代方式實施。
• 試驗實施時，錨與錨鏈應處於**懸掛於水中且未觸及海床（Suspended）**的狀態，以確保錨機承受額定設計懸垂負載。

2. 海象與環境條件：

• 應選擇風浪平靜、潮流緩和之良好海況實施，避免因強烈風浪或劇烈潮流施加於船體，對錨鏈產生額外的非受控拉力。

3. 船舶吃水狀態：

• 船舶應處於試航吃水狀況（壓載航行狀態 Ballast Condition 或設計吃水狀態）。

4. 動力系統條件：

• 驅動錨機之原動機（電動機或液壓動力單元）應由船舶主發電機正常供電，全系統處於額定工作狀態下運作。

(二) 如何做試驗？

試驗程序包含「左、右單錨試驗」及「雙錨試驗」，具體步驟如下：

1. 拋錨與手動剎車試驗（Let-Go and Brake Test）：

• 先以原動機（馬達/油壓動力）將錨送出錨鏈孔至水面下約 1 節處。
• 脫開離合器，利用錨與錨鏈自重進行自由落下拋錨（Free Fall）。

核心觀念

本題評量驗船師對商船「應急電源及其起動裝置」檢驗規範之熟稔度。法規依據以命題當年（民國 109 年）規範為準，對應《中國驗船中心（CR）鋼船建造與入級規範》第四篇「輪機裝置」／第七篇「電氣設備」、國際海上人命安全公約（SOLAS）第 II-1 章第 44 條（Starting arrangements for emergency generating sets），以及我國《船舶設備規則》相關規定。

1. 低溫起動性能與水冷設施：柴油機為壓燃式引擎，在低溫環境下進氣與缸壁溫度過低會導致壓縮終了溫度無法達到燃油自燃點。規範要求在 $0^\circ\mathrm{C}$ 冷機狀態下必須能迅速起動；水冷式機組除防止冷卻介質凍結外，需藉由維持機體溫度以滿足迅速起動之需求。
2. 自動起動之儲能能量要求：凡裝設自動起動之應急發電機組，其起動能源必須具備法定最低連續起動次數儲備，且通常需設有獨立之第二起動設施，以防止初次起動失敗時導致全船陷入死船（Dead Ship）狀態。
3. 起動系統獨立性原則：第二起動設施在能源儲存、傳動與控制上不得受第一起動設施故障之牽連，並能手動或獨立操作。

解題方法

(一) 水冷式應急發電機組滿足低溫起動之設施

從熱工特性與法規要求切入說明：

1. 恆溫控制之冷卻水加熱裝置（Jacket Water Heater）：水冷式柴油機應裝設由主配電板供電（當主電源失電前維持運轉）並具備自動溫度調節（恆溫控制）之電加熱套或缸套水加熱器，使停機備用期間缸套水維持於適當溫度（通常為 $38^\circ\mathrm{C} \sim 45^\circ\mathrm{C}$），確保機體隨時處於熱機待命狀態。
2. 防凍冷卻液（Antifreeze Solution）：冷卻水系統中應添加適當濃度與配比之防凍劑（如乙二醇水溶液），確保在設計之最低環境溫度下冷卻水不致凍結，防止散熱器、冷卻管路及機體凍裂。
3. 專用散熱器與百葉窗控制（Radiator & Louver System）：水冷式應急機組通常採用自帶散熱水箱（Radiator），應急發電機室進排風百葉窗宜設有手動／自動開啟聯動機構，在停機備用期間百葉窗關閉保溫，起動運轉後迅速開啓散熱。

(二) 起動次數容量與第二種獨立起動設施之設計實例

1. 起動儲能次數判定：

• 依據 CR 規範及 SOLAS II-1/44.2 規定，自動起動之應急發電機組，其起動裝置儲存之能源至少應能提供連續起動 3 次。
• 此外，除非能證明手動起動有效，否則應提供第二起動能源，在 $30$ 分鐘內另行提供至少 3 次起動能力。

2. 具備任兩種獨立起動設施之設計實例：

• 實例一：電氣起動（主）＋ 壓縮空氣起動（副）
• 第一起動設施（電氣）：配置專用之應急發電機起動蓄電池組與自動浮充電設備。自動啟動信號觸發電磁閥或起動接觸器，驅動直流起動馬達帶動飛輪起動。
• 第二起動設施（氣動）：配置獨立於機艙主空氣系統之應急空氣瓶與專用起動氣動馬達（或氣缸直接噴氣起動）。該空氣瓶由手搖式空壓機或以應急配電板供電的小型空壓機充填，並設有獨立手動快開閥。
• 實例二：電氣起動（主）＋ 液壓／機械彈簧起動（副）
• 第一起動設施（電氣）：同上述專用起動電瓶組與直流起動馬達。

核心觀念

本題考查輪機檢驗中「鍋爐受壓元件與安全保護裝置」之實船檢驗核心程序——蓄汽試驗（Accumulation of Steam Test）。 依據命題當年（民國 109 年）我國交通部《船舶設備規則》「第三編 輪機裝置・第一章 鍋爐及壓力容器」以及《中國驗船中心（CR）鋼船建造與入級規範》第五篇之規定（現行法規核心標準與數值規範維持一致）：

1. 安全閥洩放能量（Relieving Capacity）：鍋爐所裝設之安全閥總洩放能力，必須大於或等於鍋爐在最大連續燃燒率下的最大產汽量。
2. 蓄汽試驗定義：在關閉主蒸氣截止閥、切斷所有外部蒸氣消耗，並將燃燒裝置開至最大負荷（或柴油主機全負荷排氣加熱）的極端嚴苛工況下，實測安全閥全開時鍋爐內部蒸汽壓力的最高累積上升值。
3. 排氣節熱器（Exhaust Gas Economizer）系統特性：現代柴油主機船舶多配備複合式鍋爐系統（排氣節熱器與輔鍋爐共用汽水鼓，或排氣節熱器產汽併入輔鍋爐），其安全閥設計總排汽量必須涵蓋全速航行時排氣節熱器的最大產汽量與輔鍋爐燃燒器全開時之產汽能力。

解題方法

本題為標準的輪機法規與實務檢驗申論題，配分共 20 分。作答時應切中檢驗規範的三大構面：

1. 目的（4 分）：直擊「驗證安全閥洩放能量」與「防止超壓爆炸」，並結合裝有排氣節熱器之複合蒸氣系統特點，強調在全負荷產汽且對外供汽中斷時的被動防護能力。
2. 實施過程（8 分）：依時間軸結構化陳述「試驗前準備與管路隔離」、「燃燒與加熱工況設定（輔鍋爐最大燃燒＋排氣節熱器全負荷）」、「計時標準（水管鍋爐與火管鍋爐之差異）」以及「運轉中安全監控（水位控制與給水安全）」。
3. 合格標準（8 分）：必須精準寫出法定容許超壓比例（不超過最高工作壓力之 $10\%$），並兼顧安全閥啟閉動作特性（起跳、回座密封、無震顫）與鍋爐本體結構安全。

解題技巧

1. 關鍵數字必背：

• 壓力上升限度：不得超過最高工作壓力（Design Pressure / MAWP）之 $10\%$。
• 試驗持續時間：水管鍋爐 7 分鐘、火管（煙管）鍋爐 15 分鐘。

2. 避開常見失分陷阱：

• 考生易漏寫「關閉主蒸氣閥」，若未切斷對外供汽，鍋爐無法形成真實蓄汽狀態，該項為試驗成立的必要條件。
• 漏提「給水監控」：試驗時安全閥全開排汽，水位下降極快，必須持續供應給水以防乾燒，但給水泵運轉不得成為降低壓力的手段。
• 忽略「排氣節熱器」之題旨：若系統包含排氣節熱器，海上公試時需於主機額定最大連續出力（MCR）下驗證其排汽能力。

【答案】

(一) 蓄汽試驗之目的（4 分）

1. 驗證安全閥之總洩放能力：確認安裝於輔鍋爐及排氣節熱器系統之安全閥，在所有對外供汽中斷且產汽量達到最大極限之最惡劣工況下，其排汽截面積與洩放率足以迅速排出鍋爐所產生的全部過剩蒸汽。

核心觀念

本題評量驗船師對「國際防止船舶污染公約」（MARPOL 73/78）附錄一（Annex I）第 14 條（油水分離及過濾設備規格）與第 15 條（機艙區含油污水排放控制標準）的熟悉度，並測驗考生對商船輪機管路系統圖（P&ID）的繪製與操作實務能力。 （註：本題以命題當年民國 109 年法規為準，核心依據為 IMO 決議案 MEPC.107(49) 訂定之修訂型機艙艙底水過濾設備技術規範）。

關鍵核心要點包含：

1. 機艙區艙底水來源與收集：主機、輔機、管路閥件之洩漏與沖洗水匯集於艙底水井（Bilge Wells），再經由過濾箱（Mud Box）移送至艙底油污水櫃（Bilge Holding Tank）。
2. 處理與防污染設備配置：15 ppm 油水分離設備（Oily Water Separator, OWS / Oil Filtering Equipment）、15 ppm 油份濃度計（Oil Content Meter, OCM / Bilge Alarm）、三通電磁自動切換/回流閥（3-Way Control Valve）。
3. MARPOL 排放要件：

• 船舶正在航行途中（Proceeding en route）。
• 含油污水經由符合規範的 15 ppm 設備過濾。
• 排出物未經稀釋且含油量不超過 15 ppm（即含油濃度 $C \le 15\text{ ppm}$）。
• 配備超過 15 ppm 自動發出警報並停止舷外排放之連鎖回流機制。
• 排油操作全程記錄於「油料紀錄簿」第一部分（Oil Record Book, Part I - Machinery Space Operations）。

解題方法

本題為標準的「圖說題」（繪圖＋流程說明），解題切入點分為兩大部分：

1. 系統圖繪製（佔分關鍵）： 繪製時不可只畫出單一分離器，必須完整呈現「收集系統 $\to$ 儲存與分離系統 $\to$ 監測與排放/回流系統 $\to$ 污泥處置系統」四大區塊。特別注意不可遺漏「泥箱（Mud Box）」、「三通切換閥之回流管路（Recirculation Line）」以及法規要求的「緊急艙底水吸入管（Emergency Bilge Suction）」，展現驗船師對安全與防污染同等重視的專業度。

2. 處理流程說明： 依「污水收集與靜置 $\to$ 供料過濾分離 $\to$ 線上連續監測 $\to$ 排放與防呆回流 $\to$ 廢油處置與法定紀錄」之邏輯順序條列說明，並明確引述 MARPOL Annex I Reg. 15 的法定排放條件。

選項分析（申論題答題要素拆解分析）

本題為申論題，依評分標準將評分要素與常見正誤要點逐一拆解分析如下：

• 要素一：機艙艙底水收集與管路系統之完整性（圖面左半部）
• 正確要求：必須明確標出左右舷及艉部機艙水井（Bilge Wells）、吸入粗濾器（Mud Box）、艙底水分配閥箱（Bilge Valve Chest）、主艙底水泵（Bilge Pump）。
• 關鍵配備：依據 SOLAS 規定，機艙必須設有「緊急艙底水直接吸入管」（Emergency Bilge Suction），通常直接由海水主冷卻泵或最大容量泵抽吸直通舷外，圖面上繪出此項為加分亮點。
• 要素二：15 ppm 油水分離設備與監控裝置（圖面核心）
• 正確要求：繪出 15 ppm 油水分離器（MEPC.107(49) 標準）、分離器專用供料泵（Feed Pump）、15 ppm 油份警報器（OCM）。
• 常見錯誤：誤將一般艙底水泵直接接往舷外排放，此為嚴重違法設計；一般管路只能打入艙底油污水櫃（Holding Tank），再由專用泵供料給分離器。
• 要素三：安全防呆與回流機制（圖面右半部）
• 正確要求：OCM 後方必須設置與警報連鎖的「三通自動切換閥（3-Way Valve）」。當濃度 $< 15\text{ ppm}$ 導向舷外排海閥；當濃度 $\ge 15\text{ ppm}$ 或系統失靈時，三通閥必須立即自動動作，將污水導回艙底油污水櫃重新處理。
• 常見錯誤：若僅繪製舷外截止閥而無「回流管（Recirculation line）」，將因缺乏故障防護機制被嚴重扣分。
• 要素四：污泥（Sludge）儲存與最終處置途徑
• 正確要求：油水分離器頂部刮除之浮油/濃縮廢油，必須排入廢油櫃/污泥櫃（Waste Oil / Sludge Tank），最終路徑為船上焚化爐（Incinerator）焚燒或經由標準駁岸接頭（Standard Shore Connection）交岸上處理。

解題技巧

1. 繪圖記憶口訣：「井 $\to$ 箱 $\to$ 泵 $\to$ 櫃 $\to$ 分離器 $\to$ 警報表計 $\to$ 三通閥（合格排海／超標回流）」。
2. 常見扣分陷阱：

• 忘記畫「三通閥回流線」，直接畫單閥關閉，這在實務上會導致管路憋壓憋泵。
• 漏寫 MARPOL 四大排放先決條件中的「正在航行途中（Proceeding en route）」。
• 漏提「油料紀錄簿（Oil Record Book, Part I）」與記錄代碼（如 Code D、E）。

核心觀念

本題旨在測驗驗船師在「危險區域防爆與防靜電火災」及「管路與設備接地檢驗」之實務與法規要求。

1. 靜電起電與引燃機制：易燃液體（如原油、成品油、化學品）在管路內流動、噴濺或過濾時會產生流動帶電（Streaming current）。若管路中的法蘭墊片（Gasket）、閥件密封或膨脹接頭為絕緣材質，將使金屬管段或附件形成「孤立導體（Isolated conductor）」，導致靜電電荷積聚至高電位，一旦對周遭金屬結構發生火花放電（Spark discharge），且環境中存在爆炸性混合氣體時，即可能引發火災爆炸。
2. 等電位連接（Equipotential Bonding）：利用低阻抗之導電金屬連接帶（Bonding strap，通常為鍍錫軟銅編織帶或不銹鋼片），跨接於絕緣接頭兩端，將所有導電金屬構件維持等電位並導通至船體接地（Ship's hull earth），使靜電能持續洩放。
3. 法源與規範依據（以命題當年民國 109 年法規為準）：

• 國際法規：SOLAS 第 II-1 章第 45 條（預防危險處所靜電危害之預防措施）；IEC 60092-502（船舶電氣設備－油輪安全）；ISGOTT（國際油輪與油碼頭安全指南，第 5 版/第 6 版）；IACS UR M44。
• 國內法規：中華民國《船舶設備規則》第七編「電氣設備」與相關危險處所防爆規定。

解題方法

1. 第 (一) 小題（設置處所）：

• 切入點以「危險區域（Hazardous areas）」與「存在絕緣界面之金屬管路／設備」為核心展開。凡裝載或輸送低閃點易燃液體（閃點 $\le 60^\circ\mathrm{C}$）、貨油、易燃氣體處，其法蘭接頭裝有絕緣密封墊片、橡膠膨脹節、獨立貨艙支承等，皆為必設處所。

2. 第 (二) 小題（繪圖說明安裝方式）：

• 切入點以「管路法蘭跨接」最為典型且為考官最期待標準圖。圖中必須標示：兩側鋼管、管路法蘭、絕緣墊片、接地連接帶（銅編織帶／端子）、專用螺栓／防鬆墊圈，並特別註明「金屬接觸面需除漆磨光」，不可隨意夾於一般塗漆法蘭螺栓上。

3. 第 (三) 小題（檢驗方法與標準）：

• 切入點包含「外觀目視檢驗（物理完好性）」與「儀器電氣量測（連續性與電阻標準）」。引出本質安全型微歐姆計（Micro-ohmmeter），並寫出法規標準：單一法蘭跨接電阻需小於 $10\,\Omega$（部分驗船協會嚴格要求小於 $1\,\Omega$），整體管路系統對船體接地電阻小於 $1\,\text{M}\Omega$（$10^6\,\Omega$）。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項可資分析。評分要點在於各子題工程法規術語是否精確、手繪結構圖各組件標註是否完整，以及檢驗數值標準是否明確。

解題技巧

1. 設置處所記憶口訣：「管、閥、節、艙、喉」——管路法蘭、閥門附件、膨脹關節、獨立液貨艙、貨油裝卸歧管／軟管。
2. 常見扣分陷阱：

• 安裝繪圖只畫一條線跨過螺栓，未標明「絕緣墊片」與「除漆裸金屬接觸面」，會被扣除安裝細節分。
• 檢驗方式只寫「拿電表量量看」，未說明使用「本質安全型儀表」與「合格電阻閾值（$< 10\,\Omega$）」，痛失高分。

【答案】

(一) 必須設置靜電控制連接帶（Bonding Strap）之處所

依據 SOLAS 公約、IEC 60092-502 及 ISGOTT 之規定，凡位於危險區域（Hazardous Area）內，因安裝非導電墊片、密封環、襯裡或軟性阻隔而導致電氣連續性中斷之管路與設備，均必須設置靜電消除連接帶：

1. 危險區域之貨油及易燃液體管路法蘭接頭：

• 載運閃點不超過 $60^\circ\mathrm{C}$ 之貨油管路、燃料油管路、貨油艙排氣管（Venting line）、洗艙管路等裝有不導電密封墊片（Non-conductive gaskets）之管路法蘭接頭。

2. 管路之閥件、濾器及儀表附件處：

• 跨接管路閥件（Valves）、波紋管膨脹節（Bellows / Expansion joints）、過濾器與管路之連接處。

3. 獨立液貨艙（Independent Tanks）及支撐結構：

• 獨立貨艙、化學品槽若座落於木墊、絕緣橡膠塊或複合墊層上，其槽體與船體雙底結構之間必須設置連接帶跨接接地。

4. 外甲板貨油裝卸歧管（Cargo Manifolds）與裝卸臂／軟管法蘭處：

• 歧管總成及管路支架隔震點處。

5. 易燃區域設備之活動或隔振組件：

• 貨油泵室（Cargo pump room）內設有彈性減震底座之泵浦、風機馬達、透氣導套等。

核心觀念

1. 螺槳定律（Propeller Law）： 對於裝設「固定螺距螺槳（Fixed Pitch Propeller, FPP）」之船舶，在正常航行（深水、平靜海況且螺槳無顯著空蝕或滑差驟變）條件下，螺槳所吸收之功率（即主機輸出功率 $P$）約與螺槳轉速 $N$ 的三次方成正比，此即為三次方定律（Cubic Law）： $P \propto N^3 \quad \text{或} \quad P = c \cdot N^3$ 式中 $c$ 為螺槳阻抗特性常數。

2. 主機額定出力名詞定義：

• CMCR（Contract Maximum Continuous Rating，合約最大連續出力）：船舶建造合約所規範之主機最大安全連續輸出功率與對應轉速。
• NOR（Normal Continuous Rating，常用連續出力，亦常記為 NCR）：船舶平時營運航行所設定之最佳運轉出力，一般為 CMCR 之 $80\% \sim 90\%$，以兼顧主機運轉可靠度、壽命及燃油消耗經濟性。

解題方法

本題為標準的輪機推進動力學計算題，解題切入點在於利用螺槳吸收功率與轉速的三次方關係建立比例式。

步驟一：列出螺槳定律公式

設船舶柴油主機在 CMCR 狀態下之輸出功率為 $P_{\mathrm{CMCR}}$、轉速為 $N_{\mathrm{CMCR}}$；在 NOR 狀態下之輸出功率為 $P_{\mathrm{NOR}}$、轉速為 $N_{\mathrm{NOR}}$。

依據螺槳定律： $P = c \cdot N^3$

兩工況間的功率與轉速關係式為： $\frac{P_{\mathrm{NOR}}}{P_{\mathrm{CMCR}}} = \left( \frac{N_{\mathrm{NOR}}}{N_{\mathrm{CMCR}}} \right)^3$

將公式改寫以求 NOR 之轉速 $N_{\mathrm{NOR}}$： $N_{\mathrm{NOR}} = N_{\mathrm{CMCR}} \times \sqrt[3]{\frac{P_{\mathrm{NOR}}}{P_{\mathrm{CMCR}}}}$

步驟二：帶入已知條件進行計算

已知數據：

• $N_{\mathrm{CMCR}} = 73\ \mathrm{rpm}$
• $P_{\mathrm{CMCR}} = 14900\ \mathrm{kW}$
• $P_{\mathrm{NOR}} = 80\% \times P_{\mathrm{CMCR}} \implies \frac{P_{\mathrm{NOR}}}{P_{\mathrm{CMCR}}} = 0.80$ （註：$P_{\mathrm{NOR}} = 14900 \times 0.80 = 11920\ \mathrm{kW}$）

將比值代入轉速推導公式： $N_{\mathrm{NOR}} = 73 \times \sqrt[3]{0.80}$

計算立方根數值： $\sqrt[3]{0.80} = (0.80)^{\frac{1}{3}} \approx 0.928318$