多用途重吊船机舱通风系统设计

2013-09-27李爱华施晓波

船舶与海洋工程 2013年4期

李爱华，施晓波，黄影

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引言

沪东中华造船（集团）公司为德国贝鲁加航运公司建造的多用途重吊船，总长 168.68m，两柱间长155.79m，机舱长度20.3m。该船入级德国GL船级社，挂德国旗（船旗国的相应规范为SBG）。机舱主要设备技术参数：主机1台/船，功率9800kW，4冲程；发电机3台/船，柴油机功率994kW，发电机功率850kW，4冲程，航行状态时同时运行2台；燃油锅炉1台，功率~1250kW；废气锅炉1台，功率~1000kW。

1 机舱通风量计算

机舱通风计算依据ISO8861-1998国际标准。

1.1 主机舱通风量

1.1.1 设计工况

外界环境温度：+35℃，气压：101kPa，温升TΔ：最大12.5K

空气密度ρ：1.13kg/m3，空气质量热容C：1.01kJ/(kg·K)

1.1.2 燃烧所需空气量[1]

式中：dpp ——主机最大连续输出功率，kW；

1.1.3 设备散热所需空气量[1]

1.1.4 机舱所需总风量

因此该船机舱所需总风量约为 230200m3/h。选用两个送风机用于机舱通风（每台风机的风量116000m3/h），为满足不同工况需求，采用双速风机，考虑到机舱释放 CO2后的排风需求，其中一台风机采用可逆型式。

1.2 机舱内其他工作舱室通风量计算

除主机舱外，该船机舱还包括了一些其他的重要工作舱室，如：机修间、分油机室、电气储藏室等。机修间内因布置有焊接区域，因此该室通风需要独立于机舱通风，采用的是机械抽风、机械送风的方式；其他舱室如分油机室采用的是机舱供风、机械排风的方式；而电气储藏室因布置有配电板，因此采用的是机械送风、自然排风的方式。

这些舱室的通风量计算见表1。

表1 工作舱室通风量计算

2 机舱通风系统设计

该机舱通风系统设计依据：GL（德国船级社）规范、SBG（德国当局规范）、LLC《国际载重线公约》以及SOLAS《国际海上人命安全公约》等。

2.1 通风方式的选择

舱室的通风有以下几种方式：机械送风机械排风方式、机械送风自然回风方式、自然送风机械排风方式、自然通风方式。根据 ISO8861-1998国际标准要求，机舱通风在设计时需维持机舱稍微有正压，通常正压不超过50Pa，因此该船设计采用机械送风自然回风方式，以利于机舱正压的建立。具体来说就是采用机舱首部机械送风、机舱尾部（烟囱棚）自然回风方式。

2.2 机舱主通风管路设计

考虑到机舱属机械处所，其通风道在经过其他舱室时需考虑防火问题。另外，考虑到机舱内电缆、水管油管等管线众多，因此该船的机舱通风道主要采用的是结构风管型式，以满足布置及防火需求，结构风管大小设计按风管内风速不超过12m/s设计。

该船机舱结构风管分风机室上部及风机室下部两部分。因上部结构风管的布置位置在上层建筑的两侧，因此该风道截面的设计是将风速控制在 8m/s左右，以降低风道内噪音对上层建筑的影响，该部分风道的高度设计将在风口设计中谈到，这里不再赘述。

在结构风道中，由于船体加强需要，风道内的甲板或舱壁上往往会有强结构，造成局部通风面积不够，产生局部喉咙口困局。如该船风机室的顶甲板上就有横梁，为避开该横梁，甲板结构开孔偏小，局部风速达20m/s，为解决这一问题，经与船体专业协商，在满足强度要求及不改变其他专业布置的情况下，将该结构风管根部（艉楼甲板上）舱壁由垂直改为倾斜，局部扩大面积，以降低风速使风道畅通，见1、2。

图1 机舱通风横剖面

图2 机舱风机风闸布置安装图

风机室下部结构风道主要作用是将风送至机舱内各个场所。其目的如下[2]：提供主机、辅机和锅炉等设备在运行时需要的燃烧用空气；带走机舱设备运行时散发的大量热量；带走机械设备如分油机和电焊区域散发的各种油气等危险气体及水蒸气；给工作人员提供呼吸用的必要的新鲜空气，为设备和工作人员提供优良的工作环境。

因此需从总管上分出各支风管至上述位置，这些支风管大小须按风量风速设计，通过前面的风量计算，各主要设备所需的风量分别是：主机约100000m3/h；发电机约55000m3/h；锅炉约27000m3/h；分油机室约15000m3/h；轴发约18000m3/h；其他约17000m3/h。将各支风管内的风速控制在8m/s左右，由于风量及计算出的风管尺寸较大，这些支风管均采用至少2mm的黑铁皮制作，以满足风管强度要求，避免风管强度不够产生振动及噪声。

2.3 送风管路上风口设计

该船送风口采用的是不可调节的线网式风栅形式，主要考虑到该型风栅有效通风面积大，若采用传统的槽式结构通风栅，有效通风面积小，同样数量的风栅后者出风口风速较大，若为降低风速而增多风栅，则又不经济。

因此，共用59个通风栅，将机舱内的送风口风速控制在6m/s以下，达到了SBG要求。

2.4 发电机室通风系统设计

该船机舱布置较特殊：其发电机室采用独立舱室布置（虽在机舱区域内，却又独立于主机舱），该布置系SBG的特殊要求，主要考虑到机舱噪声问题。

虽是独立舱室，但因其仍在机舱内，因此其送风与主机舱通风作为整体一起考虑，采用在机舱主送风管路上开支管的形式，与其他船舶类同。

然而，该室的回风问题确需特别考虑。原来考虑的方案是将该室的回风直接排至大气，但因布置受限，该回风通道只能是在主甲板上，回风百叶窗开孔下口距主甲板仅900mm，根据LLC规范要求，该种布置方案中百叶窗采用可闭形式。但是该方案没有得到SBG认可，因为根据SBG规范，百叶窗只接受带盖形式，不接受无盖但百叶可关闭形式。但船又无法将该回风百叶窗升至距主甲板4500mm高度，因此最终该室的回风只能回到主机舱内，由烟囱排至大气。为尽可能地降低主机舱内噪声，设计采用回风消音箱的形式。该室通风量大，约需55000m3/h回风量，因此采用了3个回风消音箱，风口风速控制在4m/s左右，得到了船东认可，满足各规范要求。

2.5 分油机室通风系统设计

根据 GL规范，该室的通风要求是防止该室内混合油气进入机舱。因此该舱室采用机械送风机械排风方式，机械送风即从主机舱的风管上开支管，排风则采用单独的机械排风方式，根据 GL规范，该送风管上安装均有防火风闸。

需要特别指出的是，SBG对该室的通风气流组织有特殊的要求：该室内的送/排风管需尽量错开布置，防止送回风口太靠近而造成通风“短路”。因此，该室的排风管布置在靠船舯的主要发热设备（主机燃油供油单元）的上方，而从主机舱通风管来的送风管则布置在该室的舷侧方向（见图3）。

2.6 机舱进/出风口

机舱风机室上部结构风管主要用于安装送风百叶窗，其高度设计需满足LLC规范[3]：位置1，要求百叶窗开孔下口距主甲板4500mm以上；位置2，要求百叶窗开孔下口距主甲板2300mm以上。

根据LLC规范，上述范围内的百叶窗可采用无门固定百叶形式，该船设计共用6个无门固定百叶窗分别向两个风机供风。

根据风油遥切的需要，烟囱百叶窗要求可闭。因此烟囱上的回风百叶窗采用无门但百叶可关闭的形式，综合风速、SBG对于百叶窗（风闸）叶片数量等考虑，设计采用4个大小为1950mm×1350mm的气动百叶窗，并在驾驶室能控制其开闭，控制原理见图4。

2.7 机舱风机可闭风闸

该船的机舱风机室空间非常有限，截面尺寸为 2100mm×2100mm，甚至采用了开人孔方式解决风机吊入后螺栓连接问题。高度方向也非常有限，除去风道、风机、风机基座高度以及合拢管高度后，供可闭风闸的安装高度仅400mm（见图2），因此只能采用多叶片、气动控制形式（控制原理见图4）。

2.8 机舱风机风闸及烟囱百叶窗

根据GL要求，机舱通风用的可闭百叶窗及风闸须有两种控制方式：手动操作及从驾驶室或防火控制站遥控。因此本通风系统上的烟囱百叶窗、机舱风机上的风闸及分油机室风管上的防火风闸等均设计成气动形式，气源为压缩空气，来自“应急速关阀空气系统”，工作压力为0.5~0.7MPa，供气时保持开启状态，断气时关闭。驾驶台可显示开关状态并能遥控启/闭。在机舱释放 CO2的情况下能在驾驶室迅速切断机舱内的通风系统。控制原理见图4。