支线集装箱船改装设计

吴 卫

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

0 引言

随着社会的发展，冷链运输对象已由传统的初级农产品扩展到医药及化工等领域，货物种类呈现多样性，显示出较强的市场适应度和现实经济效益。

据航运咨询机构德鲁里分析，易腐冷藏海运贸易量在2015年出现增长，在2016年会出现进一步上升，到2020年，海运冷藏货物贸易量预计将达到1.2亿吨，平均每年的海运量将以2.5%的速度增长。另外，在德鲁里2015年发布的冷藏集装箱船市场年度报告中指出，2015年冷藏集装箱船队的运力同比增长了 15%，预计在 2018年船队增长规模将达到20%。

在冷藏航运市场稳定增长的情况下，支线集装船改装市场前景广阔。支线集装箱船数量众多，改装成本低，周期短，改装后装货方式更加灵活，能够有效提高船舶冷藏货物的运送能力。

1 方案简介

支线集装箱船通常是指3 000 TEU以下集装箱船，主要负责区域内（如亚洲区域、欧洲区域）的货物运输，具有吃水浅、载量小、航行灵活等特点。

本方案主要针对原船冷藏箱箱位布置不饱和，有增加冷藏箱箱位需求的支线集装箱船。该改装方案不改变原船的箱位布置，仅将部分干箱箱位改为冷箱箱位，不改变原船稳性和总体强度。主要工程是在原船上增加冷藏集装箱箱位，通风、电气等专业做相应改造。

2 技术解析

2.1 冷箱布置

甲板以上通常可布置 3层冷藏箱，在满足通风和检修要求的前提下，货舱内可尽量多地布置冷藏箱。

在甲板以上布置冷箱时，要确保冷箱对流散热和监测检修方便，层数不宜过多。艏部应考虑甲板上浪的影响，低位两侧最好不放冷箱。

在货舱内部布置冷箱时，应在冷箱前端留有足够的检修空间，以便冷箱监测和压缩机更换。如果检修位置被结构舱壁遮挡，可以在舱壁上局部开孔，让出空间，开孔大小和位置不影响结构强度，如图1所示。

图2和图3是实船冷箱加装方案布置图。该船全长175 m，型宽27.4 m，型深14.3 m，设计吃水10.9 m。原船有冷藏箱 300个，客户要求新加冷箱150个，但因货舱内部开孔位置有限，最终增加冷箱148个。

图1 结构开口典型图

图2 改装前300 RFEU

图3 改装后448 RFEU

2.2 货舱通风改装设计

货舱载有冷藏集装箱时，需要提供足够的通风来带走每个冷箱单元冷凝器产生的废热，减少冷箱散热对货舱温度的影响。货舱内冷藏箱箱位增加后，货舱通风系统应根据风量计算进行升级改造。货舱通风改装是集装箱船主要的改装工程项，对总体成本，施工周期等都有重要影响。下面介绍几种实际应用中比较简单和经济的改装设计方法。

2.2.1 优化选型设计

优化选型设计主要有两个方面：

1）选取最佳风量计算值

每个冷藏箱风量大小应根据冷藏箱冷却形式、船级要求、运货情况等特点选取最佳值。DNV GL规范对带有RCP符号的冷藏箱船，风量要求值[1]如下：

对风冷式冷藏箱船：（1）每RTEU为3 000 m3/h；（2）每RFTU为4 200 m3/h，如装运混合货物时；（3）每RFTU为4 500 m3/h，如装运香蕉时。

对水冷式冷藏箱船：（1）每RTEU为320 m3/h；（2）每RFTU为500 m3/h，如装运混合货物时；（3）每RFTU为700 m3/h，如装运香蕉时。

对无冷藏箱符号（如 RCP）要求的船，每箱风量值可以适当降低，提高经济性。以改装实船为例，因该船无RCP符号要求，冷藏箱为风冷式，为降低改装难度和成本，每箱风量下调至3 800 m3/h。货舱通风计算方法如下：

某货舱原有冷箱数量：N1=40个

新加冷箱数量：N2=24个

货舱冷箱总数量：N1+N2=40 +24=64个

每箱风量：Q=3 800 m3/h

货舱送风总量：

V=Q×(N1+N2)=3 800×64=243 200 m3/h

2）合理确定风机排量

DNV GL要求中，每个送风机最多可服务16个冷藏箱。每列集装箱应提供独立的送风管和风机，最外列和货舱通道处可以采用支管形式。如果是水冷式冷藏箱，风管可以减少到两根，送风出口应布置在货舱低位部分。

因此，对风冷式冷藏箱，每台送风机排量大小应根据服务冷箱数量的多少来确定，不宜将货舱总风量简单平均到每台风机上。以实船为例，如图 4所示，该货舱横向排有10列集装箱，中间每列集装箱都配有独立的风机和风管，舷侧两列利用支管送风，货舱共用了8台送风机，其中2台风量为34 200 m3/h，5台风量为30 400 m3/h，1台风量为22 500 m3/h，货舱送风总量为243 200 m3/h。

图4 货舱风机风管布置图

2.2.2 机械与自然通风结合设计

货舱送风量增加后，为减少改装工程量，可以在货舱盖侧壁等位置，安装一定数量的百叶窗（图5），用作自然排风口，也可兼作装载危险货物时的自然进风口，保留货舱原有排风机和排风管道。百叶窗应有足够的有效截面积，一般以出口风速不大于10 m/s为宜，数量和大小不影响货舱盖的结构强度。系统工作时，货舱风量一部分由原有风机管道机械抽走，另一部分则由货舱盖百叶窗自然排风。这种改装方法可以最大程度的利用原船风机和通风管道附件，使系统简单化，施工方便，有效降低了改装成本。

图5 货舱盖通风口示意图

2.2.3 可逆风机设计

当货舱有兼装危险货物要求时，货舱通风也要能满足运送危险货物的相关规定，保证船舶安全。

IMDG Code要求[2]中规定，在货舱内装运下述危险货物时必须配备机械通风：

1）第2.1类危险货物；

2）闭杯闪点低于23℃的第3类危险货物；

3）第4.3类危险货物；

4）具有第3类副危险的第6.1类危险货物；

5）具有第3类副危险的第8类危险货物；

6）具有特殊积载规定要求机械通风的危险货物。

为避免货舱风机，管路过多，现场安装困难，可以将货舱送风机设计成可逆风机，在载运危险货物时兼作排风机用。具体方法是：

1）合理计算货舱通风量

风量计算是货舱风机配置的主要依据，计算时应根据货物的危险等级和运送方法，结合规范要求选取最佳通风换气次数。

SOLAS在运输危险货物要求中规定，封闭货物处所要提供充分的机械通风。至少保证货舱在空舱容积的基础上，每小时有 6次的换气次数，以便移除货舱上部或下部的蒸汽。对危险等级为2、3、6.1和 8且在封闭集装箱内运送的货物，货舱通风换气次数可以减少到2次/小时。对等级为4和5.1且在封闭集装箱内运送的液体，货舱换气次数也可以减少到 2 次/小时[3]。

以换气次数乘以货舱容积即为货舱需要的通风量，以实船为例：

某货舱容积：V=9 989 m3

运送危险货物IMO等级：2-8

运送方法：封闭集装箱式

货舱换气次数要求：n=2次/小时

货舱需要的排风量：

Q=V×n=9 989×2=19 978 m3/h

2）选用合适的送风机

根据货舱风量大小，在该货舱配置的送风机中，选择 1台或数台设计成可逆风机。风机总排风量满足风量计算要求，在送风管上设置风量调节阀，控制货舱上下部分的排风量。在运送危险货物时，可逆风机运行，其他风机停止工作，利用舱口盖上面的百叶窗自然进风。从而减少风机的数量和管道附件，降低改装难度和施工成本。

实船中，某货舱有8台送风机，其中有2台38 000 m3/h，5台30 400 m3/h，1台22 500 m3/h。货舱装载危险货物时通风量为19 978 m3/h。将其中2台30 400 m3/h的送风机设计成可逆风机，风机逆转工作时，风量减半。

2.2.4 风机管道再利用设计

在货舱通风改装设计中，应充分利用原有风机和风管。比如改装后某处风机服务的冷箱数量相对较少，原船的风机也能满足风量要求，可以将原船风机进行再利用，以减少风机的采购数量。如果风量增加后，风管风速变化不大，也可以保留原有风管。

2.3 电气改装设计

原船冷箱数量增加后，需要给增加的冷箱配备相应的电站和配电板、冷藏监控系统、分电箱及冷箱插座等电气设备。

1）确定发电机容量和台数

发电机容量应根据电力负荷计算确定，要考虑有无冷箱入级符号（如 RCP）和冷箱的实际装载情况等。图 6是某船新加冷箱的电力负荷计算案例，该船共增加152个冷箱，因无RCP符号要求，计算中考虑了0.6的冷箱同时使用系数。

图6 电力负荷计算案例

发电机组数量配置要考虑船级符号的要求，如DNV GL的RCP符号要求中，发电机的容量应能满足当任何一台发电机失去服务时，所有冷箱插座和货舱通风系统能在航行工况下正常运行。

2）发电机组形式

新增发电机组宜采用风冷式集装箱形式，机组根据需要布置在原船的集装箱箱位处，吊装和维护方便。这种布置方案基本不占用船体空间，改动工程量最小。机组燃油供给可从原船的燃油舱驳运，系统简单，操作方便。

3 结论

该类支线集装箱船改装设计方法，极大提高了船舶改装效率，使整个加箱改装方案具有周期短、成本低、见效快、对船东日常营运影响小等优点，可以在以后类似项目中推广应用。

[1]DNV GL. Rules for Classification of Ships[S]. 2016.

[2]IMO. International Maritime Dangerous Goods Code[S].2012.

[3]IMO. International Convention for the Safety of Life at Sea[S]. 2012.