滿足RCP要求的集裝箱船貨艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

陳莉 蔡志珍 談華軍 李瀟祥

摘 要：本文以2700TEU集裝箱船貨艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹了入級RCP需要注意的相關(guān)規(guī)范及RCP車間試驗的方法及流程，對如何提高貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的效率提出了建議。

關(guān)鍵詞：RCP；通風(fēng)設(shè)計；RCP車間試驗

中圖分類號：U664.86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： BY taking the 2 700TEU container vessel built in Wenchong Shipyard as an example， this paper introduces the relevant rules and regulations for the ships applied to RCP notation， provides a method for RCP mock-up test， and gives some advice on promoting efficiency of cargo hold ventilation.

Key words： RCP； ventilation design； RCP mock-up test

1 前言

我司在集裝箱船建造領(lǐng)域具有悠久的歷史，但建造取得GL船級社RCP入級符號的集裝箱船尚屬首次。滿足RCP要求的集裝箱船，可以更好的保障冷藏集裝箱在運輸過程中的通風(fēng)質(zhì)量。

2 700TEU集裝箱船貨艙通風(fēng)系統(tǒng)通過試驗，驗證了貨艙通風(fēng)系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)與理論設(shè)計數(shù)據(jù)的一致性，并成功取得RCP入級符號。

2 研究內(nèi)容

2.1 規(guī)范要點

根據(jù)對GL規(guī)范的研究，介紹貨艙通風(fēng)系統(tǒng)要點。

2.1.1入級符號

RCP入級符號的標(biāo)準(zhǔn)格式為“RCPXXX/XX”，例如2700TEU集裝箱船的入級符號為RCP502/50。RCP為“Refrigerated Container Stowage Positions”的縮寫，502代表本船裝載冷藏集裝箱的數(shù)量為502個， 50代表本船50%的冷藏集裝箱可以用于裝載水果或冷凍的貨物。

2.1.2風(fēng)量要求

RCP入級符號根據(jù)冷藏集裝箱的冷卻方式、集裝箱的尺寸，對供風(fēng)量提出了要求。

（1）采用風(fēng)冷的單個冷藏集裝箱供風(fēng)量要求如下：

① 20″單個冷藏集裝箱供風(fēng)量，推薦值為3100 m3/h； 40″單個冷藏集裝箱供風(fēng)量，推薦值為4 500 m3/h ；

通過公式（1）計算，單個冷藏集裝箱供風(fēng)量要求為4440 m3/h，規(guī)格書要求每個冷藏集裝箱最小風(fēng)量為4500 m3/h，最終按照4 500 m?/h設(shè)計。

2.1.3風(fēng)管設(shè)計要求

風(fēng)管出風(fēng)口的設(shè)計要能夠滿足出風(fēng)口風(fēng)速不超過10m/s。當(dāng)設(shè)置了合理通道可以安全進(jìn)入貨艙進(jìn)行作業(yè)時，出風(fēng)口最大風(fēng)速可以提高到不超過13 m/s。

2.1.4車間試驗要求

RCP要求貨艙風(fēng)機和風(fēng)管的布置按照在船上安裝的實際情況進(jìn)行車間試驗；對于試驗風(fēng)管的每個出風(fēng)口進(jìn)行風(fēng)量測量：每個出風(fēng)口風(fēng)量應(yīng)為4 500 m?/h，允許偏差為±10%。

2.2設(shè)計方案

2.2.1貨艙通風(fēng)阻力和風(fēng)量的計算

根據(jù)2 700TEU集裝箱船的總布置圖、裝箱布置圖，以及對規(guī)格書、GL規(guī)范的核查，同時考慮供風(fēng)口位置、數(shù)量、風(fēng)速等，確定風(fēng)管布置圖。

根據(jù)船級社規(guī)范要求：相同風(fēng)管布置僅需做一組試驗。因此，盡可能減少風(fēng)管布置的類型，可以減少進(jìn)行試驗的風(fēng)管數(shù)量。

設(shè)計之初，為減少進(jìn)行試驗的風(fēng)管數(shù)量，已盡可能將所有風(fēng)管相同布置，盡量選取阻力損失較大的風(fēng)管做試驗，最終本船共選用4根風(fēng)管進(jìn)行試驗。

根據(jù)風(fēng)管布置圖，計算通風(fēng)管路中通風(fēng)筒、異徑、變徑、彎管、濾網(wǎng)、風(fēng)機以及管路沿程阻力等壓力損失，確定風(fēng)機的壓頭。通過計算，初步確定了各貨艙的通風(fēng)量和風(fēng)機壓頭（見表1）。

2.2.2 貨艙通風(fēng)風(fēng)機參數(shù)確定

貨艙風(fēng)機和馬達(dá)的選型、配對是入級RCP的貨艙通風(fēng)系統(tǒng)首要考慮的因素，風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓與馬達(dá)功率需要完全匹配。如果風(fēng)壓余量過大，選取的風(fēng)機風(fēng)量及馬達(dá)功率也會過大，整個系統(tǒng)的效率便會降低；如果風(fēng)壓余量過小，則無法滿足規(guī)范中單個冷藏箱的風(fēng)量要求。

雖然GL規(guī)范對風(fēng)機的效率并沒有明確的要求，但我們參照ISO 12759選取風(fēng)機效率為FMEG70的風(fēng)機。表2為本船的風(fēng)機選型。

在簽訂風(fēng)機協(xié)議時，廠家需提供風(fēng)機的性能參數(shù)曲線。由于試驗時實測風(fēng)量會與設(shè)計工況有些差異，所以為風(fēng)機的風(fēng)量、壓頭留有一些余量是十分必要的，以便在試驗時對風(fēng)機進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。另外，通常協(xié)議中有注明廠家需另備3～4套風(fēng)機葉片，用于試驗時更換或調(diào)整葉片角度等方式調(diào)整風(fēng)機參數(shù)。

2.2.3貨艙通風(fēng)風(fēng)管風(fēng)速核算

根據(jù)船級社規(guī)范要求，出風(fēng)口的設(shè)計要能夠使得出風(fēng)口風(fēng)速不超過10 m/s，當(dāng)設(shè)置了合理通道可以安全進(jìn)入貨艙進(jìn)行貨艙作業(yè)時，最大出風(fēng)口風(fēng)速可以提高到不超過13 m/s。本船在右舷設(shè)置有合理通道，因而最大出風(fēng)口風(fēng)速不能超過13 m/s。

根據(jù)表1貨艙風(fēng)量計算的相關(guān)內(nèi)容，對每個貨艙艙蓋百葉窗出風(fēng)口的風(fēng)速進(jìn)行核算。本船共有5個貨艙，其中No.1/3/4/5艙的艙口百葉窗能夠滿足風(fēng)速要求，但No.2貨艙艙口蓋的百葉窗開孔大小，不能滿足規(guī)范要求的風(fēng)速，因而為No.2貨艙設(shè)置了額外的自然風(fēng)口，用于裝載危險品貨物時自然出風(fēng)。

2.2.4車間試驗方案確定

（1）送審原則：對于風(fēng)機的效率，RCP并沒有效率要求，本船規(guī)格書也沒有對效率的規(guī)定，因而船廠送審圖上不需注明風(fēng)機效率。

（2）明確范圍：車間試驗只需對首制船做，后續(xù)船不需再做試驗，但需在試航時測量每個供風(fēng)口的風(fēng)量是否為4 500 m3/h±10%，風(fēng)量上限可以增加，下限的要求必須滿足。

（3）選取試驗對象：在做車間試驗時，不需要每根風(fēng)管都進(jìn)行試驗，通常GL會根據(jù)船廠的送審圖中風(fēng)管的布置情況，選取有代表性的風(fēng)管，本船最終選取了4根風(fēng)管進(jìn)行試驗。

（4）試驗工藝：為了保證風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性，通常可以將風(fēng)管的直管段加長5 m，并將每個支管的風(fēng)口直管段加長1～2 m后進(jìn)行測量，該做法也是船級社常規(guī)認(rèn)可的方法。

（5）程序確認(rèn)：車間試驗的程序需送GL認(rèn)可，包括測試的位置、數(shù)量、方法、儀器、增加直管的圖，都需在送審圖上表達(dá)。

（6）船上阻力模擬：做車間試驗的時候，因為車間跟船上工況不同，船上有貨艙艙蓋上的自然通風(fēng)百葉窗會對風(fēng)機產(chǎn)生額外的阻力，所以要模擬船上的阻力工況。根據(jù)廠家經(jīng)驗，在風(fēng)機進(jìn)口增加阻力為8 mmAq的金屬網(wǎng)格（網(wǎng)格為2 mm），風(fēng)管尺寸可以根據(jù)試驗情況修改，GL只考核每個供風(fēng)口的風(fēng)量。

（7）風(fēng)險規(guī)避：做車間試驗的時候，在風(fēng)管局部增加調(diào)風(fēng)門可以控制風(fēng)量的大小。規(guī)范沒有規(guī)定風(fēng)管內(nèi)不能增加調(diào)風(fēng)門，但GL建議不使用，而且船東通常也不同意使用，因而本船試驗不設(shè)置調(diào)風(fēng)門。

2.3 車間試驗

2.3.1 試驗準(zhǔn)備

（1）通風(fēng)管路準(zhǔn)備：用于進(jìn)行車間測試的風(fēng)管，包括通風(fēng)帽以及船體結(jié)構(gòu)部分，都要根據(jù)裝船安裝后1：1的尺寸在車間做出實物，風(fēng)管厚度可以跟船上的不一致，但是長度要跟實船一致。

（2）電源準(zhǔn)備：車間要準(zhǔn)備與船上相同的電源3x440 V/60 Hz給風(fēng)機供電，我國岸電為3x380V/50 Hz，因而需要配備變壓器等專用的供電設(shè)備給風(fēng)機進(jìn)行供電。

（3）場地準(zhǔn)備：試驗場地最小尺寸要比整個通風(fēng)管包括通風(fēng)帽大，如直管段長度不夠，要插入直管段風(fēng)管。本船在風(fēng)機前后各增加5 m直管，在每個風(fēng)口前增加1 m直管；要準(zhǔn)備足夠空間的試驗場所，并能存儲GL要求做試驗的風(fēng)管，每根風(fēng)管都預(yù)先安裝好。本船提前做好了場地策劃工作，如圖1所示。

（4）工具準(zhǔn)備：需要提供具有船級社證書、校準(zhǔn)證書的測量工具。本船由廠家提供測量工具，廠家技術(shù)人員在現(xiàn)場指導(dǎo)船廠做試驗，廠家?guī)Я艘惶讉鞲衅?、一套馬達(dá)測量工具、兩套風(fēng)口末端測量裝置、4套主管上的測量裝置。

（5）備件準(zhǔn)備：由于車間實驗的不確定性，通常風(fēng)機廠家需要為每種風(fēng)機配備一定數(shù)量的風(fēng)機葉片，以便于在初次試驗失敗后可以及時更換頁片后再次進(jìn)行試驗，以節(jié)約測試時間。

2.3.2貨艙通風(fēng)管試驗過程

在車間內(nèi)將風(fēng)管、通風(fēng)附件、風(fēng)管結(jié)構(gòu)件、測量儀器等進(jìn)行連接和調(diào)試，各項準(zhǔn)備工作結(jié)束后，通知廠家開始進(jìn)行車間試驗。試驗時首先開啟風(fēng)機，待風(fēng)機運行穩(wěn)定一段時間后進(jìn)行正式試驗。試驗中，我們通過對風(fēng)機葉片角度、百葉窗葉片形式、風(fēng)管腹壁形式、金屬網(wǎng)數(shù)量、支管等附件的修改，來調(diào)整風(fēng)機風(fēng)量和風(fēng)管阻力。

試驗中我們發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)附壁風(fēng)管以及通風(fēng)筒的有效通風(fēng)面積在風(fēng)管總的阻力損失中占較大比例，故在今后的設(shè)計中需要盡量避免采用類似的結(jié)構(gòu)附壁風(fēng)管，并盡量加大進(jìn)風(fēng)口處通風(fēng)附件的有效通風(fēng)面積。

金屬網(wǎng)格模擬阻力的過程中，根據(jù)風(fēng)量的變化對金屬網(wǎng)格作過多次調(diào)整，對金屬網(wǎng)格的數(shù)量要求也超過了我們的預(yù)估。試驗開始時，我們沒有配備足夠的金屬網(wǎng)格，經(jīng)過緊急采購解決了此問題，故在今后設(shè)計中，需要配備足夠數(shù)量的金屬網(wǎng)格用于試驗，避免因準(zhǔn)備不足導(dǎo)致車間試驗時間的浪費。

本試驗過程中共經(jīng)過了24次調(diào)整、花費約2周的時間，4路風(fēng)管的風(fēng)量、阻力都能夠滿足規(guī)范要求。聯(lián)系船檢現(xiàn)場試驗僅用半天即完成了車間實驗的報驗工作。

3 總結(jié)及展望

風(fēng)管布置圖、阻力計算、風(fēng)機選型是入級RCP船的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要點，尤其是通過阻力計算確定風(fēng)管設(shè)計是否合理，減少后期風(fēng)管修改，縮短試驗的時間。

通過本次RCP貨艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，我們掌握了RCP風(fēng)管設(shè)計的難點和風(fēng)機與馬達(dá)的基本匹配技術(shù)，培養(yǎng)了通風(fēng)設(shè)計技術(shù)人才。尤其僅用兩周時間即完成車間試驗，相比其它船廠3～6個月的試驗周期更短，經(jīng)濟效益更好，為我司承接后續(xù)帶有RCP入級符號集裝箱船打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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