800 TEU近海航區(qū)敞口集裝箱船艙底系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚宇廷

（上海歐德利船舶設(shè)計(jì)工程有限公司，上海 200023）

關(guān)鍵字：近海航區(qū)；敞口集裝箱船；艙底泵；艙底系統(tǒng)設(shè)計(jì)；水噴淋系統(tǒng)

0 引言

敞口集裝箱船的特點(diǎn)在于擁有一個(gè)或多個(gè)沒有艙蓋的貨艙。這種無艙口設(shè)計(jì)能夠有效提高裝貨和卸貨的效率，在中短途貨物運(yùn)輸工作中優(yōu)勢(shì)較為明顯，已成為近海航運(yùn)的首選船型，但也正因?yàn)樨浥摕o艙蓋，航行時(shí)以及船舶失去動(dòng)力漂浮時(shí)的上浪、降雨、消防噴淋水都會(huì)使貨艙產(chǎn)生大量積水，排除這些積水對(duì)船舶的穩(wěn)性，及航行安全顯得尤為重要，也決定了該船型的艙底系統(tǒng)設(shè)計(jì)和普通箱船的設(shè)計(jì)有較大區(qū)別。

1994年，國(guó)際海事組織（IMO）頒布了《敞口集裝箱船暫行指南》，該文件適用于無限航區(qū)航行的敞口集裝箱船，我國(guó)海事局于2008年頒布了《敞口集裝箱船檢驗(yàn)暫行規(guī)則(2008)》（以下簡(jiǎn)稱：規(guī)則2008）。該規(guī)范既納入了上述IMO指南的內(nèi)容，也制定了我國(guó)沿海右舷航區(qū)航行的敞口集裝箱船的安全要求，從而為有限航區(qū)、江海航行敞口集裝箱船的設(shè)計(jì)建造提供了依據(jù)。

1 800 TEU船型參數(shù)和基本特點(diǎn)

1.1 船型參數(shù)

總長(zhǎng)：～146 m；

垂線間長(zhǎng)：142.2 m；

型寬：23.25 m；

型深：10.5 m；

設(shè)計(jì)吃水：6.5 m；

載重量：13 200 dwt；

最大箱位：816箱/54冷藏箱；

定員：20人；

服務(wù)航速：13 kn。

1.2 船型特點(diǎn)

本船采用直艏，節(jié)能線型。設(shè)計(jì)有5個(gè)貨艙，1號(hào)和2號(hào)貨艙可裝運(yùn)4.1、4.2、4.3、5.1和5.2類危險(xiǎn)貨物，并帶有艙蓋；3號(hào)至5號(hào)貨艙為敞口貨艙；3號(hào)和4號(hào)貨艙為40ft雙箱位大貨艙。

封閉和敞口貨艙均配置了固定式水噴淋滅火系統(tǒng)。

2 敞口集裝箱船艙底系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

2.1 艙底泵的數(shù)量

規(guī)則2008中要求應(yīng)至少有3臺(tái)艙底泵可用于排放敞口貨艙艙底水。該類泵中至少1臺(tái)應(yīng)具有不小于上述要求的排量，且只允許其用作排放艙底水和壓載服務(wù)。該泵的布置應(yīng)布置在主動(dòng)力源處所之外，并由應(yīng)急配電板供電，另外至少2臺(tái)泵的組合排量應(yīng)不小于規(guī)定的要求，該泵可由主電源或應(yīng)急配電板供電。800箱船于機(jī)艙配置2臺(tái)艙底泵，并在艏側(cè)推/應(yīng)急消防泵艙布置第3臺(tái)艙底泵，并由應(yīng)急配電板供電，以滿足規(guī)范要求。

2.2 艙底泵的排量

規(guī)則 2008中的要求艙底排水系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的排水能力，使之能排放下述5項(xiàng)中較大者，并要求提交《敞口貨艙艙底排水系統(tǒng)計(jì)算書》以審查船舶的排水能力是否達(dá)到規(guī)范要求，計(jì)算書應(yīng)從如下5個(gè)方面對(duì)艙底泵的排量進(jìn)行計(jì)算，并選取最大者。

1）由綜合模型試驗(yàn)確定的海上航行狀態(tài)下最大的每小時(shí)貨艙上浪量

根據(jù)800 TEU的“耐波性特性模型試驗(yàn)報(bào)告表（表1），每小時(shí)的進(jìn)水高度最大發(fā)生在艏斜浪135°的時(shí)候，3B.4A貨艙底面積為490 m2，3A和4B貨艙底面積各為245 m2，5貨艙底面積為230 m2，據(jù)此可以得出全船敞口貨艙每小時(shí)的上浪量最大。

表1 不同開口艙在不同工況下上浪量（每小時(shí)進(jìn)水高度，實(shí)船，單位：mm/h）

2）每小時(shí)100 mm降雨量（不考慮所設(shè)置的防雨棚）

根據(jù)3號(hào)至5號(hào)敞口貨艙的敞口面積之和為1 152 m2，可以得出按每小時(shí)100 mm的降雨量時(shí)，貨艙的進(jìn)水量為115.2 m3/h。

3）模型在橫浪無動(dòng)力狀態(tài)下耐波性試驗(yàn)表 6所測(cè)得的貨艙每小時(shí)上浪量乘以安全系數(shù)2

根據(jù)800 TEU的“耐波性特性模型試驗(yàn)報(bào)告”中模型在橫浪無動(dòng)力狀態(tài)下耐波性試驗(yàn)所測(cè)得的貨艙每小時(shí)上浪量，3B和4A貨艙底面積為490 m2，3A和4B貨艙底面積各為245 m2，5貨艙底面積為230 m2，據(jù)此數(shù)據(jù)可得出全船敞口貨艙橫浪情況下每小時(shí)的上浪量為67.1 m3/h

按規(guī)范要求需乘以安全系數(shù) 2，因此實(shí)際取值為134.2 m3/h。

4）最大敞口貨艙內(nèi)消防所需水量的4/3

800 TEU僅第1&2貨艙設(shè)有風(fēng)雨密艙口蓋。按規(guī)格書描述，第1和第2貨艙需裝載危險(xiǎn)貨品，種類為：4.1類（易燃固體）、4.2類（易于自燃的物質(zhì)）、4.3類（遇水發(fā)生易燃?xì)怏w的物質(zhì)）、5.1類（氧化劑）及5.2類（有機(jī)過氧化合物）。按規(guī)范要求應(yīng)設(shè)有固定式噴霧器設(shè)備或用水浸入貨物處所的設(shè)備，以使指定甲板下的貨物處所按貨物處所水平區(qū)域面積每平方米5 L/min的水量得到有效冷卻。所要求的總供水量應(yīng)按最大的指定貨物處所同時(shí)計(jì)算。由于本船2#貨艙為最大封閉貨艙，水平面積為230.4 m2，因此所需的噴淋水量為1 152 L/min，即69.12 m3/h。

本船第3至5貨艙為敞口貨艙，敞口貨艙的滅火系統(tǒng)應(yīng)基于將火抑制在貨源所在的箱跨和冷卻相鄰的區(qū)域，以防止結(jié)構(gòu)損壞的原理。需采用固定水霧系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。該系統(tǒng)能從甲板平面下將水霧噴入貨艙，能有效將火抑制在貨源所在的集裝箱箱跨。水霧系統(tǒng)劃分成2個(gè)區(qū)域，在每個(gè)敞口貨艙內(nèi)，圍繞一個(gè)集裝箱箱跨，沿甲板平面布置一個(gè)環(huán)狀管路。水霧系統(tǒng)向敞口貨艙的每個(gè)集裝箱箱跨的外側(cè)界面噴射水霧，并冷卻相鄰的結(jié)構(gòu)，噴口應(yīng)均勻布置。噴水密度設(shè)計(jì)值為1.1 l/min·m2，規(guī)則2008要求至少設(shè)置一臺(tái)專用消防泵用于貨艙水霧系統(tǒng)，且其排量應(yīng)能同時(shí)向任意敞口集裝箱貨艙內(nèi)的所有集裝箱箱跨供水。

五個(gè)敞口貨艙箱跨總面積為2 550 m2，根據(jù)噴水密度要求1.1 l/min·m2，計(jì)算所得專用消防泵的最小排量為168 m3/h。因此于機(jī)艙布置2臺(tái)100 m3/h的專用水噴淋消防泵，總排量200 m3/h大于敞口貨艙計(jì)算值 168 m3/h，同時(shí)也大于封閉貨艙計(jì)算值69.12 m3/h的要求。根據(jù)兩臺(tái)噴淋消防水泵的總水量200 m3/h，同時(shí)考慮4股消防水柱，則最大敞口貨艙內(nèi)消防水量為248 m3/h，按規(guī)范要求需乘以安全系數(shù)4/3，排水泵取值為331 m3/h。

5）相當(dāng)于封閉貨艙所需要的排量。

封閉貨艙毎一艙底泵的排量Q（m3/h）應(yīng)小于按式(1)計(jì)算之值：

式中：D為艙成水總管內(nèi)徑，mm，按式(2)計(jì)算。

式中：L為船長(zhǎng)；B為船寬；D為型深。

以實(shí)船參數(shù)代入公式，L=142.2 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：D=141 mm，Q=113 m3/h。

綜上 1）～5）項(xiàng)，最大值為第 4）項(xiàng)，排量為331 m3/h，考慮一定的余量后，本船艙底泵每臺(tái)排量定為380 m3/h，可以滿足規(guī)范的要求。

2.3 艙底管系的設(shè)計(jì)

800箱貨艙區(qū)域設(shè)縱向雙層底管弄，用于布置艙底總管和支管連接于每個(gè)貨艙的污水井，考慮船舶縱傾和橫搖情況下的有效排水，每個(gè)貨艙設(shè)前后左右共4個(gè)污水井，間距不大于規(guī)范要求的40 m距離，通過止回閥和遙控蝶閥連接至艙底總管。每個(gè)貨艙污水井設(shè)高位報(bào)警。艙底總管通過機(jī)艙的 2臺(tái)艙底泵和布置于應(yīng)急消防泵艙的第3臺(tái)艙底泵排除敞口貨艙和封閉貨艙內(nèi)的艙底水。艙底總管的管徑根據(jù)2.2節(jié)第(5)項(xiàng)計(jì)算值，并考慮到艙底水總管的合理流速在2 m/s～3m/s的要求。實(shí)際選用艙底總管的管徑為 φ280×15.9的 PPH管。機(jī)艙內(nèi)則選用φ273×9的無縫鋼管，可匹配1臺(tái)380 m3/h艙底泵的流量要求。每個(gè)貨艙的艙底水支管根據(jù)常規(guī)集裝箱船計(jì)算公式選取，見式(3)。

式中：d為艙成水總管內(nèi)徑，mm；C1為貨艙長(zhǎng)度。

以實(shí)船參數(shù)代入公式，C1=28.8 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：d=92.34 mm。實(shí)際3號(hào)和4號(hào)雙箱位大貨艙內(nèi)艙底水支管為φ140×8的PPH管，其余5號(hào)敞口貨艙，1號(hào)和2號(hào)帶蓋貨艙內(nèi)艙底水支管為φ110×6.3的PPH管。

根據(jù)規(guī)范要求，如擬在圍蔽貨物處所載運(yùn)大量易燃或有毒液體，應(yīng)考慮為這些處所配備附加的排放裝置，通常都是為這些處所配備獨(dú)立的艙底泵，800 TEU第1和第2封閉貨艙需裝載危險(xiǎn)貨品，種類是種類為：4.1類（易燃固體）、4.2類（易于自燃的物質(zhì)）、4.3類（遇水發(fā)生易燃?xì)怏w的物質(zhì)）、5.1類（氧化劑）及5.2類（有機(jī)過氧化合物），并未裝載3類易燃液體或6類有毒物質(zhì)，因此第1和第2封閉貨艙的艙底管系可以和第3與第5敞口貨艙的艙底系統(tǒng)共用一根總管，艙底系統(tǒng)原理請(qǐng)見圖1。

3 需要注意和改進(jìn)的方面

圖1 敞口貨艙艙底水原理

由于《敞口集裝箱船檢驗(yàn)暫行規(guī)則(2008)》中可以允許2臺(tái)艙底泵的組合排量不小于所述的計(jì)算要求，故原設(shè)計(jì)中的3臺(tái)380 m3/h的艙底泵，布置在機(jī)艙中的2臺(tái)380 m3/h的艙底泵可以減配為2臺(tái)190 m3/h的艙底泵，使之組合排量大于敞口貨艙艙底泵的計(jì)算值即可，以降低船廠的造船成本。

4 結(jié)論

本文以已經(jīng)交付使用的2條800箱敞口集裝箱船為例，詳細(xì)的分析了敞口貨艙與封閉貨艙共存的集裝箱船的艙底水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，艙底泵排量的計(jì)算方法；給出了艙底排水系統(tǒng)的典型布置方式，并總結(jié)了敞口集裝箱船艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意，以及后續(xù)可以優(yōu)化改進(jìn)的措施，希望能給今后同類型的敞口集裝箱船輪機(jī)設(shè)計(jì)人員提供借鑒和幫助。