某船通風(fēng)系統(tǒng)防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化與應(yīng)用

施曉波

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

在船舶航行期間，為保證重要艙室如人員密集區(qū)域、機(jī)艙區(qū)域的新風(fēng)，一些對外通風(fēng)口是不允許關(guān)閉的。因此，中小型船在大風(fēng)浪的氣候條件航行時(shí)，海浪、暴雨勢必從這些外部通風(fēng)口進(jìn)入通風(fēng)管路內(nèi)部及艙室，導(dǎo)致船舶內(nèi)部設(shè)備故障，尤其是機(jī)艙內(nèi)重要設(shè)備因進(jìn)水而損壞，可能造成動(dòng)力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)輸出中斷，嚴(yán)重危害到船舶生命力和裝備技術(shù)性能。

結(jié)合某船大風(fēng)浪航行時(shí)出現(xiàn)海水經(jīng)對外通風(fēng)管道系統(tǒng)進(jìn)入艙內(nèi)損壞機(jī)電設(shè)備的情況，為提高大風(fēng)浪航行的抗損能力，對該船通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行防浪擋水技術(shù)攻關(guān)，以解決在惡劣的海況下外部風(fēng)口進(jìn)一步阻擋海水及通風(fēng)管道內(nèi)進(jìn)水，內(nèi)部通風(fēng)管路防漏、防滲和疏水的難題。另外，防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化方案需不影響原船總體布置，且盡可能減少船體結(jié)構(gòu)調(diào)整和其他相關(guān)牽連工程的工作量。

1 原因分析

1.1 案例調(diào)查

某船在大風(fēng)浪航行期間出現(xiàn)艏部艙室和機(jī)艙區(qū)域海水侵入艙內(nèi)、造成部分艙室及設(shè)備受損嚴(yán)重的情況。經(jīng)實(shí)船調(diào)研，對大風(fēng)浪造成的受損情況進(jìn)行了以下統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 設(shè)備受損統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)，受損原因主要包括4大因素：外部通風(fēng)口進(jìn)水、通風(fēng)管路末端漏水、通風(fēng)管路滲水、艙口蓋或艙室門等滲水。由此可見，涉及通風(fēng)系統(tǒng)的占比為75%，整船的防浪擋水能力主要體現(xiàn)在通風(fēng)系統(tǒng)對外風(fēng)口和通風(fēng)管道的水密隔離程度。

1.2 技術(shù)分析

1）通風(fēng)百葉窗安裝位置高度受限

某船是深V船型，排水量小，受總體布置限制，機(jī)艙區(qū)域通風(fēng)百葉窗的下沿進(jìn)水線離設(shè)計(jì)水線較低。分析其他船型機(jī)艙區(qū)域?qū)ν馔L(fēng)口的位置高度，得出該型船相比其他船型，的確存在部分風(fēng)口與設(shè)計(jì)水線高差較小的情況，見圖1和表2。

表2 幾型船機(jī)艙通風(fēng)口與設(shè)計(jì)水線高差對比

圖1 機(jī)艙通風(fēng)口與水線高度示意圖

2）通風(fēng)百葉窗與甲板開口距離過近、百葉窗與甲板開口間無防浪設(shè)施

通風(fēng)百葉窗安裝位置與甲板開口太近，風(fēng)口與甲板開口間沒有合適距離緩沖海水；風(fēng)口百葉片沒有有效的擋水分離措施，在確保通風(fēng)效果的前提下，百葉窗型風(fēng)口難以阻擋雨水和海水侵入風(fēng)道。

圖2 通風(fēng)百葉窗結(jié)構(gòu)及安裝情況

3）風(fēng)管咬縫及法蘭連接處密封效果差

風(fēng)管由0.75 mm鍍鋅鐵皮咬制而成，咬縫存在間隙、密封性差，海水（或雨水）可從風(fēng)管咬縫滲漏；風(fēng)管連接法蘭由角鋼焊接制成，風(fēng)管與法蘭通過鉚釘連接，法蘭密封面間墊片采用Φ3 mm的橡膠繩。角鋼焊接制成的法蘭面平整度低、橡膠繩接觸面積小，導(dǎo)致整個(gè)法蘭密封面緊密性差，另外，法蘭與風(fēng)管鉚接處也存在滲漏。

由圖3可看出：薄壁風(fēng)管咬縫、法蘭與風(fēng)管接處、法蘭密封面間均不具水密性，是通風(fēng)系統(tǒng)漏水的要因之一。

圖3 風(fēng)管實(shí)船連接安裝圖

4）通風(fēng)系統(tǒng)中未設(shè)置收集及疏排水設(shè)施

風(fēng)管內(nèi)部進(jìn)水后，若積水未能及時(shí)收集和疏排則會(huì)從風(fēng)管最低處的末端風(fēng)口流至艙室，造成艙室浸水；另外，0.75 mm鍍鋅板制成的風(fēng)管防腐性能差，海水浸泡后很容易造成風(fēng)管腐蝕、爛穿。

1.3 要因確認(rèn)

通過上述技術(shù)分析，得出通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)水的2大關(guān)鍵點(diǎn)在于系統(tǒng)源頭進(jìn)水和系統(tǒng)過程漏水，系統(tǒng)分析見圖4。

圖4 系統(tǒng)分析圖

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 進(jìn)水源頭控制

某船設(shè)計(jì)初期出于對機(jī)艙通風(fēng)面積的考慮，百葉窗采取單葉片型式，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，葉片相互搭接，達(dá)不到風(fēng)雨密的要求；雖然百葉窗背部設(shè)置集水槽和擋水板，但在大風(fēng)浪工況下仍無法有效阻止海水滲入風(fēng)道。根據(jù)《國際載重線公約》的附則Ⅰ載重線核定規(guī)則中第17（3）條規(guī)定：干舷甲板或上層建筑甲板上露天部分的任何機(jī)爐艙頂棚、煙囪或機(jī)艙通風(fēng)筒的圍板，應(yīng)合理地和切實(shí)可行地高出甲板，一般情況下，需向機(jī)艙連續(xù)供風(fēng)的通風(fēng)筒應(yīng)裝設(shè)符合第19（3）條要求的有足夠高度的圍板，而不必裝設(shè)風(fēng)雨密關(guān)閉裝置。第19（3）條：在位置1（在露天的干舷甲板上和后升高甲板上，以及位于從首垂線起船長的1/4以前的露天上層建筑甲板上）的通風(fēng)筒，其圍板高出甲板以上4.5 m和在位置2（在位于從首垂線起船長的1/4以后，且在干舷甲板以上至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上層建筑高度的露天上層建筑甲板上或位于從首垂線起船長的1/4以前，且在干舷甲板以上至少2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上層建筑高度的露天上層建筑甲板上）的通風(fēng)筒，其圍板高出甲板以上2.3 m，除主管機(jī)關(guān)有特殊要求外，均不需裝設(shè)關(guān)閉裝置[1]。對于一些排水量較小的船舶如公務(wù)船等，由于受總體尺寸約束，并不能嚴(yán)格遵循該國際公約。為保證船舶生命力，通風(fēng)系統(tǒng)的對外通風(fēng)口應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，制定切實(shí)可行的防浪擋水方案。

2.1.1 防浪通風(fēng)板

對上層建筑易上浪部位、傾斜外壁處的通風(fēng)百葉窗正面設(shè)置防浪通風(fēng)板，保證在船舶穿浪航行或暴雨條件下，可以有效減少海水對百葉窗的沖擊力并降低海水或雨水進(jìn)入百葉窗的概率，見圖5。

圖5 防浪通風(fēng)板安裝示意圖

防浪通風(fēng)板與百葉窗正面形成的4面空間，其中兩側(cè)及底部用于通風(fēng)，頂部則封閉以避免雨水沿外壁從上方流入百葉窗。通風(fēng)板突出距離L應(yīng)保證3面通風(fēng)面積之和不小于百葉窗通風(fēng)面積。

2.1.2 防浪擋水通風(fēng)裝置

本船設(shè)計(jì)水線離機(jī)艙進(jìn)風(fēng)百葉窗的高差小且總體結(jié)構(gòu)緊湊，進(jìn)風(fēng)圍井內(nèi)的甲板開口離進(jìn)風(fēng)百葉窗較近，而且整個(gè)進(jìn)風(fēng)管道過短、上下直通，僅對機(jī)艙進(jìn)風(fēng)百葉窗外部加裝防浪通風(fēng)板無法阻擋海水浸沒式襲入通風(fēng)圍井。根據(jù)實(shí)際情況，只有在甲板開口與通風(fēng)百葉窗之間采取措施，才能避免上浪后的海水進(jìn)入進(jìn)風(fēng)圍井內(nèi)部。

經(jīng)技術(shù)攻關(guān)，在百葉窗與甲板開口之間新研發(fā)設(shè)計(jì)了一種防浪擋水通風(fēng)裝置，該裝置以構(gòu)件形式拼接而成，構(gòu)件為空心通風(fēng)模塊，內(nèi)部設(shè)置多層葉片，使含水混合氣由下而上經(jīng)二次曲折風(fēng)道內(nèi)通過，空氣中的水分在重力的作用下逆向?qū)Я鞒鲅b置外部，而空氣則從上出口流出。該裝置采用下進(jìn)上出的重力分離方式達(dá)到汽水分離的目的，且內(nèi)部最低處的風(fēng)口高出百葉窗開口最低處一定距離，便可阻隔海浪或雨水在船舶航行時(shí)浸沒式襲入甲板開口，同時(shí)還確保了正常通風(fēng)的需求，防浪擋水通風(fēng)裝置安裝示意見圖6。

圖6 防浪擋水通風(fēng)裝置安裝示意圖

2.2 過程管路控制

優(yōu)化管路走向，對通風(fēng)管路末端及通風(fēng)管路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)處理，明確風(fēng)管制作和布置等技術(shù)要求，確保水密隔離和有效疏水。

2.2.1 水密風(fēng)管

對外通風(fēng)口至末端管路第一個(gè)風(fēng)口之間的風(fēng)管設(shè)置為水密風(fēng)管，風(fēng)管連接法蘭采用水密法蘭，水密法蘭密封面間墊以橡膠墊片。水密風(fēng)管與水密法蘭連接方式為焊接，通過水密法蘭和橡膠墊片連接后的若干段厚壁風(fēng)管可滿足一定的水密要求，具體優(yōu)化方案如下：

1）采用厚壁鋼質(zhì)焊接風(fēng)管代替?zhèn)鹘y(tǒng)薄板（0.75 mm厚）咬制風(fēng)管，管壁厚度≥3 mm，風(fēng)管內(nèi)壁涂兩道通用環(huán)氧漆，可提高風(fēng)管本體的密性和防腐性。

2）新研鋼質(zhì)風(fēng)管水密法蘭，法蘭厚度8.0 mm，強(qiáng)度高、不易變形。水密法蘭密封面上設(shè)有2道三角槽，三角槽寬度2.0 mm，深度1.5 mm，間距5 mm，法蘭密封面的表面粗糙度為Ra＝12.5。水密法蘭制作示意見圖7。

圖7 水密法蘭制作示意圖

3）選用氟橡膠板代替橡膠繩作為法蘭密封面間的墊片以增加接觸面；氟橡膠具有化學(xué)穩(wěn)定性、耐老化性和耐腐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)，有利于法蘭接觸面間的緊密性，提高風(fēng)管整體密性。

4）根據(jù)本船對外通風(fēng)管路的最大風(fēng)壓并參考《鋼質(zhì)海船船體密性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，制定水密風(fēng)管密性試驗(yàn)要求。

水密風(fēng)管密性檢驗(yàn)方法為正壓檢測法，所采用的氣密標(biāo)準(zhǔn)是用限度壓力變化至1/2時(shí)所需的時(shí)間來衡量，稱為“半壓變時(shí)間”[2]，即水密風(fēng)管的試驗(yàn)壓力為2 000 Pa，15 min內(nèi)壓降應(yīng)不超過1 000 Pa為合格；對于壁厚4 mm的風(fēng)管通艙件與船體焊接安裝后還需進(jìn)行焊縫涂煤油試驗(yàn)，30 min內(nèi)在涂有白堊粉粉漿的表面無煤油污斑為合格（涂煤油試驗(yàn)期間，如果環(huán)境溫度低于0 ℃，則應(yīng)對受檢部位適當(dāng)加熱和干燥，其試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長）[3]。

2.2.2 積水收集及疏排水措施

對外通風(fēng)系統(tǒng)管路最低處設(shè)置一定深度的通風(fēng)圍井，并在通風(fēng)圍井底部安裝泄水管路與截止閥。通風(fēng)圍井底板與側(cè)板風(fēng)管開孔底邊距離≥5 0 m m，以保證集水功能。正常情況下，泄水管上的截止閥為常閉，風(fēng)管內(nèi)部進(jìn)水后，開啟截止閥，待風(fēng)管內(nèi)部積水排除干凈后關(guān)閉截止閥。

對于進(jìn)水量較大的機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)管路或末端風(fēng)口無法避開電氣正上方布置的系統(tǒng)管路，均應(yīng)在末端風(fēng)口正下方設(shè)置集水盤，以保護(hù)風(fēng)口下方的電氣設(shè)備，集水盤的安裝示意見圖8。

圖8 集水盤安裝示意圖

集水盤通過角鋼支架固定，集水盤上表面與末端風(fēng)口之間的距離H應(yīng)至少保證集水盤與末端風(fēng)口之間有效通風(fēng)面積不小于通風(fēng)風(fēng)管末端風(fēng)口的通風(fēng)面積。集水盤為“漏斗”型，其邊緣為折邊，底板傾斜部分的傾斜角度為5～10 °，其底板水平部分焊接泄水管路，風(fēng)管內(nèi)積水從風(fēng)口滴落入集水盤后可迅速經(jīng)泄水管路流至排水系統(tǒng)。

2.2.3 總體優(yōu)化方案

對外通風(fēng)管路進(jìn)水問題是通風(fēng)系統(tǒng)的頑癥，進(jìn)行防浪擋水優(yōu)化是設(shè)計(jì)改進(jìn)難點(diǎn)。鑒于本船現(xiàn)狀，通風(fēng)管路系統(tǒng)從進(jìn)水源頭和過程管路2方面包括外部通風(fēng)口、圍井內(nèi)部、風(fēng)管材質(zhì)、風(fēng)管法蘭、集水和疏水等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對外通風(fēng)管路防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化的典型示意見圖9。

圖9 對外通風(fēng)管路防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化典型示意圖

3 實(shí)船應(yīng)用

3.1 方案實(shí)施

3.1.1 進(jìn)水源頭

1）加裝防浪通風(fēng)板效果如圖10所示。

圖10 防浪通風(fēng)板加裝前后效果圖

2）加裝防浪擋水通風(fēng)裝置

為便于實(shí)船裝拆，防浪擋水通風(fēng)裝置為塊狀式拼接結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)應(yīng)由下往上拼接，維護(hù)拆卸時(shí)應(yīng)由上往下拆解；在其底部設(shè)置一定高度的異徑結(jié)構(gòu)，保證通風(fēng)裝置與百葉窗之間留有一定的安裝維護(hù)空間；防浪擋水通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)三維效果見圖11。

圖11 防浪擋水通風(fēng)裝置三維效果圖

3.1.2 過程管路

換裝水密風(fēng)管如圖12所示。

圖12 實(shí)船水密風(fēng)管效果圖

加裝積水收集及疏排水設(shè)施如圖13和圖14所示。

圖13 末端風(fēng)口集水盤和泄水管加裝效果圖

圖14 實(shí)船通風(fēng)圍井和泄水管加裝效果圖

3.2 經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)價(jià)值

根據(jù)某船優(yōu)化方案實(shí)施后的大風(fēng)浪航行情況，對外通風(fēng)管路系統(tǒng)能有效阻擋海水（或雨水）侵入艙內(nèi)，風(fēng)管咬縫、法蘭連接處均未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，避免了風(fēng)管過路艙室及風(fēng)管末端艙室進(jìn)水而導(dǎo)致設(shè)備受損，驗(yàn)證了該防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化方案是合理可行的。

該船實(shí)施防浪擋水優(yōu)化方案涉及加改裝材料消耗統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 加改裝材料統(tǒng)計(jì)

通過分析表1和表3，比較直觀地看出對通風(fēng)系統(tǒng)一次性投入加改裝費(fèi)用后可避免后續(xù)每次大風(fēng)浪航行因進(jìn)水造成設(shè)備故障或損壞后需維修、更換而產(chǎn)生的巨額費(fèi)用；另外，防浪擋水設(shè)計(jì)優(yōu)化為船舶通風(fēng)系統(tǒng)提供了一種水密隔離的工藝方法，對提高船舶設(shè)計(jì)和建造的質(zhì)量水平具有實(shí)際重要意義。

4 結(jié)論

本文對通風(fēng)系統(tǒng)防浪擋水的設(shè)計(jì)優(yōu)化，有效實(shí)現(xiàn)了外部通風(fēng)口防浪、內(nèi)部管路擋水疏導(dǎo)，保證大風(fēng)浪航行時(shí)艙內(nèi)設(shè)備的安全性。設(shè)計(jì)優(yōu)化方案可廣泛應(yīng)用于各種船舶通風(fēng)系統(tǒng)上，其工藝方法簡單方便、適用性強(qiáng)，能為船舶解決類似問題提供借鑒。