某FSRU改裝項目的通風(fēng)設(shè)計

戴數(shù)峰

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

浮式液化天然氣儲存及再氣化裝置（Liquefied Natural G as F loating S torage Regasification Unit，LNG-FSRU）是集 LNG接收、儲存、轉(zhuǎn)運(yùn)及再氣化外輸?shù)裙δ苡谝惑w的多功能裝置。

Golar V iking改裝項目要求將一艘容積為140 000 m3的液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）船改造成浮式儲油再氣化裝置（Floating Storage Regasification Unit，F(xiàn)SRU）。改造內(nèi)容包括：艉部甲板新增供電模塊、穹頂甲板新增蒸發(fā)氣體（Boil-off Gas，BOG）壓縮機(jī)棚、艏部甲板新增再氣化模塊、原艏側(cè)推艙改為再氣化海水泵艙、水手長儲藏室左舷新增再氣化配電板室等。

由于艙室在功能上發(fā)生了改變，原船的艏部通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足改造后的需求，故需對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

1 設(shè)計任務(wù)

1.1 涉及艙室

根據(jù)改造需要和規(guī)范要求，此次改造范圍涉及以下4個艙室的通風(fēng)系統(tǒng)：新配電板室、水手長儲藏室、新泵艙（原艏側(cè)推艙）和管弄。

1.2 設(shè)計環(huán)境和范圍

1.2.1 設(shè)計環(huán)境

設(shè)計環(huán)境各項參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計環(huán)境參數(shù)

1.2.2 設(shè)計范圍

當(dāng)船舶處于溫暖地區(qū)時，通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)需對新配電板室、水手長儲藏室和新泵艙進(jìn)行通風(fēng)和冷卻。系統(tǒng)中所有甲板通風(fēng)口下方須安裝電動風(fēng)閘，以防氣體泄漏時進(jìn)入艙內(nèi)。風(fēng)閘通過氣體和火災(zāi)探測系統(tǒng)或遙控板進(jìn)行控制。當(dāng)船舶位于寒冷地區(qū)時，不需考慮上述要求。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)

1.3.1 水手長儲藏室

如圖1所示，水手長儲藏室的原有通風(fēng)系統(tǒng)為安裝于艏甲板上的2臺獨(dú)立的送風(fēng)機(jī)和4個獨(dú)立的出風(fēng)口。由于該艙室左舷的一部分空間被劃分為新配電板室，實(shí)際艙容較原船有所減小，為盡可能利用原船通風(fēng)系統(tǒng)，只需將新配電板室上方的1個送風(fēng)口和2個出風(fēng)口移位并重新定位即可。改裝后的水手長儲藏室通風(fēng)系統(tǒng)布置圖見圖2。

圖1 改裝前水手長儲藏室通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

圖2 改裝后水手長儲藏室通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

1.3.2 新配電板室

由于新配電板室利用了原水手長儲藏室的部分空間，整體艙容并未增加，故考慮從水手長室的送風(fēng)管路上增加一路支管到新配電板室前部。支管上配備汽水分離器，避免潮濕空氣進(jìn)入新配電板室；此外，支管還將配備1個恒流擋板，以控制和確保100 m3/h流量的調(diào)節(jié)氣流進(jìn)入新配電板室。從新配電室排出的空氣將通過減壓閥流至水手長儲藏室，減壓閥的開啟壓力為50 Pa（可調(diào)整），當(dāng)新配電板室沒有送風(fēng)時，該減壓閥將自動關(guān)閉。此外，在送風(fēng)管和排風(fēng)管穿艙處設(shè)置擋火閘。

1.3.3 新泵艙（原艏側(cè)推艙）

原艏側(cè)推艙的通風(fēng)系統(tǒng)包括：1臺安裝于艏甲板的排風(fēng)機(jī)（流量為25 500 m3/h，）、2個安裝在甲板上的自然進(jìn)風(fēng)口和2根穿過水手長室的風(fēng)管。

由于原側(cè)推艙和3臺新海水泵的散熱量接近，所以盡量利用原船的風(fēng)機(jī)和風(fēng)道。通過改變風(fēng)機(jī)的流向和排氣口的位置，將原有的排風(fēng)系統(tǒng)改為送風(fēng)系統(tǒng)；在甲板原有的2個自然進(jìn)風(fēng)口處增加2臺排風(fēng)機(jī)（流量為12 800 m/h），使其改為排風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)從泵艙底部進(jìn)入，熱量從頂部空間排出。

1.3.4 管弄

改裝前的管弄通風(fēng)通過1臺安裝在艏部甲板上的排風(fēng)機(jī)（流量為16.5 m/h）完成。改裝后，艏部甲板上安裝了再氣化模塊，原排風(fēng)機(jī)與再氣化模塊之間存在干涉作用，故增加腹壁風(fēng)道，將風(fēng)機(jī)位置移動到穹頂甲板。

1.4 冷卻系統(tǒng)

1.4.1 水手長儲藏室

水手長儲藏室由通風(fēng)系統(tǒng)冷卻，使用原船的送風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為5.16 m3/s，靜壓為450 Pa。

1.4.2 新配電板室

新配電板室由空調(diào)冷卻，新增2臺獨(dú)立運(yùn)行的分體式風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組（一用一備），用來保持最高22 ℃的室溫；室外機(jī)為ATEX防爆類型，安裝于穹頂甲板。

1.4.3 新泵艙（原艏側(cè)推艙）

新泵艙由通風(fēng)系統(tǒng)冷卻，將原船的排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向，用作送風(fēng)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為7.08 m3/s，靜壓為450 Pa；新增2臺排風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為3.56 m3/s，靜壓為450 Pa。

1.4.4 管弄

管弄僅改變風(fēng)機(jī)位置，不涉及冷卻計算。

1.5 計算報告

根據(jù)太陽的輻射、甲板和船體的顏色、亮度、設(shè)備的陰影等參數(shù)值計算通風(fēng)流量和冷卻能力。假定船舶的位置在地中海北部海域（40°N～45°N），船頭朝南。甲板顏色為啞光綠，船體顏色為黑色，空載溫度為28 ℃，船體測面垂直。帶走散熱量所需的風(fēng)量計算公式為

式中：q為帶走散熱量所需的風(fēng)量，m/h；Q為散熱量，kW；ρ為空氣的密度，取1.2 kg/m；c為空氣的比熱容，取1.005 kJ/(kg·K)；ΔT為送風(fēng)溫度與艙室溫度之差，K。

1.5.1 水手長儲藏室

水手長儲藏室的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：艙容為3 000 m3，換氣流量為18 000 m3/h，最高溫度為45 ℃，室內(nèi)溫度為45 ℃，室外溫度為40 ℃。

冷卻計算結(jié)果如下：設(shè)備熱量為5 kW；周邊熱負(fù)荷為76 kW；設(shè)計風(fēng)量為37 200 m3/h；風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度為41 ℃；總冷卻需求為81 kW；當(dāng)冷卻效果Δt＝4 ℃時，散熱功率為45.8 kW；當(dāng)冷卻效果Δt＝7.1 ℃時，散熱功率為81 kW。

1.5.2 新配電板室

新配電板室的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：艙容為600 m3；換氣流量為60 m3/h；最高溫度為22 ℃；相對濕度為50%；設(shè)計空氣流量為100 m3/h。

空調(diào)機(jī)組冷卻計算結(jié)果如下：設(shè)備熱負(fù)荷為35 kW；送風(fēng)熱負(fù)荷為3.4 kW；周圍區(qū)域的熱負(fù)荷為23.6 k W（朝向水手長儲藏室的隔熱墻和隔熱甲板）；總冷卻需求為62 kW。

1.5.3 新泵艙（原艏側(cè)推艙）

新泵艙的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：艙容為1 260 m3；換氣流量為7.560 m3/h；最高溫度為45 ℃；室內(nèi)溫度為45 ℃；室外溫度為40 ℃；現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計空氣流量為25.500 m3/h。

冷卻計算結(jié)果如下：設(shè)備熱負(fù)荷為100 kW；周邊熱負(fù)荷為24.3 kW；室內(nèi)溫度為50.7 ℃；總冷卻需求為757 kW；設(shè)計風(fēng)量為25 500 m3/h；風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度為41 ℃；當(dāng)冷卻效果Δt＝4 ℃時，散熱功率為31.4 kW；當(dāng)冷卻效果Δt＝4 ℃時，散熱功率為75.7 kW。

2 結(jié)論

本文通過對艏配電板間、水手長儲藏室、新泵艙及管弄的通風(fēng)設(shè)計的詳細(xì)介紹，總結(jié)得出如下結(jié)論：

1）改裝船與新造船有所不同，改裝應(yīng)著重考慮多利用原船設(shè)施，盡可能地減少新增物量，盡量節(jié)約設(shè)計成本，在達(dá)到最佳效果的同時將利潤最大化。

2）改裝后的設(shè)計工況與原船相比多有變化，比如室外設(shè)計溫度和相對濕度等。

3）由于艙室的增加，船上可能新增了很多危險區(qū)域，這對于風(fēng)機(jī)的防爆、艙室的正壓保護(hù)等提出了新的要求。