38 000 t化學(xué)品船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于佳敏

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

船舶空調(diào)系統(tǒng)是船舶最重要的系統(tǒng)之一，是設(shè)備正常運(yùn)行的保障，能夠有效改善船員的生活和工作環(huán)境?；瘜W(xué)品船空調(diào)系統(tǒng)的布置往往會占據(jù)較多船內(nèi)空間，為在滿足通風(fēng)要求的同時，使空調(diào)系統(tǒng)布局更加緊湊，本文以某38 000 t雙相不銹鋼化學(xué)品船為例，對其空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范分析不同空調(diào)系統(tǒng)間的差異。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)

38 000 t雙相不銹鋼化學(xué)品船入籍挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV），掛開曼群島的方便旗，定員45人。中央空調(diào)的服務(wù)區(qū)域包括整個上層建筑和機(jī)艙集控室，中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

中央空調(diào)為間接制冷系統(tǒng)，主要由空調(diào)冷水機(jī)組、間接式空調(diào)器、風(fēng)機(jī)盤管和獨(dú)立柜機(jī)組成。空調(diào)系統(tǒng)使用R-407C制冷劑和10%乙二醇冷媒水。空調(diào)系統(tǒng)僅用于夏天制冷，系統(tǒng)主要配置如下：

1）品牌為Novenco。

2）2臺空調(diào)冷水機(jī)組（一用一備），單臺制冷量為570 kW。

3）1個150 L封閉式膨脹水箱。

4）2臺冷媒水泵（一用一備），流量為84 m/h。

5）3臺風(fēng)機(jī)盤管，分別服務(wù)于貨控室、檢驗(yàn)員辦公室和實(shí)驗(yàn)室，其中實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)機(jī)盤管為防爆型。

6）3臺空調(diào)器，分別服務(wù)于上層建筑、廚房和機(jī)艙工作間。

7）冷媒水進(jìn)口溫度為6 ℃，出口溫度為12 ℃?？照{(diào)冷媒水管系原理圖見圖1。

圖1 空調(diào)冷媒水管系原理圖

冷水機(jī)組、膨脹水箱和冷媒水泵均布置于主甲板的氮?dú)獍l(fā)生器室，而上層建筑和廚房的空調(diào)器布置于上層建筑第三起居甲板的空調(diào)機(jī)室，氮?dú)獍l(fā)生器室和空調(diào)機(jī)室之間的高差約為15 m，這意味著制冷管路需要貫穿將近整個上層建筑區(qū)域。由于冷媒水采用無縫鋼管，其尺寸相對于氟利昂使用的銅管要大很多。此外，該船的上層建筑空間十分吃緊，故空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際布置難度較大。

上層建筑的空調(diào)系統(tǒng)具有一次回風(fēng)、定風(fēng)量、中壓單管送風(fēng)的特點(diǎn)，回風(fēng)比約為40%。送風(fēng)機(jī)配有變頻器，并與空調(diào)器出風(fēng)口處的壓力傳感器進(jìn)行聯(lián)鎖。采用電加熱布風(fēng)器作為送風(fēng)末端，船員可根據(jù)自身需求對溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。考慮到空間大小和視線因素，在駕駛室內(nèi)僅能布置向上貫穿的回風(fēng)管而無法布置空調(diào)送風(fēng)管。為解決此問題，將空調(diào)送風(fēng)管布置于駕駛室下方高度為1 500 mm的隔層中，并在駕駛室內(nèi)布置落地式布風(fēng)器，進(jìn)而形成下送上回的氣流循環(huán)。本船的集控室被定義為控制站，中央空調(diào)系統(tǒng)引出一路送風(fēng)管連通集控室，風(fēng)量為910 m/h，該送風(fēng)管與全回風(fēng)柜機(jī)搭配用以維持環(huán)境溫度，為船員提供更加舒適的工作環(huán)境。此外，駕駛室還配置了獨(dú)立的玻璃除霜送風(fēng)系統(tǒng)，獨(dú)立風(fēng)機(jī)、電加熱器及送風(fēng)分配箱均布置在駕駛室頂部的桅屋內(nèi)，可通過互鎖的2個關(guān)閉風(fēng)閘在全新風(fēng)/全回風(fēng)模式之間進(jìn)行切換。根據(jù)國際海上人命安全公約（，SOLAS）公約，廚房配置單獨(dú)的空調(diào)送風(fēng)機(jī)和機(jī)械抽風(fēng)機(jī)。

根據(jù)Delta Marin提供的初步設(shè)計(jì)方案，上層建筑內(nèi)的部分空調(diào)送風(fēng)管、回風(fēng)管和機(jī)械抽風(fēng)管均布置于風(fēng)道內(nèi)，空調(diào)送風(fēng)管采用多根預(yù)絕緣螺旋風(fēng)管，占據(jù)空間相對較多。此外，風(fēng)道內(nèi)還布置有冷水管、熱水管、淡水管和電纜。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)過程中證明無法實(shí)現(xiàn)該方案。修改方案重新調(diào)整了空調(diào)回風(fēng)管的位置，采用結(jié)構(gòu)風(fēng)管代替原有的方形風(fēng)管，將風(fēng)道內(nèi)的一檔肋位的空間用于布置管系及電纜，同時適當(dāng)調(diào)整了某些緊鄰回風(fēng)結(jié)構(gòu)的艙室的布置，如烘衣間和配餐間等，修改方案已獲得船東的認(rèn)可。

修改方案空調(diào)機(jī)室的布置情況見圖 2，可看出空調(diào)機(jī)室內(nèi)不僅布置了2臺空調(diào)器及其控制箱，還布置了3臺抽風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、電纜及管系等，布局相當(dāng)緊湊。

圖2 修改方案空調(diào)機(jī)室的布置情況

修改方案第二起居甲板的布置情況見圖 3，相對原方案，修改方案適當(dāng)縮小了烘衣室的面積，為結(jié)構(gòu)風(fēng)管省出了必要的空間。

圖3 修改方案第二起居甲板的布置情況

船東提出將上層建筑內(nèi)所有管系均要布置在風(fēng)道內(nèi)的要求，但是風(fēng)道內(nèi)的布置已經(jīng)滿滿當(dāng)當(dāng)，需再次對方案進(jìn)行修改。2次修改方案移除上層建筑空調(diào)器出風(fēng)口的螺旋風(fēng)管并額外布置1個送風(fēng)靜壓箱；第二起居甲板、第三起居甲板、設(shè)備室及駕駛室的空調(diào)送風(fēng)依舊保留原螺旋風(fēng)管，并將其連接至送風(fēng)靜壓箱；使用 1根方形風(fēng)管替換風(fēng)道內(nèi)的 13根螺旋風(fēng)管，并將其連接至送風(fēng)靜壓箱。通過調(diào)整，2次修改方案為上層建筑管系的布置騰出了寶貴的空間。2次修改方案空調(diào)機(jī)室的布置情況見圖4。

圖4 2次修改方案空調(diào)機(jī)室的布置情況

2 風(fēng)機(jī)盤管

本船在緊鄰上層建筑前壁的位置布置了2層甲板室，下層為檢驗(yàn)員辦公室和實(shí)驗(yàn)室，上層為貨控室。在最初設(shè)計(jì)方案中，這3個艙室均由中央空調(diào)送風(fēng)。但依據(jù)DNV相關(guān)規(guī)范，這3個艙室被定義為貨艙區(qū)域，要求空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)必須與上層建筑分開。為滿足要求，修改方案在每個艙室內(nèi)分別布置1臺風(fēng)機(jī)盤管。此外，修改方案分別在貨控室和檢驗(yàn)員辦公室布置1臺新風(fēng)風(fēng)機(jī)用來供給必要的新風(fēng)。

貨控室和檢驗(yàn)員辦公室的風(fēng)機(jī)盤管采用落地式固定形式，實(shí)驗(yàn)室的防爆風(fēng)機(jī)盤管采取底部基座螺栓固定形式。冷媒水管路布置于里子板與鋼圍壁之間，減少裸露的部分。在風(fēng)機(jī)盤管側(cè)面的冷媒水進(jìn)出及凝水接口處布置裝飾柜，用于隱藏管系及閥件，在考慮美觀的同時也為船員的操作及檢修提供方便。

本船的貨控室寬度較寬，風(fēng)機(jī)盤管布置在艙室右舷，在實(shí)際調(diào)試及使用過程中發(fā)現(xiàn)，艙室左舷的制冷效果較差。為解決此問題，修改方案在貨控室左舷增加1臺風(fēng)機(jī)盤管，見圖5。

圖5 修改方案風(fēng)機(jī)盤管布置情況

3 柜式空調(diào)

Delta Marin提供的初步設(shè)計(jì)方案中僅在集控室布置了1臺100%回風(fēng)柜式空調(diào)，冷量為26.7 kW，電加熱功率為18 kW，風(fēng)量為4 900 m/h，出風(fēng)口布置在集控室天花板上并與風(fēng)管相連接，共設(shè)置 5個出風(fēng)口以使風(fēng)的分布更加均勻。

泡沫間原通風(fēng)布置由機(jī)械抽風(fēng)和自然進(jìn)風(fēng)組成，風(fēng)量為2 550 m/h。在后續(xù)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)此房間的溫度已超過45 ℃的要求。檢查發(fā)現(xiàn)泡沫間內(nèi)布置了較多大散熱設(shè)備、蒸汽管路和熱水管路，而且在前期的通風(fēng)計(jì)算過程中并未考慮大部分散熱量。此外，還有一些本來應(yīng)該布置在其他房間的設(shè)備也布置在泡沫間，這些設(shè)備產(chǎn)生了額外的散熱量。由于上述因素，泡沫間風(fēng)機(jī)風(fēng)量無法達(dá)到要求，進(jìn)而導(dǎo)致房間過熱。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，單純增加機(jī)械通風(fēng)已無法滿足散熱和空間布置的要求，修改方案中采取增設(shè)柜式空調(diào)的方式解決此問題（見圖6）。柜式空調(diào)的型號為 NovPac-R35，制冷量為 33.4 kW，風(fēng)量為6 600 m/h。

圖6 修改方案風(fēng)機(jī)盤管布置情況

4 中央空調(diào)系統(tǒng)全回風(fēng)模式

根據(jù)相關(guān)要求，上層建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)需要具備100%回風(fēng)模式，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備及風(fēng)管布置條件，進(jìn)行如下布置：1）上層建筑區(qū)域布置1臺主空調(diào)器和1臺廚房空調(diào)器；2）在梯道頂層甲板布置新風(fēng)進(jìn)口，同時安裝危險氣體探頭；3）上層建筑區(qū)域共布置9臺抽風(fēng)機(jī)，分別為廚房抽風(fēng)機(jī)、廁所抽風(fēng)機(jī)、休閑甲板抽風(fēng)機(jī)、艉樓甲板抽風(fēng)機(jī)、洗衣室抽風(fēng)機(jī)、配餐間抽風(fēng)機(jī)、吸煙室抽風(fēng)機(jī)、病室抽風(fēng)機(jī)和空調(diào)機(jī)室抽風(fēng)機(jī)。

在空調(diào)新風(fēng)進(jìn)口監(jiān)測到危險氣體后，上層建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)需要切換至全回風(fēng)模式。在此模式下，艙室的溫度和相對濕度需通過手動操作進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要包括如下步驟：1）關(guān)閉上層建筑的所有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；2）關(guān)閉上層建筑所有抽風(fēng)機(jī)，包括廁所及病房的抽風(fēng)機(jī)；3）調(diào)節(jié)主空調(diào)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的變頻器，以大約 50%的風(fēng)量運(yùn)行；4）關(guān)閉主空調(diào)器的新風(fēng)進(jìn)口風(fēng)閘，并將回風(fēng)口風(fēng)閘開度調(diào)至最大；5）對于原本配置有空調(diào)送風(fēng)和自然排風(fēng)的設(shè)備室、配備有機(jī)械抽風(fēng)的餐廳和休息室等，需要打開預(yù)先布置的回風(fēng)管上的風(fēng)閘；6）對于無法回風(fēng)的艙室，需要關(guān)閉送風(fēng)管上的風(fēng)閘；7）關(guān)閉廚房的送風(fēng)系統(tǒng)和抽風(fēng)系統(tǒng)；8）可開啟駕駛室的玻璃除霜系統(tǒng)，但必須在全回風(fēng)模式下運(yùn)行。

5 結(jié)論

船舶空調(diào)系統(tǒng)可有效改善船員的生活和工作環(huán)境，是船舶最重要的系統(tǒng)之一。本文以某38 000 t雙相不銹鋼化學(xué)品船為例，對其空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范分析不同空調(diào)系統(tǒng)間的差異。通過分析和調(diào)整，空調(diào)系統(tǒng)修改方案的布局更為緊湊，節(jié)省了寶貴的船內(nèi)空間。研究成果可為化學(xué)品船空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定參考。