船用風管的分類與選型

魏文俊，王 柳

（1. 滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129；2. 江南造船（集團）有限責任公司，上海 201913）

0 引言

船用風管是用于空氣輸送和分布的管道系統(tǒng)，主要用于船舶的空調系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和部分船用設備的供氣和排氣等?？筛鶕馁|、形狀、制作方式、密性要求和隔熱要求等進行多種形式的分類。合理的選型對改善艙內空氣品質、確保船員日常生活和工作、保障設備正常運行等有著重要作用，能確保船舶的各類空調和通風系統(tǒng)有效運行。

1 船用風管的分類

船用風管可根據風管本身的材質、尺寸、壁厚和形狀、所服務空調和通風系統(tǒng)的設計要求，以及所服務船舶需滿足的設計規(guī)范等進行類型的細分（見圖1）。

圖1 船用風管的類型

然而，各種類型之間存在著直接或間接的對應關系，如：風管的材質和壁厚存在對應關系，薄壁風管采用鍍鋅鋼板作為材質，厚壁風管則采用鋼板等作為材質；隔熱需求和所服務的空調通風系統(tǒng)存在對應關系，預絕熱風管用于空調系統(tǒng)（或途經空調艙室的常溫風管），非絕熱風管則用于通風系統(tǒng)；密性要求和設計規(guī)范存在對應關系，有密性要求的特殊艙室采用厚壁、焊接的密性風管，其他艙室只需風管滿足漏風量要求即可。因此，船用風管可以以所服務的空調通風系統(tǒng)和設計規(guī)范為基礎，結合材質、壁厚、形狀、密性要求、隔熱要求和其他特性進行分類（見表1）。

表1 船用風管的分類表

2 船用風管特性和選型

2.1 風管的自身特性

風管的材質、規(guī)格、性能與壁厚應符合設計要求，當風管壁厚沒有設計要求時，應參考相應設計規(guī)范執(zhí)行（見表2[1-3]）。

表2 風管板材厚度表（單位：mm）

然而，考慮到船用風管的使用工況是海洋環(huán)境和航行狀態(tài)，空氣中的鹽霧濃度較高、整船存在搖擺和振動情況，對風管耐腐蝕能力、抗振能力和防變形能力的要求高于建筑。因此，對于咬口制作的薄壁風管，以表2中的高壓系統(tǒng)進行選型。借鑒實船建造經驗，對于b＞700 mm的矩形風管，則采用焊接制作的厚壁風管代替；對于卷制的螺旋風管，則在表2的基礎上進行加厚（見表3）。3種類型的船用風管見圖2。

表3 船用風管板材厚度表（單位：mm）

圖2 船用風管實物圖

續(xù)圖2 船用風管實物圖

2.2 風管規(guī)格和換算

螺旋風管是采用專門的加工機械和生產流水線制作的，其規(guī)格有生產廠家指定[4]，且與相關設計手冊中圓形風管的標準規(guī)格相同，故可按表4中圓形風管的公稱直徑進行選型。矩形風管分為標準規(guī)格和非標準規(guī)格，標準規(guī)格的矩形風管可按表4進行選型。

表4 船用風管板材厚度表（單位：mm）

然而，當船舶受到層高和吊頂高度的制約，無法采用標準規(guī)格時，可采用非標準規(guī)格的矩形風管，其最大的長邊與短邊之比為4[4]。在已知標準規(guī)格時，可通過當量通徑計算非標準規(guī)格[5-6]：

式中：dv為等流速當量直徑；dg為等流量當量直徑；a為風管高度；b為風管寬度。

此外，在選擇風管規(guī)格時，應綜合考慮風速和噪音指標，過高的風速會產生噪音污染，影響船員的生活和工作環(huán)境。因此，在已知風量的前提下，需根據所選風管規(guī)格，計算并考核風速和噪音指標（見式（3）），確保風速和噪音符合設計標準[6-8]（見表5）。

表5 船用風管風速和噪音指標

式中：Lw為直管氣流噪聲聲功率等級；Lwc為直管比聲功率級，一般取10 dB；v為直管內氣流速度；F為風管截面積。

2.3 密性風管的選用

氣性風管的主要作用是將風管內部的易燃、易爆、有毒有害氣體、煙氣和油氣等，與途經的其他艙室進行隔絕[8-10]，防止因上述氣體泄漏引起的燃、爆或人員中毒等事件的發(fā)生?；驅⑼窘浻袣饷芤蟮闹匾撌液蛥^(qū)段的風管與該艙室和區(qū)段進行隔絕，防止各風機未開啟時，此類重要艙室中殘留的易燃、易爆或有毒有害氣體通過途經此類艙室的風管進入其他工作艙室或人員住艙，引發(fā)燃、爆或人員中毒等事件的發(fā)生。氣密風管是采用厚度不小于2 mm的鋼板焊接而成的風管[11]，并采用帶有密封槽和密封材料的氣密風管法蘭[12]進行連接，確保氣密風管的密性（見圖3）。

圖3 氣密風管和法蘭示意圖

水密風管的主要作用則是將穿過位于破艙水線以下的水密艙壁，與相鄰艙室進行隔絕，并設置水密截止附件，用以確保安全性。因此，水密風管是采用厚度不小于3 mm的鋼板焊接而成，同樣采用上述氣密風管法蘭作為端部的連接件。同時，為了防止破艙浸水時，矩形水密風管無法承受內部海水壓力（或外部海水壓力）而破損，需在風管長邊中心增設1 mm厚的支撐梁[13]（見圖4）。此外，對于位于破艙水線以上、途經半露天區(qū)域的矩形風管，也可采用水密風管的形式，有效防止風雨、海浪等進入艙室，而此類水密風管不承擔破艙浸水時，隔絕海水和承壓的作用，可不增設支撐梁。

圖4 支撐梁示意圖

2.4 隔熱材料和防火

為了防止風管內外的介質，因存在較大溫差而產生冷熱交換和冷凝水，用于空調送風和途經空調艙室的通風風管，需要包覆隔熱材料。此外，風管需采用鋼制或其他通風材料，且任何用于風管結構的材料，包括隔熱材料應為不燃材料，與隔熱材料一起使用的粘合劑應具有低播焰性[14-15]，故船用風管的隔熱材料可采用巖棉、礦棉、多晶絲和陶瓷纖維毯等。而對于空調送風管末端的撓性軟管，則可以采用圓形絕熱防火軟管制作，防火軟管由鋁箔層、金屬骨架、巖棉和鋁箔膠帶等構成[16]；對于空調器和風機等設備進出口的帆布軟管，則可采用船用防火軟管制作，防火軟管由防火布、聚四氟乙烯（Poly Tetra Fluoroethylene，PTFE）涂層、鋼絲線和法蘭等構成[17]。

2.5 風管設計和選型

船用風管在設計中，除了按所服務的空調和通風系統(tǒng)的設計要求、所服務船舶需滿足的設計規(guī)范、密性要求、隔熱材料及防火要求和風管的常規(guī)設計要求外，還需根據施工可行性，對風管的制作方式進行選擇。現(xiàn)場施工過程中，會因結構變形、人為原因等因素產生施工誤差，通常使用合攏管來消除誤差。然而，為了方便現(xiàn)場施工、減少工作量、確保施工進度，針對不同的設計情況，需采用不同的制作方式來消除誤差、完成風管的裝焊工作，除合攏管的制作方式外，主要采取調整管和套管（見圖5）。

圖5 用于消除誤差的風管制作方式

船用風管設計中，除了在設備和風管的連接處，需要設置合龍管來消除可能出現(xiàn)的施工誤差外，對于風管管線較長，需在末端進行長度調整。對于只需在風管長度方向消除累計誤差，避免因合攏管設置過多影響施工周期等情況，應采用調整管和套管的制作形式來消除可能出現(xiàn)的施工誤差。3種方法的特點見表6[18]。

表6 誤差消除方法匯總表

3 船用風管的選型總結

船用風管在設計選型時，應以空調通風系統(tǒng)的特性和設計規(guī)范的要求為理論依據，來明確風管的材質、密性要求和隔熱要求的選擇；并結合風速和噪音指標的理論計算，來選用合適的風管規(guī)格，完成風管設計的合理選型。船用風管的選型推薦見表7。

表7 船用風管的選型推薦表

4 結論

本文以所服務的空調通風系統(tǒng)和設計規(guī)范為基礎，結合自身特性、密性要求和隔熱要求等對船用風管進行分類。并根據風管設計中遇到的實際情況，結合風速、噪音和施工可行性等，有針對性地修改風管的規(guī)格、形狀和制作形式。在此基礎之上，提出船用風管的選型依據。本文的研究成果可為船用風管的分類與選型提供一定參考。