船舶絕緣布置設計方法

張敬黨，袁 峰，顧波杰，韓 帥

（瑞瑪船舶工程（上海）有限公司，上海200040）

0 引 言

船舶絕緣材料主要應用于防火絕緣、隔熱保溫絕緣和隔聲絕緣等領域中。防火絕緣是指將絕緣材料敷設在甲板或圍壁上，以滿足《國際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）、《法定檢驗技術規(guī)則》和《使用氣體或其他低閃點燃料船舶國際安全規(guī)則》（Adoption of the International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels，IGF）等規(guī)范中的防火分隔等級要求，主要考慮的是保證船舶的安全性。為使艙室維持適宜的工作和生活環(huán)境，需對其進行隔熱保溫設計，隔熱保溫絕緣布置關系到艙室的溫度控制，進而影響船舶的舒適性，《國際勞工公約2006》（Maritime Labour Convention 2006，MLC 2006）和各船級社規(guī)范對國際航行船舶的艙室隔熱保溫絕緣有強制要求。噪聲是評定船舶舒適性的因素之一，噪聲過大會影響船員的工作和生活，損傷人的聽覺并引起其他疾病，因此需對船上人員工作和居住住所的噪聲進行控制，GB 5979—1986（《海洋船舶噪聲級規(guī)定》）、MSC.337（91）（《船上噪聲等級規(guī)則》）和各船級社規(guī)范等對船舶的起居處所、機艙區(qū)和駕駛區(qū)的噪聲值進行了限定。絕緣材料布置設計需滿足規(guī)范和規(guī)則的要求，而目前的絕緣設計很少考慮具體的絕緣材料敷設面，以及絕緣材料敷設與艙室布置和結構設計的相關性等細節(jié)問題，將絕緣材料敷設在結構的不同側不僅影響敷設工作量，而且影響絕緣材料的用量。本文通過分析規(guī)范規(guī)則的要求，以及船舶布置的特點，研究絕緣布置優(yōu)化設計方法，降低船舶建造成本。

1 常用絕緣材料

防火絕緣材料一般采用陶瓷棉、氧化鋁毯和巖棉等。

1）陶瓷棉的隔熱性好，耐高溫，容重較大，用于防火絕緣的容重約為170 kg／m3，價格相對便宜，是貨船上廣泛使用的一種防火材料；

2）氧化鋁毯相比陶瓷棉重量稍輕，不含有機物，煙密度低，導熱系數(shù)小，國內航行的客滾船上使用較多；防火

3巖）棉巖的棉容的重容能重降小到，通56過k高g／速m3離 以心下機，單甩位絲面生積產(chǎn)重的量巖小棉的纖防維火可絕作緣為對A于級絕耐緣火材分料割用材量料大，國且外重有量廠控家制生嚴產(chǎn)格的的豪華游船和客滾船而言較為有利。

表1 為常用防火絕緣材料的重量對比。

表1 常用防火絕緣材料的重量對比

隔熱保溫絕緣材料通常采用巖棉或由巖棉與玻璃棉組成的混合棉。對于一般的遠洋貨船而言，通常采用容重為100 kg／m3的巖棉作為艙室的隔熱絕緣材料；對于豪華郵船和客滾船而言，多選用由容重為32 kg／m3甚至更小的巖棉與玻璃棉組成的混合棉或純玻璃棉作為隔熱絕緣材料。

船舶艙室防噪聲材料大致可分為隔聲、吸聲、減振和防振等4 種，噪聲可根據(jù)傳播途徑的不同分為空氣噪聲和結構噪聲2 種。對于空氣噪聲，一般選用隔聲或吸聲措施處理，目前通用的隔聲絕緣材料為巖棉和玻璃棉；對于結構噪聲，一般通過敷設阻尼材料或采用彈性支撐處理。

另外，噴涂絕緣材料也可用于防火、隔熱和隔聲等。相對于傳統(tǒng)絕緣材料的敷設，噴涂絕緣材料采用機械設備施工，效率高，無接縫熱橋，抗冷凝效果好，但對背景工程的完整性要求較高，目前國內造船業(yè)應用較少。

2 絕緣材料敷設

2.1 防火絕緣

防火絕緣材料的敷設主要滿足SOLAS、船級社等對防火分隔的要求，采用耐火完整性較好的艙壁和甲板將船舶劃分為若干個區(qū)域，這些艙壁和甲板將火災控制在已發(fā)生火災的處所內，從而防止火災蔓延，防火絕緣材料需為不燃材料［1］。由防火絕緣材料與其他材料組成的防火分隔需滿足《耐火試驗規(guī)則》附錄第三部分的要求，其布置需與防火分隔保持一致。除了規(guī)范允許的內容，防火絕緣材料的敷設須與其耐火試驗的型式保持一致。圖1 為某產(chǎn)品的A60 級艙壁耐火試驗試樣圖。

圖1 某產(chǎn)品的A60級艙壁耐火試驗試樣圖

2.2 隔熱絕緣

布置隔熱絕緣材料主要是為了滿足艙室保溫的需要，MLC 2006 要求起居處所要充分隔熱［2］。對于在一般航線及熱帶航線航行的船舶而言，其隔熱絕緣材料的厚度一般根據(jù)經(jīng)驗值或《船舶設計手冊（舾裝分冊）》中的推薦值選?。?］。

艙室隔熱絕緣材料的厚度δmin的計算公式為

式（1）中：Ta為室外溫度，K；Tr為室內溫度，K；Tsa為室外壁表面溫度，K；Tsr為室內壁表面溫度，K；αa為室外換熱系數(shù)，W／（m2·K）；αr為室內換熱系數(shù)，W／（m2·K）；λ為絕熱材料的熱導率，W／（m·K）。室內壁表面溫度Tsr的計算公式為

式（2）中：K為傳熱系數(shù)，W／（m2·K）。

當船舶在低溫環(huán)境中航行時，若艙室內溫度較高而室外溫度較低，則艙室外壁的內表面易出現(xiàn)結露現(xiàn)象，露水會使絕緣材料的水分增加，導致其隔熱能力下降。由于隔熱絕緣材料長期處在潮濕的環(huán)境中會損毀，因此在計算其厚度時不僅要考慮保溫，而且要考慮防結露要求。滿足防結露要求的絕緣材料的最小厚度δmin1的計算公式［4］為

式（3）中：TRO為室內露點溫度，K。取δmin與δmin1中的較大者作為隔熱絕緣材料的厚度。

2.3 隔聲絕緣

對于空氣噪聲而言，不同密度、不同厚度的巖棉和玻璃棉的吸聲系數(shù)不同，但對于“中頻”噪聲而言，二者的吸聲系數(shù)接近，結合艙室布置、內裝施工和經(jīng)濟性等因素，艙室隔聲絕緣材料的厚度可按表2 中的推薦值布置。引發(fā)船舶噪聲的因素有很多，在對船舶進行降噪設計時，需充分考慮噪聲源的特點。對于新開發(fā)船型和對噪聲要求較高的船舶而言，需對其進行噪聲計算，合理選用噪聲材料并進行結構設計，從而有效達到控制噪聲的目的，使船舶的噪聲滿足MSC.337（91）的要求。

表2 隔聲絕緣材料厚度推薦值

3 絕緣布置優(yōu)化

防火絕緣材料的敷設需滿足SOLAS、船級社等對防火分隔的要求，就目前的情況來看，在進行防火絕緣材料布置設計時，無論是船舶設計院還是船廠，都不考慮或極少考慮絕緣材料的敷設面問題。一般情況下，防火絕緣材料的敷設需與耐火試驗的試樣保持一致。圖2 為常用陶瓷棉A60 艙壁絕緣材料敷設節(jié)點。

圖2 所示絕緣材料敷設節(jié)點與廠家的耐火試驗報告是一致的，絕緣材料敷設在結構面上，而船舶設計院提供的絕緣布置方案也是將絕緣材料敷設在結構面上，這樣的布置與耐火試驗報告一致。機器處所圍壁上的扶強材較多，扶強材上也需敷設有絕緣材料，且絕緣材料處于機器處所內，其表面需做防護。據(jù)統(tǒng)計，機器處所圍壁扶墻材上敷設的絕緣材料的數(shù)量與鋼板上的絕緣材料的數(shù)量相當，且在扶墻材上敷設絕緣材料的難度較大，加上需對絕緣材料的表面進行防護，在結構面上敷設防火絕緣材料會增加船舶建造成本。

圖2 常用陶瓷棉A60級艙壁絕緣材料敷設節(jié)點

根據(jù)耐火試驗規(guī)則的要求，對于“通用”的“A”級艙壁，在結構的任意一側使用隔熱材料，為取得耐火試驗規(guī)則的認可，通常要求使用2 個試樣對結構的各側面分別進行試驗，只有當主管機關認為只對性能預計較差的一側進行單次試驗是適當?shù)模趴筛鶕?jù)單次試驗給予認可，但該艙壁以最嚴苛的方式試驗，最嚴苛的方式視為隔熱層和加強筋均在背火面［5］。結合規(guī)范和廠家有關防火絕緣的試驗報告，防火絕緣材料敷設在圍壁的非結構面上是可行的。因此，可對船舶設計院的絕緣布置圖進行優(yōu)化，將絕緣材料布置在非結構面上。通過對比可知，修改后的絕緣布置能大大減少對絕緣材料的使用，同時非結構面更易于敷設絕緣材料。

對于隔熱和隔聲絕緣材料的敷設，規(guī)范沒有強制要求，因此其布置設計更加靈活。隔熱絕緣材料一般敷設在起居處所的外圍壁或熱源與起居艙室的限界面上。

對于起居艙室外圍壁的隔熱絕緣材料敷設，按常規(guī)的絕緣材料敷設節(jié)點即可；對于熱源與起居艙室限界面的絕緣材料敷設，可綜合考慮結構與內裝設計，將結構面設置于熱源處所的內部，絕緣材料敷設在非結構面（起居艙室一側），這樣既能降低施工難度，減少絕緣材料外部對保護材料的使用，增加起居處所的內部空間，又能起到隔熱作用。圖3 為鄰近熱源的起居艙室隔熱絕緣布置圖。

圖3 鄰近熱源的起居艙室隔熱絕緣布置圖

對于隔聲絕緣而言，絕緣材料主要起吸聲作用，因此絕緣材料需布置在鄰接起居處所的噪聲源艙室的內部艙壁和甲板頂部。

4 結 語

對于絕緣材料的布置而言，在滿足規(guī)范、規(guī)則及使用功能的要求的前提下，還要考慮材料的種類、用量和施工工藝等因素。結合規(guī)范和廠家的耐火試驗節(jié)點，將防火絕緣材料敷設在非結構面上是可行的，而隔熱和隔聲絕緣材料的敷設沒有規(guī)范的要求，也可將其敷設在非結構面上，盡量避免將其敷設在結構面上，以減少絕緣材料的用量，降低施工強度。另外，在敷設絕緣材料時還要結合艙室布置，將其敷設在襯板與圍壁之間，以減少對絕緣表面材料的使用，省去防火絕緣材料在甲板上的延伸，同時在進行結構設計時盡可能地將結構面設在沒有襯板的一側。絕緣材料購置和敷設成本在船舶總建造成本中所占比例不大，但好的絕緣材料布置設計有助于降低船舶建造成本。