大型集裝箱船貨艙通風(fēng)管路選型分析

陸軍,吳正華,張征

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

大型集裝箱船甲板上裝滿(mǎn)貨柜后,顯得龐大無(wú)比,其甲板下的空間也就是貨艙也是主要裝載貨柜的區(qū)域。貨艙不屬于密閉空間,因?yàn)樨浥撌怯凶銐虻臋C(jī)械通風(fēng)的。貨艙的機(jī)械通風(fēng)管路一般布置在貨艙的橫艙壁內(nèi),貨艙的環(huán)境和上建機(jī)艙等艙內(nèi)環(huán)境還是有所差別的,不是嚴(yán)格意義上的風(fēng)雨密處所,也不算露天區(qū)域。因?yàn)榧b箱船貨艙的艙口蓋多為吊裝式艙口蓋,左右兩側(cè)的艙蓋通過(guò)吊裝方式壓裝在艙口圍上。左艙蓋和右艙蓋之間留有分離縫,防止左右兩艙蓋在蓋裝時(shí)存在剛性摩擦,損壞艙蓋。但是雨水也會(huì)通過(guò)分離縫流入貨艙內(nèi),對(duì)貨艙內(nèi)部造成侵蝕。因此貨艙內(nèi)部環(huán)境較上建和機(jī)艙差很多,貨艙的通風(fēng)管路設(shè)計(jì)在材料等的選擇上需要特別重視。

1 貨艙通風(fēng)管路的常規(guī)布置

一般集裝箱船的布置非常緊湊,通常對(duì)貨艙內(nèi)的冷藏集裝箱采用機(jī)械送風(fēng)和自然出風(fēng)。按船級(jí)社規(guī)范要求,每個(gè)40 ft冷藏集裝箱的送風(fēng)量是4 500 m3/h。送風(fēng)管一般布置在貨倉(cāng)的橫艙壁里,這邊有走道和平臺(tái),方便操作和維修。每路風(fēng)管都會(huì)設(shè)置多個(gè)出風(fēng)口,對(duì)準(zhǔn)冷藏集裝箱的冷凝器定點(diǎn)送風(fēng)。風(fēng)機(jī)一般設(shè)置在艙內(nèi)易于安裝、吊出和維修的處所,并且不能離進(jìn)風(fēng)口太遠(yuǎn)[1]。典型的貨艙通風(fēng)布置見(jiàn)圖1。

圖1 典型貨艙通風(fēng)布置

從圖1中可以看出,風(fēng)管無(wú)論在管徑還是在數(shù)量上都是比較大的。以某集裝箱船為例,貨艙風(fēng)管的用量是上層建筑風(fēng)管的4～6倍。因此風(fēng)管的選型在貨艙通風(fēng)中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)常用的的風(fēng)管材料是厚壁鋼質(zhì)圓形風(fēng)管,因?yàn)槠胀ǖ穆菪L(fēng)管口徑小,管壁薄,容易變形,且防腐蝕能力比較弱。但是隨著時(shí)代的進(jìn)步,工藝技術(shù)的推進(jìn),貨艙通風(fēng)管也越來(lái)越多地使用螺旋風(fēng)管。

2 風(fēng)管的選材和制作及安裝

2.1 鋼質(zhì)圓風(fēng)管

貨艙區(qū)域的鋼質(zhì)圓風(fēng)管的壁厚按管徑大小進(jìn)行選取,實(shí)船建造時(shí)按表1進(jìn)行取值[2]。

表1 鋼質(zhì)圓風(fēng)管管徑與壁厚取值 mm

從表1不難發(fā)現(xiàn),貨艙區(qū)通風(fēng)采用的鋼質(zhì)圓風(fēng)管壁厚都在4 mm以上,比較厚。厚壁鋼質(zhì)圓風(fēng)管的制作基本流程見(jiàn)圖2[3]。

圖2 厚壁鋼質(zhì)圓風(fēng)管制作流程

鋼質(zhì)圓風(fēng)管的加工是以鋼板為原材料,通過(guò)卷圓機(jī)將平板卷制成規(guī)定口徑的圓管。卷圓機(jī)將風(fēng)管加工成型后,需要通過(guò)人工將風(fēng)管從輥筒的外側(cè)抽出下料,操作步驟負(fù)責(zé)繁瑣,工作效率較低,而且輥筒熱量較難散發(fā),容易引起設(shè)備故障。 圓風(fēng)管卷圓現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 厚壁鋼質(zhì)圓風(fēng)管卷圓加工現(xiàn)場(chǎng)

薄一點(diǎn)的鋼質(zhì)圓風(fēng)管可以采用咬口連接。但是在貨艙區(qū)使用的這種4.5 mm厚壁圓風(fēng)管由于機(jī)械難加工,即使加工出來(lái)咬口質(zhì)量也較差,無(wú)法進(jìn)行咬口連接,常采用焊接連接,按管徑的大小選擇單面焊接或是雙面焊接。

2.2 大口徑螺旋風(fēng)管

所述貨艙區(qū)的環(huán)境較上建和機(jī)艙區(qū)域惡劣,偶有雨水侵襲,因此選用的大口徑螺旋風(fēng)管在壁厚和鍍鋅層方面要做到最優(yōu)。大口徑螺旋風(fēng)管規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 大口徑螺旋風(fēng)管規(guī)格參數(shù) mm

表中Z275,即雙面鍍鋅,重量275 g/m2。

大口徑螺旋風(fēng)管的制作采用鍍鋅鋼帶,一定寬度的鋼帶,一般為137～140 mm(按螺旋風(fēng)管機(jī)的型號(hào)選取)經(jīng)過(guò)成型輪咬好口,自動(dòng)拼接、合縫,根據(jù)設(shè)定好的直徑最后成型。直徑大小通過(guò)參數(shù)調(diào)整,最后根據(jù)設(shè)定好的長(zhǎng)短自動(dòng)進(jìn)行切割[4]。螺旋風(fēng)管制作現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖4。圓形,無(wú)焊接,不漏氣,不漏水。全機(jī)制直管無(wú)需手工敲打。成型后的螺旋風(fēng)管見(jiàn)圖5[5]。

圖4 螺旋風(fēng)管制作現(xiàn)場(chǎng)

圖5 成型后的螺旋風(fēng)管

2.3 運(yùn)輸及安裝、維修

在重量上顯而易見(jiàn),同種通徑相同長(zhǎng)度的風(fēng)管,螺旋風(fēng)管的重量?jī)H為鋼質(zhì)圓風(fēng)管的1/3。厚壁鋼質(zhì)圓型風(fēng)管在制作、運(yùn)輸、安裝、維修時(shí)都需要配備機(jī)械設(shè)備用以吊裝,特別是在船上安裝時(shí)吊裝難度大,安全系數(shù)低。因此厚壁鋼質(zhì)圓型風(fēng)管安裝階段盡量往前,最好在車(chē)間或者分段階段就完成裝配。一旦要在船塢碼頭階段安裝的話(huà),操作難度及工作量非常大。

螺旋風(fēng)管運(yùn)輸時(shí)要加強(qiáng)保護(hù),以免碰壞。螺旋風(fēng)管運(yùn)輸前的端面保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖6,可以用塑料薄膜或者三防布把端面包住,對(duì)內(nèi)壁起到防塵防污染得作用。螺旋風(fēng)管重量輕,一般情況下可僅靠人力安裝無(wú)須借助吊裝設(shè)備。維修更換時(shí)也容易操作。實(shí)船安裝現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。上方與船體板或者結(jié)構(gòu)風(fēng)道相連的是鋼質(zhì)風(fēng)管,焊接連接,堅(jiān)固可靠。下方與鋼質(zhì)風(fēng)管相對(duì)接的是螺旋風(fēng)管。

圖6 螺旋風(fēng)管端面保護(hù)

圖7 螺旋風(fēng)管實(shí)船安裝

鋼質(zhì)厚壁風(fēng)管在安裝過(guò)程中由于走道寬度限制和橫艙壁強(qiáng)度限制,需要用穿艙件穿平臺(tái)。這部分工作需要焊接打磨和涂裝。而使用大口徑螺旋風(fēng)管則是采用光孔的形式穿平臺(tái)板,是不需要焊接的,減少了涂裝補(bǔ)漆等工序。

鋼質(zhì)風(fēng)管維護(hù)只需定期涂裝保護(hù),一般不做更換。螺旋風(fēng)管無(wú)需油漆,即使油漆也只是起到裝飾作用,如果鍍鋅層破壞或者遭撞擊變形破損,可以更換管段。

3 對(duì)比分析

3.1 舾裝件減重

在重量上顯而易見(jiàn),同種通徑相同長(zhǎng)度的風(fēng)管,螺旋風(fēng)管的重量?jī)H為鋼質(zhì)圓風(fēng)管的1/3。以某冷藏集裝箱為例,使用厚壁鋼質(zhì)圓風(fēng)管的貨艙區(qū)域全船重量總和約80 t。而使用螺旋風(fēng)管總重不超過(guò)30 t。在舾裝件減重效果顯著。

3.2 采購(gòu)成本對(duì)比

采購(gòu)成本方面不能單從重量上來(lái)算,因?yàn)殇撡|(zhì)圓風(fēng)管是按成型后的重量為單價(jià)計(jì)算的,目前市場(chǎng)價(jià)約為每公斤13元。而大口徑螺旋風(fēng)管是以不同規(guī)格及附件的種類(lèi)報(bào)價(jià)?？梢詮奈⒂^到宏觀,從單件到全船來(lái)進(jìn)行比對(duì)。以普通鋼板密度7.85 g/cm3來(lái)計(jì)算螺旋風(fēng)管對(duì)應(yīng)規(guī)格的鋼質(zhì)風(fēng)管及附件的重量,對(duì)比見(jiàn)圖8。

圖8 螺旋風(fēng)管與鋼質(zhì)風(fēng)管成本對(duì)比

從圖8可以得出,僅對(duì)比直管,螺旋風(fēng)管D900的市場(chǎng)價(jià)約453元/m。D900,4.5 mm厚壁風(fēng)管重99.8 kg,價(jià)格為1 298元/m,螺旋風(fēng)管價(jià)格僅為鋼質(zhì)風(fēng)管的1/3。對(duì)比風(fēng)管附件,例如D900法蘭,螺旋風(fēng)管法蘭每對(duì)225元,鋼質(zhì)法蘭每對(duì)重約23 kg,價(jià)格在299元左右。因此螺旋風(fēng)管附件價(jià)格略低于鋼質(zhì)風(fēng)管附件。全船總價(jià)對(duì)比使用螺旋風(fēng)管能夠節(jié)約40%的采購(gòu)成本。以某箱船為例,每船實(shí)際可節(jié)約40余萬(wàn)元。

3.3 制作安裝等比較

鋼質(zhì)圓風(fēng)管是將平板用卷圓機(jī)卷制的,受卷圓機(jī)長(zhǎng)度限制,一般只能卷制長(zhǎng)度1.5～2.0 m的風(fēng)管。一臺(tái)卷圓機(jī)卷制厚壁的鋼板,以及卷好后焊接法蘭等工序。一天也只能制作大約1.5 m長(zhǎng)度的風(fēng)管12根左右。螺旋風(fēng)管機(jī)自動(dòng)化程度較高,每臺(tái)螺旋風(fēng)管機(jī)加工速度在30～40 m/min左右。非常高效。顯而易見(jiàn)。螺旋風(fēng)管的制作周期要短很多。對(duì)于現(xiàn)代化的船舶總裝廠來(lái)說(shuō),造船節(jié)奏非?？?產(chǎn)品的制作周期在整個(gè)造船進(jìn)程中非常重要。

安裝方面,鋼質(zhì)風(fēng)管不僅重量重,僅人力無(wú)法完成,施工難度大,安全系數(shù)低。而且需要大量的焊接打磨涂裝的工作。從實(shí)船經(jīng)驗(yàn)獲知同類(lèi)型區(qū)域螺旋風(fēng)管的安裝工作量?jī)H為鋼質(zhì)風(fēng)管的1/2。

3.4 使用壽命

4.5 mm的厚壁鋼質(zhì)圓風(fēng)管的使用壽命與其周?chē)慕Y(jié)構(gòu)是相似的,在外表油漆涂裝的保護(hù)下接近于船舶的使用壽命25年。目前螺旋風(fēng)管在貨艙區(qū)的使用壽命并沒(méi)有可靠實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。但是貨艙區(qū)使用的大口徑螺旋風(fēng)管不是普通的比如在上建用的那種螺旋風(fēng)管,而是1.5 mm厚度,表面鋅層Z275。在厚度和鋅層上的選擇是最優(yōu)的。正?？諝饨橘|(zhì)下普通鍍鋅鋼板和高鋅層板Z275腐蝕量的對(duì)比見(jiàn)表3?？梢钥闯?對(duì)于高鋅層板海上船舶艙內(nèi)試驗(yàn)25年鋅層是沒(méi)有完全消耗。當(dāng)然貨艙的區(qū)域環(huán)境更為惡劣點(diǎn),適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和維修能加長(zhǎng)螺旋風(fēng)管的使用壽命[6]。

3.5 通風(fēng)性能

風(fēng)管沿程摩擦阻力損失和空氣流經(jīng)管路附件產(chǎn)生的局部阻力損失等,螺旋風(fēng)管和鋼制圓形風(fēng)管的通風(fēng)性能并無(wú)較大差異[3]。

4 實(shí)船應(yīng)用總結(jié)及推廣建議

大口徑螺旋風(fēng)管通過(guò)在冷藏集裝箱貨艙上的應(yīng)用,對(duì)比鋼質(zhì)圓風(fēng)管,從制作生產(chǎn)、安裝以及使用壽命方面的研究,可以得出大口徑螺旋風(fēng)管實(shí)船應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。

4.1 優(yōu)點(diǎn)

1)機(jī)械化程度高,供貨周期短,且外形美觀。

2)造價(jià)低,相比鋼質(zhì)風(fēng)管每船可節(jié)約40%以上。

3)重量輕。易于搬運(yùn)和安裝,安裝工藝簡(jiǎn)單。安全性高。

4)自重輕,能大幅降低船體結(jié)構(gòu)的承重載荷,并有效減輕舾裝件重量。

4.2 缺點(diǎn)

1)大口徑螺旋風(fēng)管成型后管身容易發(fā)生局部變形、管徑尺寸不穩(wěn)定。運(yùn)輸保護(hù)要求較高。

2)采購(gòu)鍍鋅板本身帶防銹油兼潤(rùn)滑防氧化作用,因此鍍鋅板表面附著力不好,做油漆容易起剝,不能長(zhǎng)期泡水,泡水后咬口生銹風(fēng)險(xiǎn)大,一定程度上影響使用壽命。

3)特定區(qū)域比如難以維修更換的區(qū)域以及結(jié)構(gòu)風(fēng)管焊接的區(qū)域等,螺旋風(fēng)管都不能替代鋼質(zhì)風(fēng)管。

由此可見(jiàn)螺旋風(fēng)管在制作、安裝、成本、重量等方面有突出優(yōu)勢(shì),但是特定區(qū)域還是要選擇使用鋼質(zhì)風(fēng)管。因此貨艙通風(fēng)可以在大范圍選用優(yōu)質(zhì)大口徑螺旋風(fēng)管的基礎(chǔ)上,少量使用鋼質(zhì)圓形風(fēng)管,以達(dá)到在設(shè)計(jì)、使用、成本、減重等方面取得最完美的效果。