2700TEU集裝箱船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置及優(yōu)化

蔡凱華 劉倩 楊飛飛

摘? ? 要：集裝箱船給世界貨物運(yùn)輸和貿(mào)易帶來(lái)了極大的方便，是當(dāng)今主流貨船形式之一。本文以某2700TEU集裝箱船為例，對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用風(fēng)管的拆分優(yōu)化發(fā)電機(jī)區(qū)域通風(fēng)，利用結(jié)構(gòu)風(fēng)道優(yōu)化分油機(jī)區(qū)域通風(fēng)和機(jī)艙前壁區(qū)域通風(fēng)，改善通風(fēng)效果，保證機(jī)艙布置空間，為相關(guān)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新的思路。

關(guān)鍵詞：集裝箱船；機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)；布置優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U662.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Layout and Optimization of Ventilation System in Engineroom

for 2700 TEU Container Ship

CAI Kaihua，? LIU Qian，? YANG Feifei

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， Guangzhou 510715 ）

Abstract： Container ships have brought great convenience for the worlds cargo transportation and trade， and are one of the mainstream cargo ships today. This paper takes one 2700TEU container ship as an example to optimize the layout design of its engine room ventilation system. The ventilation in the generators area is optimized through the use of duct separation and the ventilation in the oil separator area & engineroom front bulkhead area is optimized by use of structural duct， so as to improve the ventilation efficiency and ensure the space for layout of the engineroom， and provides new ideas for the design and optimization of the associated engine room ventilation system.

Key words： container ship;? engine room ventilation system;? layout optimization

1? ? ?前言

某2 700 TEU集裝箱船是一艘國(guó)際遠(yuǎn)洋集裝箱船，船上不設(shè)甲板吊機(jī)，主要用于干貨集裝箱、冷藏集裝箱、危險(xiǎn)貨物集裝箱的運(yùn)輸。本船總長(zhǎng)188.80 m、型寬32.20 m、型深17.20 m，配置單低速主機(jī)、單固定螺旋槳，全鏟形舵帶扭曲邊和舵球，配1臺(tái)1 200 kW艏側(cè)推。船體線型為直艏、方艉，上建及機(jī)艙位于中尾部。

機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)為機(jī)艙內(nèi)燃燒設(shè)備提供必需的燃燒用空氣量，帶走設(shè)備的散熱量，為機(jī)艙內(nèi)工作人員創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件，其是動(dòng)力裝置的一個(gè)重要組成部分。船舶通風(fēng)系統(tǒng)配置是否合理，直接關(guān)系到船舶及船舶動(dòng)力裝置能否正常、可靠和安全的運(yùn)行[1]。

本文主要針對(duì)某2 700 TEU集裝箱船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置及優(yōu)化展開(kāi)論述。

2? ? 機(jī)艙通風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)機(jī)艙內(nèi)主要設(shè)備的參數(shù)與布置，計(jì)算機(jī)艙的通風(fēng)量。機(jī)艙通風(fēng)量計(jì)算參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 8861—1998）推薦的公式和數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要由燃燒、散熱兩個(gè)因素決定的，選取兩者之和為所需要的通風(fēng)總量[2]，且不得小于1.5倍所有設(shè)備所需燃燒空氣量。據(jù)此計(jì)算得到其總通風(fēng)量為285 120 m3/h。

在主甲板上設(shè)4個(gè)機(jī)艙風(fēng)機(jī)室，位于機(jī)艙棚的兩側(cè)。配置四臺(tái)風(fēng)量為78 000 m3/h，靜壓為600 Pa的軸流送風(fēng)機(jī)，每個(gè)風(fēng)機(jī)室布置一臺(tái)，其中2號(hào)、4號(hào)兩臺(tái)機(jī)艙送風(fēng)機(jī)為可逆風(fēng)機(jī)。

3? ? 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)布置

3.1? ?確定通風(fēng)方案

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建議，機(jī)艙內(nèi)宜維持正壓，但不宜超過(guò)50 Pa。為此，本船設(shè)計(jì)采用機(jī)械送風(fēng)自然回風(fēng)方式，以利于機(jī)艙正壓的建立[3]。

主機(jī)艙采用機(jī)械送風(fēng)，機(jī)艙棚自然回風(fēng)的通風(fēng)方案。風(fēng)機(jī)室風(fēng)口設(shè)百葉窗，機(jī)艙送風(fēng)機(jī)從風(fēng)機(jī)室通過(guò)風(fēng)道把風(fēng)送入機(jī)艙，1、2號(hào)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)艙左側(cè)的送風(fēng)，3、4號(hào)風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)艙右側(cè)的送風(fēng)。在機(jī)艙棚的羅經(jīng)甲板和橋樓甲板上安裝排風(fēng)百葉窗用于自然回風(fēng)排出。除了主機(jī)艙外，還有一些工作艙室，例如焊接區(qū)域和分油機(jī)區(qū)域，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量、煙塵和油氣，為此設(shè)有機(jī)艙供風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方案。對(duì)于電工間等，采用平衡風(fēng)管的方式平衡機(jī)艙與房間的壓強(qiáng)。

3.2? ?上平臺(tái)通風(fēng)布置

機(jī)艙上平臺(tái)的通風(fēng)布置圖如圖1所示。

1號(hào)送風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)上平臺(tái)左側(cè)送風(fēng)。風(fēng)道進(jìn)入機(jī)艙后分為兩部分，一部分向前進(jìn)入集控室提供新鮮空氣；另一部分向后為發(fā)電機(jī)區(qū)域送風(fēng)。在每臺(tái)發(fā)電機(jī)的尾部布置一根送風(fēng)管，底面在電球處布置格柵出風(fēng)口，末端布置調(diào)風(fēng)門(mén)。利用風(fēng)力與機(jī)艙棚的回風(fēng)從發(fā)電機(jī)尾部吹向首部增壓器處，滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行所需風(fēng)量。2號(hào)送風(fēng)機(jī)主要是從兩條途徑向下層送風(fēng)：一部分直接從風(fēng)道進(jìn)入下層；另一部分繞到機(jī)艙前壁，從機(jī)艙前壁的風(fēng)道進(jìn)入下層。3號(hào)送風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)上平臺(tái)右側(cè)的前方送風(fēng)，其大部分風(fēng)量供風(fēng)于主機(jī)增壓器，少風(fēng)量送至機(jī)艙前壁、電工間和電工物料間。4號(hào)送風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)上平臺(tái)右側(cè)分油機(jī)區(qū)域和下層供風(fēng)。

集控室內(nèi)布置了一臺(tái)立式空調(diào)，其頂部設(shè)出風(fēng)管，布置于集控室的天花板，天花板上的風(fēng)口均勻布置，避免局部溫度過(guò)熱。

焊接區(qū)域上方布置一個(gè)集氣罩，通過(guò)離心風(fēng)機(jī)將該區(qū)域的煙塵排到主甲板以上。分油機(jī)區(qū)域設(shè)機(jī)艙供風(fēng)與機(jī)械排風(fēng)，通過(guò)一供一排循環(huán)風(fēng)將該區(qū)域底部的油氣排到主甲板以上。

機(jī)艙兩側(cè)各有一個(gè)空艙，左空艙可以從機(jī)修間的水密門(mén)進(jìn)入，所以左空艙采用了獨(dú)立的機(jī)械送風(fēng)，自然排風(fēng)的通風(fēng)方案。送、排風(fēng)的風(fēng)口呈對(duì)角布置，便于空氣流通。右空艙不能進(jìn)入，則沒(méi)有設(shè)置通風(fēng)。

通風(fēng)筒在主甲板上的布置注意滿足《1966年國(guó)際載重線公約》中第19條對(duì)通風(fēng)管布置的位置和高度的要求。

3.3? ?下平臺(tái)通風(fēng)布置

下平臺(tái)的機(jī)艙通風(fēng)布置主要根據(jù)設(shè)備的布置情況，如圖2所示。2號(hào)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)從豎直風(fēng)道進(jìn)入下平臺(tái)后分為三部分：向前流向空壓機(jī)、空氣瓶區(qū)域，送風(fēng)口要布置在空壓機(jī)進(jìn)氣口附近，滿足用氣設(shè)備的使用要求；向后流向機(jī)艙尾部，這里主要布置了SCR相關(guān)的設(shè)備；通過(guò)本船特殊的舷墻結(jié)構(gòu)向下層送風(fēng)。2號(hào)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)從機(jī)艙前壁的風(fēng)道進(jìn)入下平臺(tái)后，一部分向布置在機(jī)艙前壁的設(shè)備送風(fēng)，一部分從風(fēng)道進(jìn)入下層。4號(hào)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)從風(fēng)道進(jìn)入下平臺(tái)后分為兩部分：一部分對(duì)這里布置的各類(lèi)泵浦和板冷送風(fēng)；另一部分以支管的形式在前后兩處通過(guò)舷墻結(jié)構(gòu)向下層送風(fēng)。

3.4? ?雙層底通風(fēng)布置

從下平臺(tái)進(jìn)入雙層底的四路風(fēng)管分別布置在機(jī)艙的四角，負(fù)責(zé)雙層底的通風(fēng)，如圖3所示。機(jī)艙尾部線型收縮嚴(yán)重，空間狹小，所以風(fēng)口的布置盡量向尾部延伸，避免因空氣不流通造成局部高溫，保證軸系中間軸承散熱。左側(cè)首部一根風(fēng)管延伸到花鋼板下，并設(shè)置一個(gè)出風(fēng)口送風(fēng)，當(dāng)花鋼板下聚集的油氣、CO2過(guò)多時(shí)，也可以開(kāi)啟2號(hào)送風(fēng)機(jī)逆轉(zhuǎn)排出。

4? ? 機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

按照機(jī)艙通風(fēng)布置圖在三維軟件進(jìn)行建模，通過(guò)建模，可以發(fā)現(xiàn)其存在的問(wèn)題，優(yōu)化機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)。

4.1? ?發(fā)電機(jī)區(qū)域優(yōu)化

發(fā)電機(jī)區(qū)域的通風(fēng)關(guān)系到發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行，應(yīng)是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。本船的發(fā)電機(jī)從左到右的編號(hào)依次為1～4號(hào)，從圖1可以看出，1號(hào)發(fā)電機(jī)采用的通風(fēng)方案是以支管的形式穿過(guò)輔機(jī)滑油儲(chǔ)存艙的上方給1號(hào)發(fā)電機(jī)送風(fēng)。通過(guò)三維建模發(fā)現(xiàn)，上平臺(tái)的層高為5.3 m，艙的高度為3.8 m，由于這個(gè)位置上方堆放集裝箱導(dǎo)致結(jié)構(gòu)大梁高達(dá)0.7 m，導(dǎo)致可以穿行風(fēng)管的高度僅為0.8 m，而這里風(fēng)管的設(shè)計(jì)尺寸為1000 mmx500 mm，布置空間不夠。此外，2-4號(hào)發(fā)電機(jī)的通風(fēng)方案是從艉部吹向艏部，風(fēng)口位置距離增壓器進(jìn)氣口較遠(yuǎn)，不能直接為增壓器供風(fēng)，不利發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)區(qū)域的送風(fēng)主要是針對(duì)增壓器和電球，需圍繞這兩個(gè)部位進(jìn)行通風(fēng)方案的優(yōu)化，如圖4所示。將1號(hào)發(fā)電機(jī)的一根送風(fēng)管拆分為兩根送風(fēng)管，分別向增壓器和電球送風(fēng)。一根從輔機(jī)滑油儲(chǔ)存艙的上方穿過(guò)給電球送風(fēng)，一根穿過(guò)機(jī)修間給增壓器送風(fēng)。拆分后，每根風(fēng)管內(nèi)承載的風(fēng)量減少，風(fēng)管的尺寸相應(yīng)減小以便布置。2-4號(hào)發(fā)電機(jī)電球處的送風(fēng)口保持不變，將艉部吹向增壓器的風(fēng)口延伸至增壓器附近，保證設(shè)備的使用要求，降低后期風(fēng)險(xiǎn)。

4.2? ?機(jī)艙前壁結(jié)構(gòu)風(fēng)道優(yōu)化

2號(hào)機(jī)艙送風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)量是通過(guò)機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道向下層輸送的，風(fēng)道之間需要風(fēng)管來(lái)連接，如圖2所示。在平面圖上，風(fēng)管的布置與主機(jī)行車(chē)的吊裝范圍已有一部分重合。主機(jī)行車(chē)的最低安裝高度須滿足主機(jī)吊缸的高度，若風(fēng)管能夠布置在主機(jī)行車(chē)上則不會(huì)影響主機(jī)行車(chē)的吊裝范圍。在三維建模時(shí)發(fā)現(xiàn)，將風(fēng)管布置在能布置的最高處，主機(jī)行車(chē)布置在滿足要求的最低處兩者依舊處于差不多的高度，無(wú)法錯(cuò)開(kāi)，影響了主機(jī)行車(chē)的吊裝范圍。

風(fēng)管的走向已基本確定，沒(méi)有優(yōu)化的空間，于是優(yōu)化機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道來(lái)避開(kāi)主機(jī)行車(chē)的吊裝范圍。結(jié)構(gòu)風(fēng)道依附在機(jī)艙前壁和逃口側(cè)壁上，風(fēng)管只能90°轉(zhuǎn)彎與結(jié)構(gòu)風(fēng)道相接。將結(jié)構(gòu)風(fēng)道延長(zhǎng)到依附在逃口外壁上，風(fēng)管則可以45°轉(zhuǎn)彎與結(jié)構(gòu)風(fēng)道相接，避開(kāi)主機(jī)行車(chē)，如圖5所示。結(jié)構(gòu)風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處做斜切角處理，有利于風(fēng)道內(nèi)的導(dǎo)流和主機(jī)行車(chē)導(dǎo)軌的安裝。

4.3? ?分油機(jī)區(qū)域排風(fēng)優(yōu)化

分油機(jī)區(qū)域的送、排風(fēng)口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，形成區(qū)域循環(huán)，有利于油氣的排出。本船分油機(jī)區(qū)域的排風(fēng)靠近空艙布置，離心風(fēng)機(jī)將油氣通過(guò)通風(fēng)筒排到露天甲板。

優(yōu)化通風(fēng)筒位置有兩個(gè)方案：一是將通風(fēng)筒布置在樓梯下隱藏，不占用通道；二是將通風(fēng)筒布置在空艙上，盡量靠近上建的柱子，留出通道。通風(fēng)筒在主甲板上的位置應(yīng)為“位置1” ，其圍板在甲板以上的高度應(yīng)至少為900 mm[4]。由于該通風(fēng)筒尺寸較大，滿足法規(guī)“位置1”相關(guān)要求，導(dǎo)致該通風(fēng)筒的高度約為1.8 m。在第一種方案中，樓梯下的三角空間有限，布置不下該通風(fēng)筒，故采用第二種方案，如圖6所示。具體優(yōu)化方案是修改分油機(jī)區(qū)域離心風(fēng)機(jī)的旋向，使排風(fēng)口朝向空艙，在空艙內(nèi)做一條豎直向上通向主甲板的結(jié)構(gòu)風(fēng)道，通風(fēng)筒就可以布置在空艙上了，如圖7所示。

5? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹2 700 TEU集裝箱船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置及優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)利用風(fēng)管的拆分優(yōu)化發(fā)電機(jī)區(qū)域的通風(fēng)，利用結(jié)構(gòu)風(fēng)道優(yōu)化分油機(jī)區(qū)域的通風(fēng)和機(jī)艙前壁的通風(fēng)，改善通風(fēng)效果，保證機(jī)艙布置空間，為相關(guān)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]曾宏強(qiáng)，周新.船舶機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析研究[J].中國(guó)造船，?2016 （02）.

[2]上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司.自升式風(fēng)電安裝船技術(shù)與應(yīng)用?[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社， 2019.

[3]李?lèi)?ài)華，施曉波，黃影.多用途重吊船機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].船舶與海洋工程， 2013 （04）.

[4]1966年國(guó)際載重線公約[S].北京：中國(guó)船級(jí)社， 2013.

作者簡(jiǎn)介：蔡凱華（1991- ），男，助理工程師。主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。

劉? 倩（1994- ），女，工程師。主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2022-11-09