海洋工程項(xiàng)目蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)

郭 剛，劉慶祝

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

海洋工程項(xiàng)目蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)

郭 剛，劉慶祝

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

文章介紹了海洋工程項(xiàng)目中蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)的通風(fēng)量計(jì)算、設(shè)備選型要求及風(fēng)管布置原則，并強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)過(guò)程中所需要特別注意的事項(xiàng)，最終得出船東、船檢及船廠都滿意的設(shè)計(jì)方案。

蓄電池間；通風(fēng)量計(jì)算；設(shè)備選型；風(fēng)管布置

0 引言

蓄電池作為船舶及海洋工程上的重要能量?jī)?chǔ)備，擔(dān)負(fù)著在應(yīng)急情況下向重要設(shè)備和逃生設(shè)備提供電源的重要任務(wù)。相比起常規(guī)民用船舶而言，海洋工程上的蓄電池?cái)?shù)量更多，容量更大，更容易引起所存放空間的氫氣聚集，從而造成危險(xiǎn)。本文從蓄電池間的通風(fēng)量計(jì)算作為切入口，介紹蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的設(shè)備選型要求、風(fēng)管布置要求及設(shè)計(jì)中需要特別考慮的注意點(diǎn)。

1 蓄電池間的通風(fēng)量計(jì)算

蓄電池間的通風(fēng)量計(jì)算通常采用如下方法，最后選取各計(jì)算結(jié)果中的最大值作為最終的房間通風(fēng)量。

通過(guò)房間的熱負(fù)荷計(jì)算所需通風(fēng)量，即計(jì)算通過(guò)艙壁、甲板、窗戶等圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量和太陽(yáng)輻射熱量，計(jì)算房間內(nèi)部發(fā)熱設(shè)備、燈光、人員等釋放出的熱量，將所有的熱量累加后，選取合適的送風(fēng)溫差計(jì)算后所得的送風(fēng)量。基本公式為

式中，Q為室外新風(fēng)量，m3/h；qs為蓄電池間得熱量總和，W；c為空氣比如容，1 005 J/(kg·K)；ρ為空氣密度，1.2 kg/m3；ΔT為送風(fēng)溫差，K，一般為8 K～10 K。

通過(guò)船級(jí)社規(guī)范或是技術(shù)規(guī)格書(shū)要求的最小房間換氣次數(shù)來(lái)計(jì)算所需通風(fēng)量。一般而言，建造技術(shù)規(guī)格書(shū)中或是船級(jí)社的規(guī)范中對(duì)蓄電池間的最小換氣次數(shù)都有一定要求，可選取所要求的換氣次數(shù)乘以房間的容積即可得出所需的通風(fēng)量。基本公式為

式中，Q為室外新風(fēng)量，m3/h；V為蓄電池間容積，m3；n為換氣次數(shù)，次/小時(shí)。

根據(jù) IEC 61892-7[1]標(biāo)準(zhǔn)中不同類(lèi)型蓄電池的氫氣釋放量來(lái)計(jì)算所需通風(fēng)量。給蓄電間通風(fēng)的目的是維持房間內(nèi)氫氣濃度低于最低爆炸下限（LEL）的4%，并維持房間內(nèi)氧氣量在正常水平。如果風(fēng)道可以從蓄電池間頂部直接通往大氣，并且風(fēng)道的垂直傾斜部分不超過(guò)45°，則可以采用自然通風(fēng)，此時(shí)空氣進(jìn)口和出口的最小凈截面積可按下式計(jì)算：

式中，A為空氣進(jìn)口和出口的凈截面積，cm2；Q為室外新風(fēng)量，m3/h。

如果自然通風(fēng)不可行或是效果不夠理想，則需采用機(jī)械通風(fēng)，此時(shí)，蓄電池所產(chǎn)生的排氣量應(yīng)按下式計(jì)算，m3/h：

式中，n為電池?cái)?shù)量，m3/h；Igas為產(chǎn)生氣體的電流，mA/(Ah)，按照表1所示，浮充充電電流為Ifloat，升壓充電電流為 Iboost；Crt為鉛酸蓄電池（Ah）容量C10，Uf=1.8 V/電池20℃時(shí)，或鎳鉛蓄電池（Ah）容量C5，Uf=1.00 V/電池20℃時(shí)。

最終房間的通風(fēng)量至少要大于蓄電池充電時(shí)所產(chǎn)生的排氣量。

表1 用恒定電流／恒定電壓充電時(shí)的電流I的值

2 蓄電池間的通風(fēng)設(shè)備選型及風(fēng)管布置

按照IEC 61892-7[1]標(biāo)準(zhǔn)及API-RP505[2]標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，由于蓄電池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，所以蓄電池間通常會(huì)被定義為危險(xiǎn)區(qū)域。對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)提供足夠的通風(fēng)，以減少危險(xiǎn)爆炸性氣體的積聚。如有可能，應(yīng)通過(guò)提供足量的通風(fēng)來(lái)消除危險(xiǎn)區(qū)域或是降低區(qū)域的危險(xiǎn)等級(jí)，比如將0區(qū)降低為1區(qū)，或是將1區(qū)降低為2區(qū)。

為了確保房間內(nèi)的氫氣濃度低于最低爆炸下限，同時(shí)避免危險(xiǎn)氣體的積聚，可采用下述措施加以實(shí)現(xiàn)：

1）確保艙室內(nèi)的通風(fēng)量是上述條目1中三者計(jì)算后的最大值，且不小于每小時(shí)12次的換氣次數(shù)；

2）確保房間內(nèi)及出口和入口的氣流組織良好、通暢，氣流不受阻，氣流不短路；

3）考慮到氫氣密度小于空氣，故送風(fēng)口應(yīng)布置在房間下部，距離地面300 mm左右為宜，使室外新風(fēng)流經(jīng)所有的蓄電池組，抽風(fēng)口應(yīng)布置在房間頂部（機(jī)械抽風(fēng)），可及時(shí)抽走房間內(nèi)產(chǎn)生的氫氣，避免易爆氣體的積聚；

4）蓄電池間的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于其他區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)，抽風(fēng)應(yīng)直接排至大氣，不得循環(huán)使用；

5）進(jìn)風(fēng)口應(yīng)布置在非危險(xiǎn)區(qū)域，出風(fēng)口應(yīng)布置在非危險(xiǎn)區(qū)域或是危險(xiǎn)級(jí)別較低的區(qū)域；

6）在房間內(nèi)應(yīng)設(shè)置氫氣監(jiān)測(cè)裝置，一旦氣體濃度超過(guò)設(shè)定值，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)并根據(jù)情況采取相應(yīng)保護(hù)措施，如啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)、切斷充電裝置等；

7）在房間內(nèi)安裝差壓監(jiān)控裝置，一旦監(jiān)測(cè)到房間內(nèi)外壓差低于設(shè)定值（通常為25 Pa或是50 Pa），則發(fā)出報(bào)警信號(hào)并采取相應(yīng)保護(hù)措施；

8）當(dāng)電池排列成兩列或多列時(shí)，所有架子的前后空間不少于50 mm，以便空氣流通。

考慮到通常情況下蓄電池間被定義為危險(xiǎn)區(qū)域，所以安裝在該房間內(nèi)部的所有電氣設(shè)備均要求具有防爆特性并適合相應(yīng)的危險(xiǎn)等級(jí)，一旦房間內(nèi)通風(fēng)失效時(shí)將可以采取必要的保護(hù)措施（見(jiàn)表 2）來(lái)避免爆炸現(xiàn)象的發(fā)生。

對(duì)服務(wù)于蓄電池間的通風(fēng)機(jī)，除了電機(jī)需要滿足相應(yīng)的防爆要求外，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制作材料也需要滿足無(wú)火花要求，以防止萬(wàn)一風(fēng)機(jī)的葉片和風(fēng)機(jī)殼體接觸時(shí)可能產(chǎn)生火花，導(dǎo)致風(fēng)道內(nèi)的可燃易爆氣體被引爆。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的電機(jī)應(yīng)布置在風(fēng)道外部，避免危險(xiǎn)氣體與之接觸。離心風(fēng)機(jī)或是采用皮帶傳動(dòng)的軸流風(fēng)機(jī)是比較合適的選擇。

表2 房間內(nèi)安裝的電氣設(shè)備在增壓失效時(shí)采取的保護(hù)措施

3 蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

針對(duì)海洋工程項(xiàng)目中的蓄電池間通風(fēng)設(shè)計(jì)，應(yīng)特別注意幾點(diǎn)。由于電池技術(shù)的不斷更新和完善，當(dāng)今的蓄電池已不僅僅是單一的鉛酸充電電池，堿性電池、鎳氫電池、鋰電池等也廣泛應(yīng)用在實(shí)際的工程項(xiàng)目中。即便是鉛酸蓄電池，也出現(xiàn)了充電時(shí)氫氣釋放量非常小的密封閥控型電池，其氫氣釋放量完全可以滿足如ABS規(guī)范[3]中要求的低氫氣釋放量類(lèi)型電池（LHE），對(duì)于存放此類(lèi)電池的電池間經(jīng)主管機(jī)關(guān)或是相關(guān)船級(jí)社同意后可以被定義為非危險(xiǎn)區(qū)。但是鉛酸密封閥控型電池對(duì)存放的房間溫度有一定的要求，最佳溫度是20℃～25℃，這樣才可以維持電池的最佳工作狀態(tài)，延長(zhǎng)電池的使用壽命。表3數(shù)據(jù)來(lái)源于電池廠家，可以看出，隨著室內(nèi)溫度的增加，電池的壽命呈縮短趨勢(shì)。

表3 電池預(yù)期壽命受環(huán)境溫度的影響

相比之下，如果選用堿性電池，則其工作環(huán)境溫度相對(duì)寬松很多，只要維護(hù)得當(dāng)，電池可以在?20℃～50℃的環(huán)境溫度中穩(wěn)定運(yùn)行20年左右。

需要特別注意的是，當(dāng)蓄電池間被定義為危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，服務(wù)于蓄電池間的通風(fēng)風(fēng)道不允許穿越起居處所、服務(wù)處所、控制站和廚房。同樣，服務(wù)于起居處所、服務(wù)處所和控制站的通風(fēng)風(fēng)道也不允許穿越蓄電池間。這一點(diǎn)在進(jìn)行風(fēng)道布置時(shí)必須引起足夠重視，避免與IMO MODU CODE[4]的要求相違背。

服務(wù)于蓄電池間的通風(fēng)風(fēng)道應(yīng)考慮一定的防腐蝕處理措施，可采用厚壁碳鋼鋼板焊接后噴涂油漆或是采用防腐蝕性能更好的不銹鋼鋼板作為風(fēng)道的制作材料。

4 結(jié)論

由于蓄電池間內(nèi)具有可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)易燃易爆氣體的特殊性，在進(jìn)行這一房間的通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)要緊扣相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，了解房間內(nèi)電池的種類(lèi)和特性，合理地選用滿足條件的風(fēng)機(jī)、風(fēng)閘等設(shè)備，合理地進(jìn)行風(fēng)道的布置，最終得到船東、船檢及船廠都滿意的設(shè)計(jì)方案。

[1] IEC. Mobile and Fixed Offshore Units – Electrical Installations – Part 7: Hazardous Area: IEC 61892-7[S]. 2007.

[2] API. Recommended Practice for Classification of Location for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Zone 0, Zone 1 and Zone 2: API –RP505[S]. 1997.

[3] ABS. ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels 4-8-4/5.5[S]. 2010.

[4] IMO. Code for the Construction and Equipment of Mobile Offshore Drilling Units[S]. 2009.

Ventilation Design for Battery Room on Offshore Platform

GUO Gang, LIU Qingzhu

(COSCO Shanghai Shipyard Co., Ltd., Shanghai 200231, China)

The article introduces the calculations of air flow rate, equipment selection and ductwork system design for the battery room on the offshore platform. Some main points during ventilation design process are emphasized. The design scheme is gained which is satisfactory by the shipowner, class society and the shipyard.

battery room; calculation of ventilation air flow; equipment selection; ductwork arrangement

U664.86

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.011

郭剛（1978—），男，工程師，研究方向：船舶及海洋工程通風(fēng)空調(diào)制冷方面的設(shè)計(jì)。