柴油機(jī)船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)中若干問題探討

王井豐

（1.中交海洋工程船舶技術(shù)研究中心有限公司 上海200125；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海200125）

柴油機(jī)船舶機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)中若干問題探討

王井豐1,2

（1.中交海洋工程船舶技術(shù)研究中心有限公司 上海200125；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海200125）

優(yōu)良的機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)是保證機(jī)艙內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行和船員舒適的前提。文章歸納總結(jié)多個(gè)項(xiàng)目機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中船東和船檢經(jīng)常提出的幾個(gè)問題：船東側(cè)重于總風(fēng)量的計(jì)算、風(fēng)管布置和風(fēng)量的分配；船檢則注重系統(tǒng)的安全性，如防火要求和風(fēng)管布置不能影響機(jī)艙水霧系統(tǒng)等。文中分別就各個(gè)問題進(jìn)行較詳盡的分析與討論，可為相關(guān)設(shè)計(jì)人員解決實(shí)際問題提供借鑒。

柴油機(jī)船舶；機(jī)艙通風(fēng)；風(fēng)量計(jì)算；通風(fēng)進(jìn)出口；主機(jī)增壓器；機(jī)艙水霧

引 言

機(jī)艙通風(fēng)設(shè)計(jì)和計(jì)算是船舶設(shè)計(jì)中比較重要的一環(huán)，風(fēng)量計(jì)算是風(fēng)機(jī)選型和各區(qū)域風(fēng)量分配的基礎(chǔ)，計(jì)算應(yīng)確?？傦L(fēng)量充足以滿足所有設(shè)備散熱和燃燒的需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)各附件選型合理，滿足船級社和國際公約的要求，管路及附件采用合理的風(fēng)速使系統(tǒng)管路阻力與風(fēng)機(jī)能力相匹配，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行阻力計(jì)算。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量并能通過現(xiàn)場風(fēng)量測試，通過調(diào)節(jié)裝置使各區(qū)域的風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值。本文將船檢和船東針對機(jī)艙通風(fēng)經(jīng)常提出的意見以及設(shè)計(jì)人員容易出現(xiàn)的若干問題作了總結(jié)，期望同行們能夠從中受益。

1 風(fēng)量計(jì)算

進(jìn)行機(jī)艙通風(fēng)計(jì)算時(shí)，經(jīng)常有設(shè)計(jì)人員或船東對鍋爐風(fēng)量計(jì)算存在誤解。鍋爐通常布置在機(jī)艙平臺上或者機(jī)艙棚內(nèi)。當(dāng)布置在平臺甲板上時(shí)，風(fēng)量的計(jì)算是毋庸置疑的，包括燃燒和散熱這兩部分所需風(fēng)量；當(dāng)鍋爐布置在機(jī)艙棚內(nèi)時(shí)，很多設(shè)計(jì)人員一般只計(jì)算燃燒所需風(fēng)量，散熱所需風(fēng)量則忽略未計(jì)，而船東則會(huì)在沒有了解計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)［1］的情況下要求燃燒和散熱風(fēng)量必須都計(jì)算。出現(xiàn)上述情況的根本原因在于沒有真正把標(biāo)準(zhǔn)研究透徹。在標(biāo)準(zhǔn)的第5.2.4條中，給出了鍋爐所需燃燒風(fēng)量的計(jì)算，并且是沒有任何附加說明的；而在第6.7條“關(guān)于鍋爐散熱所需風(fēng)量計(jì)算”中，則有一句說明，即“位于機(jī)艙棚和煙囪內(nèi)的排氣管和鍋爐可以不必考慮”，這就容易造成設(shè)計(jì)人員硬套標(biāo)準(zhǔn)，只計(jì)算燃燒風(fēng)量而不計(jì)算散熱風(fēng)量。事實(shí)上，在標(biāo)準(zhǔn)的第5.1條明確指出，對于機(jī)艙棚和煙囪內(nèi)的所有設(shè)備，燃燒風(fēng)量和設(shè)備散熱都可以不用考慮，原因就是機(jī)艙通風(fēng)通常采用機(jī)械送風(fēng)自然排風(fēng)，大量的排風(fēng)會(huì)流經(jīng)機(jī)艙棚和煙囪然后從煙囪上的百葉窗排到大氣，這么大的風(fēng)量顯然足以保證鍋爐燃燒所需風(fēng)量以及帶走鍋爐的散熱。這里僅討論嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，如果經(jīng)各方認(rèn)可，燃燒及散熱所需風(fēng)量都計(jì)入總風(fēng)量，在實(shí)際項(xiàng)目中是可行的。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中燃燒所需風(fēng)量和設(shè)備散熱所需風(fēng)量的公式，將燃燒所需風(fēng)量和散熱所需風(fēng)量相加，可得機(jī)艙總風(fēng)量為所有設(shè)備的散熱所需風(fēng)量與0.6倍主機(jī)發(fā)電機(jī)燃燒風(fēng)量之和，見式（1）— 式（3）。

從中我們得到兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）總風(fēng)量并非所有設(shè)備燃燒和散熱所需風(fēng)量的總和，主機(jī)和發(fā)電機(jī)燃燒風(fēng)量打了折扣，這是從吸熱升溫后的空氣再去燃燒這個(gè)角度來考慮的；

（2）以上公式中沒有鍋爐燃燒所需風(fēng)量，也就是說無論是否計(jì)算鍋爐的燃燒風(fēng)量，對總風(fēng)量的數(shù)值是沒有影響的，即對風(fēng)機(jī)的選型沒有影響。

2 通風(fēng)進(jìn)出口

機(jī)艙屬于A類機(jī)器處所，規(guī)范要求A類機(jī)器處所的通風(fēng)應(yīng)保證在任何海況下有充足的通風(fēng)以維持機(jī)器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和船員的舒適［2］：86。通俗地講，通風(fēng)進(jìn)出口應(yīng)是常開的，即不需要風(fēng)雨密關(guān)閉裝置。按照載重線公約［3］的要求，在位置1的通風(fēng)口，其圍板需高出甲板4.5 m以上；在位置2的通風(fēng)口，其圍板需高出甲板2.3 m以上。

從防火的角度講，根據(jù)SOLAS要求，所有通風(fēng)系統(tǒng)的主要進(jìn)氣口和出氣口都應(yīng)能從通風(fēng)處所的外部關(guān)閉［2］：133。規(guī)范理解清楚后，可知機(jī)艙通風(fēng)進(jìn)出口是不需要配置風(fēng)雨密關(guān)閉裝置的，但需要配置防火關(guān)閉裝置。

機(jī)艙通風(fēng)進(jìn)出口通常布置百葉窗，防火關(guān)閉裝置最簡單的就是直接配一個(gè)蓋子即可，但是需要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）操作是否方便，尤其是布置在煙囪上的出風(fēng)百葉窗；

（2）是否有布置空間，因?yàn)檫@個(gè)蓋子是常開的；

（3）百葉窗的強(qiáng)度，當(dāng)百葉窗尺寸較大時(shí)，對鉸鏈的強(qiáng)度要求比較高，必要時(shí)需與百葉窗廠商確認(rèn)。

防火關(guān)閉裝置還有以下幾種型式：對于進(jìn)風(fēng)口，由于風(fēng)機(jī)通常是布置在風(fēng)機(jī)室內(nèi)的，風(fēng)機(jī)室圍壁上裝無蓋百葉窗，可在風(fēng)機(jī)的進(jìn)口裝蓋子或者風(fēng)機(jī)出口裝防火關(guān)閉裝置，這兩種方法如下頁圖1所示，通常為氣動(dòng)或電動(dòng)型式，也可手動(dòng)操作。對于出風(fēng)口，可以采用調(diào)節(jié)百葉窗的葉片來達(dá)到關(guān)閉的目的，通常為氣動(dòng)或電動(dòng)型式，同時(shí)可手動(dòng)操作，手動(dòng)操作可以通過鋼絲繩和滑輪等組件來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于防火關(guān)閉裝置，規(guī)范的要求是：若采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制關(guān)閉裝置，則需配置額外的獨(dú)立的動(dòng)力控制系統(tǒng)或手動(dòng)控制裝置以提高系統(tǒng)的安全性，或者動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制關(guān)閉裝置需為失效安全型［4］。失效安全型產(chǎn)品，就電動(dòng)關(guān)閉裝置而言，應(yīng)該是通電時(shí)開啟，斷電時(shí)關(guān)閉。因?yàn)槭Щ饡r(shí)關(guān)閉裝置的電纜可能會(huì)被燒斷，一旦燒斷，應(yīng)能使關(guān)閉裝置得以關(guān)閉。如果關(guān)閉裝置需要通電才能關(guān)閉，那么一旦電纜被燒斷，關(guān)閉裝置將無法關(guān)閉。對于其他動(dòng)力源，則可參照以上思路或者咨詢船級社。

圖1 機(jī)艙通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口關(guān)閉裝置

3 主機(jī)增壓器風(fēng)量分配

圖紙審查時(shí)，幾乎所有船東都要求有單獨(dú)的風(fēng)口對增壓器送風(fēng)。有船東指出其之前監(jiān)造的船舶由于沒有設(shè)置這樣的送風(fēng)口或風(fēng)量過小而造成主機(jī)啟動(dòng)困難。筆者也認(rèn)為設(shè)置單獨(dú)的送風(fēng)口到增壓器是非常有必要的。MAN B&W相關(guān)研究［5］指出：主機(jī)燃燒過程中確保約50%燃燒所需風(fēng)量能送到主機(jī)頂部靠近增壓器進(jìn)口處，否則會(huì)對主機(jī)產(chǎn)生負(fù)面影響。MAN進(jìn)一步指出，增壓器進(jìn)口空氣溫度每上升10℃，主機(jī)油耗將上升0.7%；送風(fēng)靠近增壓器會(huì)降低增壓器空氣濾器的惡化程度（空氣中的油煙所致）。

需要注意的是，上述的50%是推薦值，而非強(qiáng)制要求，并且不同的機(jī)型該值也有差異。筆者的設(shè)計(jì)中，該值通常能達(dá)到20~30%。如送到增壓器的風(fēng)量過大，將會(huì)影響到送至其他各區(qū)域的風(fēng)量分配，這時(shí)應(yīng)相應(yīng)提高總風(fēng)量，這在設(shè)計(jì)初期需有所考慮。

4 機(jī)艙水霧對風(fēng)口的影響

SOLAS關(guān)于固定式水基局部滅火系統(tǒng)給出了相應(yīng)的要求，指出其可用于保護(hù)下列區(qū)域：

（1）船舶主推進(jìn)和發(fā)電機(jī)所用的內(nèi)燃機(jī)上有失火危險(xiǎn)的部分；

（2）鍋爐正面；

（3）焚燒爐有失火危險(xiǎn)的部分；

（4）加熱燃油的凈化器［2］：182。

《Revised Guidelines for the Approval of Fixed Water-Based Local Application Fire-Fighting Systems for Use in Category A Machinery Spaces》（MSC.1/Circular.1387）進(jìn)一步指出，使用該滅火系統(tǒng)時(shí)無需關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，也無需人員撤離，切斷機(jī)艙風(fēng)機(jī)或封閉這些處所。

水霧在滅火方面具有以下作用：

（1）冷卻作用。水霧的蒸發(fā)吸去大量熱量，使燃燒物迅速降溫；

（2）窒息作用。利用水蒸氣在燃燒液面上全部覆蓋以隔絕空氣的補(bǔ)充；

（3）乳化作用。水對某些液體有乳化作用，某些化學(xué)品要求用水霧滅火；

（4）稀釋作用。對某些燃燒液體可進(jìn)行稀釋而滅火［6］。

因此，對于2 000總噸及以上的貨船，容積超過500 m3的A類機(jī)器處所內(nèi)具有失火危險(xiǎn)的區(qū)域?qū)⒃O(shè)置機(jī)艙水霧系統(tǒng)，該系統(tǒng)將通過專用噴嘴噴灑預(yù)定分布形狀和顆粒大小以及預(yù)定速度和密度的水霧。

水滴顆粒越小則蒸發(fā)速度越快，滅火效果越好。然而水滴必須克服空氣阻力和一切氣流到達(dá)燃燒點(diǎn)，所以水滴不能太小，直徑在0.3~1 mm較適宜。太大的水滴會(huì)使燃燒液體飛濺，增加燃燒危險(xiǎn)，而且易下沉到液面以下使冷卻作用不大［6］。根據(jù)規(guī)范可知，使用水霧滅火時(shí)，機(jī)艙風(fēng)機(jī)是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，而這么小的水滴顆粒很容易受到通風(fēng)影響，一旦有風(fēng)口對準(zhǔn)水霧噴射區(qū)域，極有可能影響水霧的覆蓋面積，從而無法滿足規(guī)范要求和通過現(xiàn)場船檢的審查。這就要求送風(fēng)口的布置應(yīng)盡量避開水霧的覆蓋區(qū)域，可采取向下送風(fēng)的方式而非側(cè)出風(fēng)方式，風(fēng)速也應(yīng)盡量低。

5 結(jié) 論

本文較深入地闡述了機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干問題，從而能使設(shè)計(jì)人員更好地理解相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)更合理，經(jīng)得起船東、船檢和各方人員的推敲。

［1］ ISO 8861-1998， Shipbuilding-Engine-Room Ventilation in Diesel-Engined Ships-Design Requirements and Basis of Calculations［S］. 1998.

［2］ 中國船級社.國際海上人命安全公約2009綜合文本［S］.北京：人民交通出版社，2009：86，133，182.

［3］ International Convention on Load Lines：Regulation 19［S］.1966.

［4］ GL Rules & Guidelines. I Part 1 Chapter 21 Section 1 ［S］.2012：6.

［5］ MAN Diesel & Turbo. Influence of Ambient Temperature Conditions on Main Engine Operation of MAN B&W Two-Stroke Engines［S］. 2006：9-10.

［6］ 中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊輪機(jī)分冊［M］.第3版.北京：國防工業(yè)出版社，2013：372.

Discussion on ventilation design of engine room on ships using diesel engines

WANG Jing-feng1,2
(1. CCCC Marine Engineering Research Center Co., Ltd. , Shanghai 200125, China;2. Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 200125, China)

Excellent ventilation design of engine room can ensure the normal operation of the equipment and the comfort of the crew. This article summarizes several questions often presented by ship owners and classification societies in the ventilation design of the engine room. The ship owners mainly focus on the total air capacity calculation, the air duct arrangement and the air flow distribution, while the classification societies mainly concerns the system safety, such as the fire protection requirements and the air duct arrangement without affecting the water mist system of the engine room. Each problem is analyzed and discussed thoroughly, which can provide reference for the relevant designers.

ships using diesel engines; engine room ventilation; air capacity calculation; air inlet/outlet; main engine turbocharger; engine room water mist

U664.86

A

1001-9855（2017）06-0063-04

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.06.063

2017-05-02；

2017-06-20

王井豐（1983-），男，碩士，高級工程師。研究方向：空調(diào)冷藏通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。