支線(xiàn)集裝箱船改裝設(shè)計(jì)

吳 衛(wèi)

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，冷鏈運(yùn)輸對(duì)象已由傳統(tǒng)的初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品擴(kuò)展到醫(yī)藥及化工等領(lǐng)域，貨物種類(lèi)呈現(xiàn)多樣性，顯示出較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)度和現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)效益。

據(jù)航運(yùn)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)德魯里分析，易腐冷藏海運(yùn)貿(mào)易量在2015年出現(xiàn)增長(zhǎng)，在2016年會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步上升，到2020年，海運(yùn)冷藏貨物貿(mào)易量預(yù)計(jì)將達(dá)到1.2億噸，平均每年的海運(yùn)量將以2.5%的速度增長(zhǎng)。另外，在德魯里2015年發(fā)布的冷藏集裝箱船市場(chǎng)年度報(bào)告中指出，2015年冷藏集裝箱船隊(duì)的運(yùn)力同比增長(zhǎng)了 15%，預(yù)計(jì)在 2018年船隊(duì)增長(zhǎng)規(guī)模將達(dá)到20%。

在冷藏航運(yùn)市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)的情況下，支線(xiàn)集裝船改裝市場(chǎng)前景廣闊。支線(xiàn)集裝箱船數(shù)量眾多，改裝成本低，周期短，改裝后裝貨方式更加靈活，能夠有效提高船舶冷藏貨物的運(yùn)送能力。

1 方案簡(jiǎn)介

支線(xiàn)集裝箱船通常是指3 000 TEU以下集裝箱船，主要負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)（如亞洲區(qū)域、歐洲區(qū)域）的貨物運(yùn)輸，具有吃水淺、載量小、航行靈活等特點(diǎn)。

本方案主要針對(duì)原船冷藏箱箱位布置不飽和，有增加冷藏箱箱位需求的支線(xiàn)集裝箱船。該改裝方案不改變?cè)南湮徊贾茫瑑H將部分干箱箱位改為冷箱箱位，不改變?cè)€(wěn)性和總體強(qiáng)度。主要工程是在原船上增加冷藏集裝箱箱位，通風(fēng)、電氣等專(zhuān)業(yè)做相應(yīng)改造。

2 技術(shù)解析

2.1 冷箱布置

甲板以上通常可布置 3層冷藏箱，在滿(mǎn)足通風(fēng)和檢修要求的前提下，貨艙內(nèi)可盡量多地布置冷藏箱。

在甲板以上布置冷箱時(shí)，要確保冷箱對(duì)流散熱和監(jiān)測(cè)檢修方便，層數(shù)不宜過(guò)多。艏部應(yīng)考慮甲板上浪的影響，低位兩側(cè)最好不放冷箱。

在貨艙內(nèi)部布置冷箱時(shí)，應(yīng)在冷箱前端留有足夠的檢修空間，以便冷箱監(jiān)測(cè)和壓縮機(jī)更換。如果檢修位置被結(jié)構(gòu)艙壁遮擋，可以在艙壁上局部開(kāi)孔，讓出空間，開(kāi)孔大小和位置不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如圖1所示。

圖2和圖3是實(shí)船冷箱加裝方案布置圖。該船全長(zhǎng)175 m，型寬27.4 m，型深14.3 m，設(shè)計(jì)吃水10.9 m。原船有冷藏箱 300個(gè)，客戶(hù)要求新加冷箱150個(gè)，但因貨艙內(nèi)部開(kāi)孔位置有限，最終增加冷箱148個(gè)。

圖1 結(jié)構(gòu)開(kāi)口典型圖

圖2 改裝前300 RFEU

圖3 改裝后448 RFEU

2.2 貨艙通風(fēng)改裝設(shè)計(jì)

貨艙載有冷藏集裝箱時(shí)，需要提供足夠的通風(fēng)來(lái)帶走每個(gè)冷箱單元冷凝器產(chǎn)生的廢熱，減少冷箱散熱對(duì)貨艙溫度的影響。貨艙內(nèi)冷藏箱箱位增加后，貨艙通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)風(fēng)量計(jì)算進(jìn)行升級(jí)改造。貨艙通風(fēng)改裝是集裝箱船主要的改裝工程項(xiàng)，對(duì)總體成本，施工周期等都有重要影響。下面介紹幾種實(shí)際應(yīng)用中比較簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的改裝設(shè)計(jì)方法。

2.2.1 優(yōu)化選型設(shè)計(jì)

優(yōu)化選型設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：

1）選取最佳風(fēng)量計(jì)算值

每個(gè)冷藏箱風(fēng)量大小應(yīng)根據(jù)冷藏箱冷卻形式、船級(jí)要求、運(yùn)貨情況等特點(diǎn)選取最佳值。DNV GL規(guī)范對(duì)帶有RCP符號(hào)的冷藏箱船，風(fēng)量要求值[1]如下：

對(duì)風(fēng)冷式冷藏箱船：（1）每RTEU為3 000 m3/h；（2）每RFTU為4 200 m3/h，如裝運(yùn)混合貨物時(shí)；（3）每RFTU為4 500 m3/h，如裝運(yùn)香蕉時(shí)。

對(duì)水冷式冷藏箱船：（1）每RTEU為320 m3/h；（2）每RFTU為500 m3/h，如裝運(yùn)混合貨物時(shí)；（3）每RFTU為700 m3/h，如裝運(yùn)香蕉時(shí)。

對(duì)無(wú)冷藏箱符號(hào)（如 RCP）要求的船，每箱風(fēng)量值可以適當(dāng)降低，提高經(jīng)濟(jì)性。以改裝實(shí)船為例，因該船無(wú)RCP符號(hào)要求，冷藏箱為風(fēng)冷式，為降低改裝難度和成本，每箱風(fēng)量下調(diào)至3 800 m3/h。貨艙通風(fēng)計(jì)算方法如下：

某貨艙原有冷箱數(shù)量：N1=40個(gè)

新加冷箱數(shù)量：N2=24個(gè)

貨艙冷箱總數(shù)量：N1+N2=40 +24=64個(gè)

每箱風(fēng)量：Q=3 800 m3/h

貨艙送風(fēng)總量：

V=Q×(N1+N2)=3 800×64=243 200 m3/h

2）合理確定風(fēng)機(jī)排量

DNV GL要求中，每個(gè)送風(fēng)機(jī)最多可服務(wù)16個(gè)冷藏箱。每列集裝箱應(yīng)提供獨(dú)立的送風(fēng)管和風(fēng)機(jī)，最外列和貨艙通道處可以采用支管形式。如果是水冷式冷藏箱，風(fēng)管可以減少到兩根，送風(fēng)出口應(yīng)布置在貨艙低位部分。

因此，對(duì)風(fēng)冷式冷藏箱，每臺(tái)送風(fēng)機(jī)排量大小應(yīng)根據(jù)服務(wù)冷箱數(shù)量的多少來(lái)確定，不宜將貨艙總風(fēng)量簡(jiǎn)單平均到每臺(tái)風(fēng)機(jī)上。以實(shí)船為例，如圖 4所示，該貨艙橫向排有10列集裝箱，中間每列集裝箱都配有獨(dú)立的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管，舷側(cè)兩列利用支管送風(fēng)，貨艙共用了8臺(tái)送風(fēng)機(jī)，其中2臺(tái)風(fēng)量為34 200 m3/h，5臺(tái)風(fēng)量為30 400 m3/h，1臺(tái)風(fēng)量為22 500 m3/h，貨艙送風(fēng)總量為243 200 m3/h。

圖4 貨艙風(fēng)機(jī)風(fēng)管布置圖

2.2.2 機(jī)械與自然通風(fēng)結(jié)合設(shè)計(jì)

貨艙送風(fēng)量增加后，為減少改裝工程量，可以在貨艙蓋側(cè)壁等位置，安裝一定數(shù)量的百葉窗（圖5），用作自然排風(fēng)口，也可兼作裝載危險(xiǎn)貨物時(shí)的自然進(jìn)風(fēng)口，保留貨艙原有排風(fēng)機(jī)和排風(fēng)管道。百葉窗應(yīng)有足夠的有效截面積，一般以出口風(fēng)速不大于10 m/s為宜，數(shù)量和大小不影響貨艙蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。系統(tǒng)工作時(shí)，貨艙風(fēng)量一部分由原有風(fēng)機(jī)管道機(jī)械抽走，另一部分則由貨艙蓋百葉窗自然排風(fēng)。這種改裝方法可以最大程度的利用原船風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道附件，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，施工方便，有效降低了改裝成本。

圖5 貨艙蓋通風(fēng)口示意圖

2.2.3 可逆風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)

當(dāng)貨艙有兼裝危險(xiǎn)貨物要求時(shí)，貨艙通風(fēng)也要能滿(mǎn)足運(yùn)送危險(xiǎn)貨物的相關(guān)規(guī)定，保證船舶安全。

IMDG Code要求[2]中規(guī)定，在貨艙內(nèi)裝運(yùn)下述危險(xiǎn)貨物時(shí)必須配備機(jī)械通風(fēng)：

1）第2.1類(lèi)危險(xiǎn)貨物；

2）閉杯閃點(diǎn)低于23℃的第3類(lèi)危險(xiǎn)貨物；

3）第4.3類(lèi)危險(xiǎn)貨物；

4）具有第3類(lèi)副危險(xiǎn)的第6.1類(lèi)危險(xiǎn)貨物；

5）具有第3類(lèi)副危險(xiǎn)的第8類(lèi)危險(xiǎn)貨物；

6）具有特殊積載規(guī)定要求機(jī)械通風(fēng)的危險(xiǎn)貨物。

為避免貨艙風(fēng)機(jī)，管路過(guò)多，現(xiàn)場(chǎng)安裝困難，可以將貨艙送風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成可逆風(fēng)機(jī)，在載運(yùn)危險(xiǎn)貨物時(shí)兼作排風(fēng)機(jī)用。具體方法是：

1）合理計(jì)算貨艙通風(fēng)量

風(fēng)量計(jì)算是貨艙風(fēng)機(jī)配置的主要依據(jù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)貨物的危險(xiǎn)等級(jí)和運(yùn)送方法，結(jié)合規(guī)范要求選取最佳通風(fēng)換氣次數(shù)。

SOLAS在運(yùn)輸危險(xiǎn)貨物要求中規(guī)定，封閉貨物處所要提供充分的機(jī)械通風(fēng)。至少保證貨艙在空艙容積的基礎(chǔ)上，每小時(shí)有 6次的換氣次數(shù)，以便移除貨艙上部或下部的蒸汽。對(duì)危險(xiǎn)等級(jí)為2、3、6.1和 8且在封閉集裝箱內(nèi)運(yùn)送的貨物，貨艙通風(fēng)換氣次數(shù)可以減少到2次/小時(shí)。對(duì)等級(jí)為4和5.1且在封閉集裝箱內(nèi)運(yùn)送的液體，貨艙換氣次數(shù)也可以減少到 2 次/小時(shí)[3]。

以換氣次數(shù)乘以貨艙容積即為貨艙需要的通風(fēng)量，以實(shí)船為例：

某貨艙容積：V=9 989 m3

運(yùn)送危險(xiǎn)貨物IMO等級(jí)：2-8

運(yùn)送方法：封閉集裝箱式

貨艙換氣次數(shù)要求：n=2次/小時(shí)

貨艙需要的排風(fēng)量：

Q=V×n=9 989×2=19 978 m3/h

2）選用合適的送風(fēng)機(jī)

根據(jù)貨艙風(fēng)量大小，在該貨艙配置的送風(fēng)機(jī)中，選擇 1臺(tái)或數(shù)臺(tái)設(shè)計(jì)成可逆風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)總排風(fēng)量滿(mǎn)足風(fēng)量計(jì)算要求，在送風(fēng)管上設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，控制貨艙上下部分的排風(fēng)量。在運(yùn)送危險(xiǎn)貨物時(shí)，可逆風(fēng)機(jī)運(yùn)行，其他風(fēng)機(jī)停止工作，利用艙口蓋上面的百葉窗自然進(jìn)風(fēng)。從而減少風(fēng)機(jī)的數(shù)量和管道附件，降低改裝難度和施工成本。

實(shí)船中，某貨艙有8臺(tái)送風(fēng)機(jī)，其中有2臺(tái)38 000 m3/h，5臺(tái)30 400 m3/h，1臺(tái)22 500 m3/h。貨艙裝載危險(xiǎn)貨物時(shí)通風(fēng)量為19 978 m3/h。將其中2臺(tái)30 400 m3/h的送風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成可逆風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)逆轉(zhuǎn)工作時(shí)，風(fēng)量減半。

2.2.4 風(fēng)機(jī)管道再利用設(shè)計(jì)

在貨艙通風(fēng)改裝設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分利用原有風(fēng)機(jī)和風(fēng)管。比如改裝后某處風(fēng)機(jī)服務(wù)的冷箱數(shù)量相對(duì)較少，原船的風(fēng)機(jī)也能滿(mǎn)足風(fēng)量要求，可以將原船風(fēng)機(jī)進(jìn)行再利用，以減少風(fēng)機(jī)的采購(gòu)數(shù)量。如果風(fēng)量增加后，風(fēng)管風(fēng)速變化不大，也可以保留原有風(fēng)管。

2.3 電氣改裝設(shè)計(jì)

原船冷箱數(shù)量增加后，需要給增加的冷箱配備相應(yīng)的電站和配電板、冷藏監(jiān)控系統(tǒng)、分電箱及冷箱插座等電氣設(shè)備。

1）確定發(fā)電機(jī)容量和臺(tái)數(shù)

發(fā)電機(jī)容量應(yīng)根據(jù)電力負(fù)荷計(jì)算確定，要考慮有無(wú)冷箱入級(jí)符號(hào)（如 RCP）和冷箱的實(shí)際裝載情況等。圖 6是某船新加冷箱的電力負(fù)荷計(jì)算案例，該船共增加152個(gè)冷箱，因無(wú)RCP符號(hào)要求，計(jì)算中考慮了0.6的冷箱同時(shí)使用系數(shù)。

圖6 電力負(fù)荷計(jì)算案例

發(fā)電機(jī)組數(shù)量配置要考慮船級(jí)符號(hào)的要求，如DNV GL的RCP符號(hào)要求中，發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)能滿(mǎn)足當(dāng)任何一臺(tái)發(fā)電機(jī)失去服務(wù)時(shí)，所有冷箱插座和貨艙通風(fēng)系統(tǒng)能在航行工況下正常運(yùn)行。

2）發(fā)電機(jī)組形式

新增發(fā)電機(jī)組宜采用風(fēng)冷式集裝箱形式，機(jī)組根據(jù)需要布置在原船的集裝箱箱位處，吊裝和維護(hù)方便。這種布置方案基本不占用船體空間，改動(dòng)工程量最小。機(jī)組燃油供給可從原船的燃油艙駁運(yùn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便。

3 結(jié)論

該類(lèi)支線(xiàn)集裝箱船改裝設(shè)計(jì)方法，極大提高了船舶改裝效率，使整個(gè)加箱改裝方案具有周期短、成本低、見(jiàn)效快、對(duì)船東日常營(yíng)運(yùn)影響小等優(yōu)點(diǎn)，可以在以后類(lèi)似項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

[1]DNV GL. Rules for Classification of Ships[S]. 2016.

[2]IMO. International Maritime Dangerous Goods Code[S].2012.

[3]IMO. International Convention for the Safety of Life at Sea[S]. 2012.