滿足RCP要求的集裝箱船貨艙通風系統設計

陳莉 蔡志珍 談華軍 李瀟祥

摘 要：本文以2700TEU集裝箱船貨艙通風系統設計為例，介紹了入級RCP需要注意的相關規范及RCP車間試驗的方法及流程，對如何提高貨艙通風系統的效率提出了建議。

關鍵詞：RCP；通風設計；RCP車間試驗

中圖分類號：U664.86 文獻標識碼：A

Abstract： BY taking the 2 700TEU container vessel built in Wenchong Shipyard as an example， this paper introduces the relevant rules and regulations for the ships applied to RCP notation， provides a method for RCP mock-up test， and gives some advice on promoting efficiency of cargo hold ventilation.

Key words： RCP； ventilation design； RCP mock-up test

1 前言

我司在集裝箱船建造領域具有悠久的歷史，但建造取得GL船級社RCP入級符號的集裝箱船尚屬首次。滿足RCP要求的集裝箱船，可以更好的保障冷藏集裝箱在運輸過程中的通風質量。

2 700TEU集裝箱船貨艙通風系統通過試驗，驗證了貨艙通風系統的實測數據與理論設計數據的一致性，并成功取得RCP入級符號。

2 研究內容

2.1 規范要點

根據對GL規范的研究，介紹貨艙通風系統要點。

2.1.1入級符號

RCP入級符號的標準格式為“RCPXXX/XX”，例如2700TEU集裝箱船的入級符號為RCP502/50。RCP為“Refrigerated Container Stowage Positions”的縮寫，502代表本船裝載冷藏集裝箱的數量為502個， 50代表本船50%的冷藏集裝箱可以用于裝載水果或冷凍的貨物。

2.1.2風量要求

RCP入級符號根據冷藏集裝箱的冷卻方式、集裝箱的尺寸，對供風量提出了要求。

（1）采用風冷的單個冷藏集裝箱供風量要求如下：

① 20″單個冷藏集裝箱供風量，推薦值為3100 m3/h； 40″單個冷藏集裝箱供風量，推薦值為4 500 m3/h ；

通過公式（1）計算，單個冷藏集裝箱供風量要求為4440 m3/h，規格書要求每個冷藏集裝箱最小風量為4500 m3/h，最終按照4 500 m?/h設計。

2.1.3風管設計要求

風管出風口的設計要能夠滿足出風口風速不超過10m/s。當設置了合理通道可以安全進入貨艙進行作業時，出風口最大風速可以提高到不超過13 m/s。

2.1.4車間試驗要求

RCP要求貨艙風機和風管的布置按照在船上安裝的實際情況進行車間試驗；對于試驗風管的每個出風口進行風量測量：每個出風口風量應為4 500 m?/h，允許偏差為±10%。

2.2設計方案

2.2.1貨艙通風阻力和風量的計算

根據2 700TEU集裝箱船的總布置圖、裝箱布置圖，以及對規格書、GL規范的核查，同時考慮供風口位置、數量、風速等，確定風管布置圖。

根據船級社規范要求：相同風管布置僅需做一組試驗。因此，盡可能減少風管布置的類型，可以減少進行試驗的風管數量。

設計之初，為減少進行試驗的風管數量，已盡可能將所有風管相同布置，盡量選取阻力損失較大的風管做試驗，最終本船共選用4根風管進行試驗。

根據風管布置圖，計算通風管路中通風筒、異徑、變徑、彎管、濾網、風機以及管路沿程阻力等壓力損失，確定風機的壓頭。通過計算，初步確定了各貨艙的通風量和風機壓頭（見表1）。

2.2.2 貨艙通風風機參數確定

貨艙風機和馬達的選型、配對是入級RCP的貨艙通風系統首要考慮的因素，風機的風量、風壓與馬達功率需要完全匹配。如果風壓余量過大，選取的風機風量及馬達功率也會過大，整個系統的效率便會降低；如果風壓余量過小，則無法滿足規范中單個冷藏箱的風量要求。

雖然GL規范對風機的效率并沒有明確的要求，但我們參照ISO 12759選取風機效率為FMEG70的風機。表2為本船的風機選型。

在簽訂風機協議時，廠家需提供風機的性能參數曲線。由于試驗時實測風量會與設計工況有些差異，所以為風機的風量、壓頭留有一些余量是十分必要的，以便在試驗時對風機進行適當地調整。另外，通常協議中有注明廠家需另備3～4套風機葉片，用于試驗時更換或調整葉片角度等方式調整風機參數。

2.2.3貨艙通風風管風速核算

根據船級社規范要求，出風口的設計要能夠使得出風口風速不超過10 m/s，當設置了合理通道可以安全進入貨艙進行貨艙作業時，最大出風口風速可以提高到不超過13 m/s。本船在右舷設置有合理通道，因而最大出風口風速不能超過13 m/s。

根據表1貨艙風量計算的相關內容，對每個貨艙艙蓋百葉窗出風口的風速進行核算。本船共有5個貨艙，其中No.1/3/4/5艙的艙口百葉窗能夠滿足風速要求，但No.2貨艙艙口蓋的百葉窗開孔大小，不能滿足規范要求的風速，因而為No.2貨艙設置了額外的自然風口，用于裝載危險品貨物時自然出風。

2.2.4車間試驗方案確定

（1）送審原則：對于風機的效率，RCP并沒有效率要求，本船規格書也沒有對效率的規定，因而船廠送審圖上不需注明風機效率。

（2）明確范圍：車間試驗只需對首制船做，后續船不需再做試驗，但需在試航時測量每個供風口的風量是否為4 500 m3/h±10%，風量上限可以增加，下限的要求必須滿足。

（3）選取試驗對象：在做車間試驗時，不需要每根風管都進行試驗，通常GL會根據船廠的送審圖中風管的布置情況，選取有代表性的風管，本船最終選取了4根風管進行試驗。

（4）試驗工藝：為了保證風量測量的準確性，通常可以將風管的直管段加長5 m，并將每個支管的風口直管段加長1～2 m后進行測量，該做法也是船級社常規認可的方法。

（5）程序確認：車間試驗的程序需送GL認可，包括測試的位置、數量、方法、儀器、增加直管的圖，都需在送審圖上表達。

（6）船上阻力模擬：做車間試驗的時候，因為車間跟船上工況不同，船上有貨艙艙蓋上的自然通風百葉窗會對風機產生額外的阻力，所以要模擬船上的阻力工況。根據廠家經驗，在風機進口增加阻力為8 mmAq的金屬網格（網格為2 mm），風管尺寸可以根據試驗情況修改，GL只考核每個供風口的風量。

（7）風險規避：做車間試驗的時候，在風管局部增加調風門可以控制風量的大小。規范沒有規定風管內不能增加調風門，但GL建議不使用，而且船東通常也不同意使用，因而本船試驗不設置調風門。

2.3 車間試驗

2.3.1 試驗準備

（1）通風管路準備：用于進行車間測試的風管，包括通風帽以及船體結構部分，都要根據裝船安裝后1：1的尺寸在車間做出實物，風管厚度可以跟船上的不一致，但是長度要跟實船一致。

（2）電源準備：車間要準備與船上相同的電源3x440 V/60 Hz給風機供電，我國岸電為3x380V/50 Hz，因而需要配備變壓器等專用的供電設備給風機進行供電。

（3）場地準備：試驗場地最小尺寸要比整個通風管包括通風帽大，如直管段長度不夠，要插入直管段風管。本船在風機前后各增加5 m直管，在每個風口前增加1 m直管；要準備足夠空間的試驗場所，并能存儲GL要求做試驗的風管，每根風管都預先安裝好。本船提前做好了場地策劃工作，如圖1所示。

（4）工具準備：需要提供具有船級社證書、校準證書的測量工具。本船由廠家提供測量工具，廠家技術人員在現場指導船廠做試驗，廠家帶了一套傳感器、一套馬達測量工具、兩套風口末端測量裝置、4套主管上的測量裝置。

（5）備件準備：由于車間實驗的不確定性，通常風機廠家需要為每種風機配備一定數量的風機葉片，以便于在初次試驗失敗后可以及時更換頁片后再次進行試驗，以節約測試時間。

2.3.2貨艙通風管試驗過程

在車間內將風管、通風附件、風管結構件、測量儀器等進行連接和調試，各項準備工作結束后，通知廠家開始進行車間試驗。試驗時首先開啟風機，待風機運行穩定一段時間后進行正式試驗。試驗中，我們通過對風機葉片角度、百葉窗葉片形式、風管腹壁形式、金屬網數量、支管等附件的修改，來調整風機風量和風管阻力。

試驗中我們發現，結構附壁風管以及通風筒的有效通風面積在風管總的阻力損失中占較大比例，故在今后的設計中需要盡量避免采用類似的結構附壁風管，并盡量加大進風口處通風附件的有效通風面積。

金屬網格模擬阻力的過程中，根據風量的變化對金屬網格作過多次調整，對金屬網格的數量要求也超過了我們的預估。試驗開始時，我們沒有配備足夠的金屬網格，經過緊急采購解決了此問題，故在今后設計中，需要配備足夠數量的金屬網格用于試驗，避免因準備不足導致車間試驗時間的浪費。

本試驗過程中共經過了24次調整、花費約2周的時間，4路風管的風量、阻力都能夠滿足規范要求。聯系船檢現場試驗僅用半天即完成了車間實驗的報驗工作。

3 總結及展望

風管布置圖、阻力計算、風機選型是入級RCP船的通風系統的設計要點，尤其是通過阻力計算確定風管設計是否合理，減少后期風管修改，縮短試驗的時間。

通過本次RCP貨艙通風系統設計，我們掌握了RCP風管設計的難點和風機與馬達的基本匹配技術，培養了通風設計技術人才。尤其僅用兩周時間即完成車間試驗，相比其它船廠3～6個月的試驗周期更短，經濟效益更好，為我司承接后續帶有RCP入級符號集裝箱船打下了堅實的基礎。

參考文獻

[1] GL Rules and Guidelines 2015.

[2] 中國船舶工業集團公司.船舶設計使用手冊（第3版）[M].國防工業 出版社，2013.