海洋工程項目蓄電池間通風設計

郭 剛，劉慶祝

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

海洋工程項目蓄電池間通風設計

郭 剛，劉慶祝

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

文章介紹了海洋工程項目中蓄電池間通風設計的通風量計算、設備選型要求及風管布置原則，并強調了在設計過程中所需要特別注意的事項，最終得出船東、船檢及船廠都滿意的設計方案。

蓄電池間；通風量計算；設備選型；風管布置

0 引言

蓄電池作為船舶及海洋工程上的重要能量儲備，擔負著在應急情況下向重要設備和逃生設備提供電源的重要任務。相比起常規(guī)民用船舶而言，海洋工程上的蓄電池數(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。本文從蓄電池間的通風量計算作為切入口，介紹蓄電池間通風設計時需要考慮的設備選型要求、風管布置要求及設計中需要特別考慮的注意點。

1 蓄電池間的通風量計算

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

通過房間的熱負荷計算所需通風量，即計算通過艙壁、甲板、窗戶等圍護結構傳入的熱量和太陽輻射熱量，計算房間內(nèi)部發(fā)熱設備、燈光、人員等釋放出的熱量，將所有的熱量累加后，選取合適的送風溫差計算后所得的送風量。基本公式為

式中，Q為室外新風量，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為送風溫差，K，一般為8 K～10 K。

通過船級社規(guī)范或是技術規(guī)格書要求的最小房間換氣次數(shù)來計算所需通風量。一般而言，建造技術規(guī)格書中或是船級社的規(guī)范中對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量。基本公式為

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

根據(jù) IEC 61892-7[1]標準中不同類型蓄電池的氫氣釋放量來計算所需通風量。給蓄電間通風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。如果風道可以從蓄電池間頂部直接通往大氣，并且風道的垂直傾斜部分不超過45°，則可以采用自然通風，此時空氣進口和出口的最小凈截面積可按下式計算：

式中，A為空氣進口和出口的凈截面積，cm2；Q為室外新風量，m3/h。

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

式中，n為電池數(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，或鎳鉛蓄電池（Ah）容量C5，Uf=1.00 V/電池20℃時。

最終房間的通風量至少要大于蓄電池充電時所產(chǎn)生的排氣量。

表1 用恒定電流／恒定電壓充電時的電流I的值

2 蓄電池間的通風設備選型及風管布置

按照IEC 61892-7[1]標準及API-RP505[2]標準中對危險區(qū)域的劃分，由于蓄電池在充電過程中會產(chǎn)生大量氫氣，所以蓄電池間通常會被定義為危險區(qū)域。對于危險區(qū)域應提供足夠的通風，以減少危險爆炸性氣體的積聚。如有可能，應通過提供足量的通風來消除危險區(qū)域或是降低區(qū)域的危險等級，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，同時避免危險氣體的積聚，可采用下述措施加以實現(xiàn)：

1）確保艙室內(nèi)的通風量是上述條目1中三者計算后的最大值，且不小于每小時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，故送風口應布置在房間下部，距離地面300 mm左右為宜，使室外新風流經(jīng)所有的蓄電池組，抽風口應布置在房間頂部（機械抽風），可及時抽走房間內(nèi)產(chǎn)生的氫氣，避免易爆氣體的積聚；

4）蓄電池間的通風系統(tǒng)應獨立于其他區(qū)域的通風系統(tǒng)，抽風應直接排至大氣，不得循環(huán)使用；

5）進風口應布置在非危險區(qū)域，出風口應布置在非危險區(qū)域或是危險級別較低的區(qū)域；

6）在房間內(nèi)應設置氫氣監(jiān)測裝置，一旦氣體濃度超過設定值，將發(fā)出報警信號并根據(jù)情況采取相應保護措施，如啟動備用風機、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)測到房間內(nèi)外壓差低于設定值（通常為25 Pa或是50 Pa），則發(fā)出報警信號并采取相應保護措施；

8）當電池排列成兩列或多列時，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區(qū)域，所以安裝在該房間內(nèi)部的所有電氣設備均要求具有防爆特性并適合相應的危險等級，一旦房間內(nèi)通風失效時將可以采取必要的保護措施（見表 2）來避免爆炸現(xiàn)象的發(fā)生。

對服務于蓄電池間的通風機，除了電機需要滿足相應的防爆要求外，風機的設計和制作材料也需要滿足無火花要求，以防止萬一風機的葉片和風機殼體接觸時可能產(chǎn)生火花，導致風道內(nèi)的可燃易爆氣體被引爆。同時，風機的電機應布置在風道外部，避免危險氣體與之接觸。離心風機或是采用皮帶傳動的軸流風機是比較合適的選擇。

表2 房間內(nèi)安裝的電氣設備在增壓失效時采取的保護措施

3 蓄電池間通風設計注意事項

針對海洋工程項目中的蓄電池間通風設計，應特別注意幾點。由于電池技術的不斷更新和完善，當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、鋰電池等也廣泛應用在實際的工程項目中。即便是鉛酸蓄電池，也出現(xiàn)了充電時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型電池（LHE），對于存放此類電池的電池間經(jīng)主管機關或是相關船級社同意后可以被定義為非危險區(qū)。但是鉛酸密封閥控型電池對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)，延長電池的使用壽命。表3數(shù)據(jù)來源于電池廠家，可以看出，隨著室內(nèi)溫度的增加，電池的壽命呈縮短趨勢。

表3 電池預期壽命受環(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)境溫度相對寬松很多，只要維護得當，電池可以在?20℃～50℃的環(huán)境溫度中穩(wěn)定運行20年左右。

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

服務于蓄電池間的通風風道應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道的制作材料。

4 結論

由于蓄電池間內(nèi)具有可能會產(chǎn)生危險易燃易爆氣體的特殊性，在進行這一房間的通風設計時要緊扣相關法規(guī)和標準，了解房間內(nèi)電池的種類和特性，合理地選用滿足條件的風機、風閘等設備，合理地進行風道的布置，最終得到船東、船檢及船廠都滿意的設計方案。

[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空調制冷方面的設計。