78 m平臺供應船/油回收船機艙通風系統設計

呂海燕

摘 要：本文以某78 m 平臺供應船/油回收船的機艙通風系統為例，介紹機艙通風系統的設計過程，包括機艙通風量計算、管路布置、阻力計算、百葉窗等附件的設計方法。

關鍵詞：機艙通風設計；通風量；風管；阻力

中圖分類號：U664.86 文獻標識碼：A

Design of Ships E/R Ventilation System

L? Haiyan

（ Guangzhou Shunhai Shipyard Ltd. Guangzhou 511440 ）

Abstract： This paper introduces the design of engine room ventilation system through the design example of a 78 m platform supply / oil recovery ship， including engine room ventilation quantity calculation， pipeline arrangement， resistance calculation， design of louvers and other accessories.

Key words： Engine room ventilation design； Ventilation quantity； Air duct； Resistance

1 引言

船舶機艙作為全船的核心區域，匯聚了船舶的動力裝置及大部分重要設備。為確保機艙部分的設備正常運行及工作人員操作維護管理方便，可靠的機艙通風系統設計是輪機設計中一項重要工作。

機艙通風需實現以下幾個方面的目的：

（1）維護機艙內基本的值班工作環境；

（2）提供主柴油機、柴油發電機及其它發熱設備燃燒及散熱所必須的空氣量；

（3）排除機艙內滯留的油氣、廢熱等。

本文以某78 m 平臺供應船/油回收船為例，介紹船舶機艙通風系統的設計。

2 通風量確定

根據ISO8861-1998的相關標準，機艙通風量的確定主要考慮兩方面的因素：一是設備燃燒所需空氣量；二是設備散熱所需空氣量。機艙總通風量至少為以上兩部分之和。該船的機艙主要設備包括：2臺主推進柴油機，額定功率為2 x 4 020 kW，在最大使用功率時的空氣消耗量為7.5 （ m3/Hr/kW）；柴油發電機組3臺，額定功率為3 X 450 kW，最大使用功率時的空氣消耗量為0.699 kg/s ；2臺1 100 kW的主機帶動的軸帶發電機。

2.1 設備燃燒所需的空氣量計算

（1）推進柴油機燃燒所需空氣量Qdp按下式計算：

Qdp=Mdp ·P ·n=60300 m3 / h=60300 m3 / h （1）

式中：

Mdp—推進柴油機在最大使用功率時的空氣消耗量，Mdp = 7.5 （m3 / Hr / kW）；

P —主柴油機最大持續功率時的軸功率，P = 4020 kW；

ndp—主柴油機臺數，ndp=2；

（2）發電機燃燒所需空氣量Qdg按下式計算：

Qdg= Mdg x ndg x3 600 /ρ=4 453.8 m3/h （2）

式中：Mdg—發電機在最大使用功率時的空氣消耗量，Mdg=0.699 kg / s；

ndg—發電機數量，正常航行時，ndg=2；

ρ—空氣密度，取35 ℃時ρ=1.13 kg / m3。

（3）主空壓機所需空氣量Qa：

Qa=2 x 34 m3 / h=68 m3/h

由此可得，設備燃燒所需空氣量QC合計為：QC = Qdp + Qdg + Qa = 64 821.8 m3 / h （3）

2.2設備散熱所需的空氣量計算

機艙中散熱設備眾多，本文從主要考慮主柴油機、發電機組這兩項設備的散熱，其次為電氣設備、排氣管系等。

設備散熱所需的空氣量Qh按下式計算：

Qh= （Φdp +Φdg +Φel +Φep +Φo ） / （ρ·C·△T）-0.4（Qdp+ Qdg） =119125 m3 / h （4）

式中：Φdp —主柴油機散熱量kW，；

Φdg —主發電柴油機散熱量kW， ；

Φel — 電氣設備的散熱量kW，；

Φep — 排氣管系的散熱量kW，；

Φo —其它設備的散熱量，kW；

Qdp —主柴油機燃燒所需的空氣量，m3/s；

Qdg —主發電柴油機燃燒所需的空氣量，m3/s；

ρ—空氣密度，取35℃時ρ=1.13 kg / m3；

C —空氣定壓比熱容， C=1.01 kJ / kg*K

△T — 機艙內的平均溫升，△T=12.5 K；

2.2.1主柴油機散熱量Φdp的計算

如果主機商不能提供確切的數據，按下式計算：

Φdp=Ldx PdpxndP = 132.66 kW （5）

式中：Pdp ——推進柴油機最大持續功率時軸的功率，Pdp= 4 020 kW；

Ld — 柴油機熱損失，%。按圖1計算，取0.0165；

ndP—主柴油機的臺數，ndP=2。

2.2.2發電機組散熱量Φdg計算endprint

Φdg=φdgxndg=50 kW （6）

式中：Φdg — 發電機的熱排放，取Φdg=25 kW，（廠商提供）；

ndg — 正常航行時ndg =2。

2.2.3 電器設備散熱量Φel 計算

Φel = Pg x n x 0.85 x 20%=187 kW （7）

式中：Pg—軸帶發電機的功率，每臺Pg =1 100 kW；

n —軸帶發電機數量，n=1。

2.2.4 排氣管散熱量Φep計算

（1）主機排氣管散熱量

主機排氣管管徑DN700 mm，絕緣厚70 mm，從圖譜查出每米排氣管的散熱量為0.5 kW/m；

主機排氣管長度28 m，故2臺主機排氣管散發熱量為28 kW。

（2）發電機排氣管散熱量

發電柴油機排氣管管徑DN200 mm， 絕緣厚50 mm，每米排氣管的散熱量為0.25 kW/m，發電機排氣管長度30 m，故2臺發電機排氣管散發熱量為15 kW.

因此，排氣管系的散熱量合計Φep =28+15=43 kW.

2.3 機艙所需總通風量計算

QTV= QC +Qh =183 946.8 m3/h （8）

3 機艙通風系統設計

該機艙通風系統設計依據：BV（必維船級社）規范、LLC《國際載重線公約》以及SOLAS《國際海上人命安全公約》等。

3.1 通風方式的選擇

艙室的通風有以下幾種方式：機械送風機械排風；機械送風自然回風；自然送風機械排風方式；自然通風方式。根據ISO8861-1998要求，機艙通風設計需維持機艙稍微有正壓，通常正壓不超過50 Pa，因此該船設計采用機械送風自然回風方式，即采用機艙機械送風、機艙（煙囪棚）自然回風方式。因此，選用2臺等風量的風機用于機艙送風（每臺風機滿負荷時風量約為92 000 m3/h）。為滿足不同工況需求，采用雙速風機，考慮到機艙釋放CO2后的排風需求，其中一臺風機采用可逆型式。另外，為了滿足效率高、體積小、方便正反轉等特點，機艙風機選擇軸流風機。

3.2 機艙主通風管路設計

機艙屬機械處所，其通風道在經過其他艙室時需考慮防火問題。另外，考慮到機艙內電纜、水管、油管等管線眾多，因此機艙通風道主要采用結構風管型式，以滿足布置及防火需求。

主甲板以上部分結構風管布置在上層建筑的兩側，該風道截面的設計是將風速控制在最高8 m/s左右，以降低風道內噪音對上層建筑的影響。在結構風道中，由于船體結構布置的原因，風管的走向不可能全部順暢，有些位置甚至拐彎比較多，造成局部通風面積不夠，例如甲板結構開孔偏小，造成局部風速達25 m/s。為解決這一問題，在滿足強度要求及不改變其他專業布置的情況下，將該結構風管根部（甲板下）艙壁由垂直改為傾斜，局部擴大面積，以降低風速使風道暢通，見圖2。

主甲板下部機艙內的風道主要作用是將風送至機艙內各個場所，其目的如下：提供主機、輔機等設備在運行時需要的燃燒用空氣；帶走機艙設備運行時散發的大量熱量；帶走機械設備散發的各種油氣等危險氣體；給工作人員提供呼吸用的新鮮空氣。 因此需從總管上分出各支風管至上述位置，這些支風管大小須按風量風速設計，通過前面的風量計算，各主要設備所需的風量分別是：主機約110 000 m3/h；發電機約60000 m3/h；軸發約18 000 m3/h；其他約7000 m3/h。由于該船機艙比較小，設備較多，機艙分為上下兩層結構：機艙上層風管主管中的風速，推薦風速12～20 m/s；然后依次確定其后各段主管和分管中風速。一般風量每次降低10%、風速約降低0.5 m/s，將各支風管內的風速控制在8 m/s左右。由于風量及風管尺寸較大，這些支風管均采用至少3 mm的黑鐵皮制作，以滿足強度要求，避免風管強度不夠產生振動及噪聲；機艙下層風管由于結構的限制，直接在上層主風管所到達的機艙下層甲板前后四個角的位置安裝4臺相當風量的送風機，以保證機艙下層通風，具體布置見圖3。

3.3 送風管路上風口設計

該船送風口采用的是不可調節的線網式風柵形式，主要考慮到該型風柵有效通風面積較大，若采用傳統的槽式結構通風柵，其有效通風面積小，同樣數量的風柵后者出風口風速較大，若為降低風速而增多風柵，則又不經濟。通風柵的數量應將機艙內的送風口風速控制在6 m/s以下，達到相關要求。

3.4 機艙進/出風口

機艙風機室上部結構風道主要用于安裝送風百葉窗，根據LLC規范：在“位置1”的通風筒，其圍板高出甲板以上4 500 mm；在“位置2”的通風筒，其圍板高出甲板以上2 300 mm。所謂“位置1” -指在開敞的干舷甲板和后升高甲板上，以及位于從首垂線起船長四分之一以前的開敞上層建筑甲板上；“位置2”- 指在位于從首垂線起船長四分之一以后的上層建筑甲板上。

該船設計共用4個1 500 mm×1 400 mm無門固定百葉窗分別向兩個風機供風。根據SOLAS公約，應設有供天窗開啟和關閉、在煙囪上正常排氣通風開口關閉和通風擋火閘關閉用的控制裝置，因此煙囪上的回風百葉窗采用無門但百葉可關閉的形式。綜合風速、百葉窗葉片數量等考慮，設計采用2個大小為2000 mm×1550 mm的氣動百葉窗，并在駕駛室能控制其開閉。根據本人多年的設計經驗，只要百葉窗的面積大約是風機通風面積的1.8～2倍就可滿足通風要求。

3.5 風機噪聲和震動的消除

由于風機尺寸較大，噪聲也比較大，所以造成機艙的噪聲及上層建筑的噪聲均比較大。為了改善這種狀況，在送風機下方加消音器，以減少風機噪聲對住艙的影響。同時，為了減少風機的震動，在風機下方安裝有減震器，如圖4。

另外，在結構風管一些拐角的地方，加了有一定弧度的導流板。

3.6 機艙風機可閉風閘及煙囪百葉窗

按BV規范要求，在機艙釋放CO2的情況下，應能迅速切斷機艙內的通風系統；另外，由于機艙風機風閘及煙囪百葉窗的尺寸較大，手動操作比較困難，因此本通風系統上的煙囪百葉窗、機艙風機上的風閘均設計成氣動形式，氣源為壓縮空氣，來自應急速關閥空氣系統，供氣時保持開啟狀態，斷氣時關閉，并能在駕駛室遙控，駕駛臺可顯示開關狀態并能遙控啟/閉。

3.7 風管阻力的計算

風機壓力根據風管系統的阻力計算確定。一般風機的靜壓為400 Pa～500 Pa，這樣使風管尺寸及電動機功率都不致過大。進行通風管道計算時，必須確定壓力損失，包括局部阻力損失和摩擦阻力損失，由于通風管道短而且曲折多，所以局部阻力損失比較大。

（1）局部阻力損失

△Pi=ξx （V2 xρ） / 2 （9）

式中： △Pi—管件阻力損失，Pa；ξ— 局部阻力系數，可查表求出； ρ—空氣密度，取35 ℃時ρ=1.13 kg/m3；V —流速，m/s。

（2）摩擦阻力損失

可根據風管的形狀、風量和直徑，從標準圖譜中查出。

4 結 語

本文通過介紹船舶機艙通風系統的設計流程，闡述了機艙通風系統在詳細設計階段的風量計算、風管的設計、阻力計算以及設計過程中應當注意的問題，對船舶通風系統設計具有一定的參考價值。該系統最終通過了系泊試驗，并在航行實驗階段運行良好。但是，由于受空間限制，該船機艙風機的布置圍井偏小，如果布置位置允許，應該給風機盡可能大的空間，以利于安裝風機和消音器以及改善通風效果。

參考文獻

[1] ISO 8861-1998. 機艙通風要求及計算.

[2] 船舶設計實用手冊（輪機分冊）[M]. 2002.

[3] LLC，國際載重線公約[1966].endprint