柴油機船舶機艙通風設計中若干問題探討

王井豐

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

柴油機船舶機艙通風設計中若干問題探討

王井豐1,2

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

優良的機艙通風設計是保證機艙內設備正常運行和船員舒適的前提。文章歸納總結多個項目機艙通風系統設計中船東和船檢經常提出的幾個問題：船東側重于總風量的計算、風管布置和風量的分配；船檢則注重系統的安全性，如防火要求和風管布置不能影響機艙水霧系統等。文中分別就各個問題進行較詳盡的分析與討論，可為相關設計人員解決實際問題提供借鑒。

柴油機船舶；機艙通風；風量計算；通風進出口；主機增壓器；機艙水霧

引 言

機艙通風設計和計算是船舶設計中比較重要的一環，風量計算是風機選型和各區域風量分配的基礎，計算應確保總風量充足以滿足所有設備散熱和燃燒的需求。系統設計中應各附件選型合理，滿足船級社和國際公約的要求，管路及附件采用合理的風速使系統管路阻力與風機能力相匹配，必要時應進行阻力計算。系統設計應保證達到設計風量并能通過現場風量測試，通過調節裝置使各區域的風量達到設計值。本文將船檢和船東針對機艙通風經常提出的意見以及設計人員容易出現的若干問題作了總結，期望同行們能夠從中受益。

1 風量計算

進行機艙通風計算時，經常有設計人員或船東對鍋爐風量計算存在誤解。鍋爐通常布置在機艙平臺上或者機艙棚內。當布置在平臺甲板上時，風量的計算是毋庸置疑的，包括燃燒和散熱這兩部分所需風量；當鍋爐布置在機艙棚內時，很多設計人員一般只計算燃燒所需風量，散熱所需風量則忽略未計，而船東則會在沒有了解計算標準［1］的情況下要求燃燒和散熱風量必須都計算。出現上述情況的根本原因在于沒有真正把標準研究透徹。在標準的第5.2.4條中，給出了鍋爐所需燃燒風量的計算，并且是沒有任何附加說明的；而在第6.7條“關于鍋爐散熱所需風量計算”中，則有一句說明，即“位于機艙棚和煙囪內的排氣管和鍋爐可以不必考慮”，這就容易造成設計人員硬套標準，只計算燃燒風量而不計算散熱風量。事實上，在標準的第5.1條明確指出，對于機艙棚和煙囪內的所有設備，燃燒風量和設備散熱都可以不用考慮，原因就是機艙通風通常采用機械送風自然排風，大量的排風會流經機艙棚和煙囪然后從煙囪上的百葉窗排到大氣，這么大的風量顯然足以保證鍋爐燃燒所需風量以及帶走鍋爐的散熱。這里僅討論嚴格的執行標準，如果經各方認可，燃燒及散熱所需風量都計入總風量，在實際項目中是可行的。

根據標準中燃燒所需風量和設備散熱所需風量的公式，將燃燒所需風量和散熱所需風量相加，可得機艙總風量為所有設備的散熱所需風量與0.6倍主機發電機燃燒風量之和，見式（1）— 式（3）。

從中我們得到兩點結論：

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

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

2 通風進出口

機艙屬于A類機器處所，規范要求A類機器處所的通風應保證在任何海況下有充足的通風以維持機器的安全運轉和船員的舒適［2］：86。通俗地講，通風進出口應是常開的，即不需要風雨密關閉裝置。按照載重線公約［3］的要求，在位置1的通風口，其圍板需高出甲板4.5 m以上；在位置2的通風口，其圍板需高出甲板2.3 m以上。

從防火的角度講，根據SOLAS要求，所有通風系統的主要進氣口和出氣口都應能從通風處所的外部關閉［2］：133。規范理解清楚后，可知機艙通風進出口是不需要配置風雨密關閉裝置的，但需要配置防火關閉裝置。

機艙通風進出口通常布置百葉窗，防火關閉裝置最簡單的就是直接配一個蓋子即可，但是需要考慮以下幾個方面：

（1）操作是否方便，尤其是布置在煙囪上的出風百葉窗；

（2）是否有布置空間，因為這個蓋子是常開的；

（3）百葉窗的強度，當百葉窗尺寸較大時，對鉸鏈的強度要求比較高，必要時需與百葉窗廠商確認。

防火關閉裝置還有以下幾種型式：對于進風口，由于風機通常是布置在風機室內的，風機室圍壁上裝無蓋百葉窗，可在風機的進口裝蓋子或者風機出口裝防火關閉裝置，這兩種方法如下頁圖1所示，通常為氣動或電動型式，也可手動操作。對于出風口，可以采用調節百葉窗的葉片來達到關閉的目的，通常為氣動或電動型式，同時可手動操作，手動操作可以通過鋼絲繩和滑輪等組件來實現。關于防火關閉裝置，規范的要求是：若采用動力驅動控制關閉裝置，則需配置額外的獨立的動力控制系統或手動控制裝置以提高系統的安全性，或者動力驅動控制關閉裝置需為失效安全型［4］。失效安全型產品，就電動關閉裝置而言，應該是通電時開啟，斷電時關閉。因為失火時關閉裝置的電纜可能會被燒斷，一旦燒斷，應能使關閉裝置得以關閉。如果關閉裝置需要通電才能關閉，那么一旦電纜被燒斷，關閉裝置將無法關閉。對于其他動力源，則可參照以上思路或者咨詢船級社。

圖1 機艙通風進風口關閉裝置

3 主機增壓器風量分配

圖紙審查時，幾乎所有船東都要求有單獨的風口對增壓器送風。有船東指出其之前監造的船舶由于沒有設置這樣的送風口或風量過小而造成主機啟動困難。筆者也認為設置單獨的送風口到增壓器是非常有必要的。MAN B&W相關研究［5］指出：主機燃燒過程中確保約50%燃燒所需風量能送到主機頂部靠近增壓器進口處，否則會對主機產生負面影響。MAN進一步指出，增壓器進口空氣溫度每上升10℃，主機油耗將上升0.7%；送風靠近增壓器會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，而非強制要求，并且不同的機型該值也有差異。筆者的設計中，該值通常能達到20~30%。如送到增壓器的風量過大，將會影響到送至其他各區域的風量分配，這時應相應提高總風量，這在設計初期需有所考慮。

4 機艙水霧對風口的影響

SOLAS關于固定式水基局部滅火系統給出了相應的要求，指出其可用于保護下列區域：

（1）船舶主推進和發電機所用的內燃機上有失火危險的部分；

（2）鍋爐正面；

（3）焚燒爐有失火危險的部分；

（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）進一步指出，使用該滅火系統時無需關閉發動機，也無需人員撤離，切斷機艙風機或封閉這些處所。

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充；

（3）乳化作用。水對某些液體有乳化作用，某些化學品要求用水霧滅火；

（4）稀釋作用。對某些燃燒液體可進行稀釋而滅火［6］。

因此，對于2 000總噸及以上的貨船，容積超過500 m3的A類機器處所內具有失火危險的區域將設置機艙水霧系統，該系統將通過專用噴嘴噴灑預定分布形狀和顆粒大小以及預定速度和密度的水霧。

水滴顆粒越小則蒸發速度越快，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燃燒點，所以水滴不能太小，直徑在0.3~1 mm較適宜。太大的水滴會使燃燒液體飛濺，增加燃燒危險，而且易下沉到液面以下使冷卻作用不大［6］。根據規范可知，使用水霧滅火時，機艙風機是正常運轉的，而這么小的水滴顆粒很容易受到通風影響，一旦有風口對準水霧噴射區域，極有可能影響水霧的覆蓋面積，從而無法滿足規范要求和通過現場船檢的審查。這就要求送風口的布置應盡量避開水霧的覆蓋區域，可采取向下送風的方式而非側出風方式，風速也應盡量低。

5 結 論

本文較深入地闡述了機艙通風系統設計中的若干問題，從而能使設計人員更好地理解相關的設計標準和規范，使設計的通風系統更合理，經得起船東、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］ 中國船舶工業集團公司.船舶設計實用手冊輪機分冊［M］.第3版.北京：國防工業出版社，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：空調冷藏通風系統的設計。