支線集裝箱船改裝設計

吳 衛

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著社會的發展，冷鏈運輸對象已由傳統的初級農產品擴展到醫藥及化工等領域，貨物種類呈現多樣性，顯示出較強的市場適應度和現實經濟效益。

據航運咨詢機構德魯里分析，易腐冷藏海運貿易量在2015年出現增長，在2016年會出現進一步上升，到2020年，海運冷藏貨物貿易量預計將達到1.2億噸，平均每年的海運量將以2.5%的速度增長。另外，在德魯里2015年發布的冷藏集裝箱船市場年度報告中指出，2015年冷藏集裝箱船隊的運力同比增長了 15%，預計在 2018年船隊增長規模將達到20%。

在冷藏航運市場穩定增長的情況下，支線集裝船改裝市場前景廣闊。支線集裝箱船數量眾多，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送能力。

1 方案簡介

支線集裝箱船通常是指3 000 TEU以下集裝箱船，主要負責區域內（如亞洲區域、歐洲區域）的貨物運輸，具有吃水淺、載量小、航行靈活等特點。

本方案主要針對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集裝箱船。該改裝方案不改變原船的箱位布置，僅將部分干箱箱位改為冷箱箱位，不改變原船穩性和總體強度。主要工程是在原船上增加冷藏集裝箱箱位，通風、電氣等專業做相應改造。

2 技術解析

2.1 冷箱布置

甲板以上通?？刹贾?3層冷藏箱，在滿足通風和檢修要求的前提下，貨艙內可盡量多地布置冷藏箱。

在甲板以上布置冷箱時，要確保冷箱對流散熱和監測檢修方便，層數不宜過多。艏部應考慮甲板上浪的影響，低位兩側最好不放冷箱。

在貨艙內部布置冷箱時，應在冷箱前端留有足夠的檢修空間，以便冷箱監測和壓縮機更換。如果檢修位置被結構艙壁遮擋，可以在艙壁上局部開孔，讓出空間，開孔大小和位置不影響結構強度，如圖1所示。

圖2和圖3是實船冷箱加裝方案布置圖。該船全長175 m，型寬27.4 m，型深14.3 m，設計吃水10.9 m。原船有冷藏箱 300個，客戶要求新加冷箱150個，但因貨艙內部開孔位置有限，最終增加冷箱148個。

圖1 結構開口典型圖

圖2 改裝前300 RFEU

圖3 改裝后448 RFEU

2.2 貨艙通風改裝設計

貨艙載有冷藏集裝箱時，需要提供足夠的通風來帶走每個冷箱單元冷凝器產生的廢熱，減少冷箱散熱對貨艙溫度的影響。貨艙內冷藏箱箱位增加后，貨艙通風系統應根據風量計算進行升級改造。貨艙通風改裝是集裝箱船主要的改裝工程項，對總體成本，施工周期等都有重要影響。下面介紹幾種實際應用中比較簡單和經濟的改裝設計方法。

2.2.1 優化選型設計

優化選型設計主要有兩個方面：

1）選取最佳風量計算值

每個冷藏箱風量大小應根據冷藏箱冷卻形式、船級要求、運貨情況等特點選取最佳值。DNV GL規范對帶有RCP符號的冷藏箱船，風量要求值[1]如下：

對風冷式冷藏箱船：（1）每RTEU為3 000 m3/h；（2）每RFTU為4 200 m3/h，如裝運混合貨物時；（3）每RFTU為4 500 m3/h，如裝運香蕉時。

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

對無冷藏箱符號（如 RCP）要求的船，每箱風量值可以適當降低，提高經濟性。以改裝實船為例，因該船無RCP符號要求，冷藏箱為風冷式，為降低改裝難度和成本，每箱風量下調至3 800 m3/h。貨艙通風計算方法如下：

某貨艙原有冷箱數量：N1=40個

新加冷箱數量：N2=24個

貨艙冷箱總數量：N1+N2=40 +24=64個

每箱風量：Q=3 800 m3/h

貨艙送風總量：

V=Q×(N1+N2)=3 800×64=243 200 m3/h

2）合理確定風機排量

DNV GL要求中，每個送風機最多可服務16個冷藏箱。每列集裝箱應提供獨立的送風管和風機，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，風管可以減少到兩根，送風出口應布置在貨艙低位部分。

因此，對風冷式冷藏箱，每臺送風機排量大小應根據服務冷箱數量的多少來確定，不宜將貨艙總風量簡單平均到每臺風機上。以實船為例，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立的風機和風管，舷側兩列利用支管送風，貨艙共用了8臺送風機，其中2臺風量為34 200 m3/h，5臺風量為30 400 m3/h，1臺風量為22 500 m3/h，貨艙送風總量為243 200 m3/h。

圖4 貨艙風機風管布置圖

2.2.2 機械與自然通風結合設計

貨艙送風量增加后，為減少改裝工程量，可以在貨艙蓋側壁等位置，安裝一定數量的百葉窗（圖5），用作自然排風口，也可兼作裝載危險貨物時的自然進風口，保留貨艙原有排風機和排風管道。百葉窗應有足夠的有效截面積，一般以出口風速不大于10 m/s為宜，數量和大小不影響貨艙蓋的結構強度。系統工作時，貨艙風量一部分由原有風機管道機械抽走，另一部分則由貨艙蓋百葉窗自然排風。這種改裝方法可以最大程度的利用原船風機和通風管道附件，使系統簡單化，施工方便，有效降低了改裝成本。

圖5 貨艙蓋通風口示意圖

2.2.3 可逆風機設計

當貨艙有兼裝危險貨物要求時，貨艙通風也要能滿足運送危險貨物的相關規定，保證船舶安全。

IMDG Code要求[2]中規定，在貨艙內裝運下述危險貨物時必須配備機械通風：

1）第2.1類危險貨物；

2）閉杯閃點低于23℃的第3類危險貨物；

3）第4.3類危險貨物；

4）具有第3類副危險的第6.1類危險貨物；

5）具有第3類副危險的第8類危險貨物；

6）具有特殊積載規定要求機械通風的危險貨物。

為避免貨艙風機，管路過多，現場安裝困難，可以將貨艙送風機設計成可逆風機，在載運危險貨物時兼作排風機用。具體方法是：

1）合理計算貨艙通風量

風量計算是貨艙風機配置的主要依據，計算時應根據貨物的危險等級和運送方法，結合規范要求選取最佳通風換氣次數。

SOLAS在運輸危險貨物要求中規定，封閉貨物處所要提供充分的機械通風。至少保證貨艙在空艙容積的基礎上，每小時有 6次的換氣次數，以便移除貨艙上部或下部的蒸汽。對危險等級為2、3、6.1和 8且在封閉集裝箱內運送的貨物，貨艙通風換氣次數可以減少到2次/小時。對等級為4和5.1且在封閉集裝箱內運送的液體，貨艙換氣次數也可以減少到 2 次/小時[3]。

以換氣次數乘以貨艙容積即為貨艙需要的通風量，以實船為例：

某貨艙容積：V=9 989 m3

運送危險貨物IMO等級：2-8

運送方法：封閉集裝箱式

貨艙換氣次數要求：n=2次/小時

貨艙需要的排風量：

Q=V×n=9 989×2=19 978 m3/h

2）選用合適的送風機

根據貨艙風量大小，在該貨艙配置的送風機中，選擇 1臺或數臺設計成可逆風機。風機總排風量滿足風量計算要求，在送風管上設置風量調節閥，控制貨艙上下部分的排風量。在運送危險貨物時，可逆風機運行，其他風機停止工作，利用艙口蓋上面的百葉窗自然進風。從而減少風機的數量和管道附件，降低改裝難度和施工成本。

實船中，某貨艙有8臺送風機，其中有2臺38 000 m3/h，5臺30 400 m3/h，1臺22 500 m3/h。貨艙裝載危險貨物時通風量為19 978 m3/h。將其中2臺30 400 m3/h的送風機設計成可逆風機，風機逆轉工作時，風量減半。

2.2.4 風機管道再利用設計

在貨艙通風改裝設計中，應充分利用原有風機和風管。比如改裝后某處風機服務的冷箱數量相對較少，原船的風機也能滿足風量要求，可以將原船風機進行再利用，以減少風機的采購數量。如果風量增加后，風管風速變化不大，也可以保留原有風管。

2.3 電氣改裝設計

原船冷箱數量增加后，需要給增加的冷箱配備相應的電站和配電板、冷藏監控系統、分電箱及冷箱插座等電氣設備。

1）確定發電機容量和臺數

發電機容量應根據電力負荷計算確定，要考慮有無冷箱入級符號（如 RCP）和冷箱的實際裝載情況等。圖 6是某船新加冷箱的電力負荷計算案例，該船共增加152個冷箱，因無RCP符號要求，計算中考慮了0.6的冷箱同時使用系數。

圖6 電力負荷計算案例

發電機組數量配置要考慮船級符號的要求，如DNV GL的RCP符號要求中，發電機的容量應能滿足當任何一臺發電機失去服務時，所有冷箱插座和貨艙通風系統能在航行工況下正常運行。

2）發電機組形式

新增發電機組宜采用風冷式集裝箱形式，機組根據需要布置在原船的集裝箱箱位處，吊裝和維護方便。這種布置方案基本不占用船體空間，改動工程量最小。機組燃油供給可從原船的燃油艙駁運，系統簡單，操作方便。

3 結論

該類支線集裝箱船改裝設計方法，極大提高了船舶改裝效率，使整個加箱改裝方案具有周期短、成本低、見效快、對船東日常營運影響小等優點，可以在以后類似項目中推廣應用。

[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.