800 TEU近海航區敞口集裝箱船艙底系統設計

姚宇廷

（上海歐德利船舶設計工程有限公司，上海 200023）

關鍵字：近海航區；敞口集裝箱船；艙底泵；艙底系統設計；水噴淋系統

0 引言

敞口集裝箱船的特點在于擁有一個或多個沒有艙蓋的貨艙。這種無艙口設計能夠有效提高裝貨和卸貨的效率，在中短途貨物運輸工作中優勢較為明顯，已成為近海航運的首選船型，但也正因為貨艙無艙蓋，航行時以及船舶失去動力漂浮時的上浪、降雨、消防噴淋水都會使貨艙產生大量積水，排除這些積水對船舶的穩性，及航行安全顯得尤為重要，也決定了該船型的艙底系統設計和普通箱船的設計有較大區別。

1994年，國際海事組織（IMO）頒布了《敞口集裝箱船暫行指南》，該文件適用于無限航區航行的敞口集裝箱船，我國海事局于2008年頒布了《敞口集裝箱船檢驗暫行規則(2008)》（以下簡稱：規則2008）。該規范既納入了上述IMO指南的內容，也制定了我國沿海右舷航區航行的敞口集裝箱船的安全要求，從而為有限航區、江海航行敞口集裝箱船的設計建造提供了依據。

1 800 TEU船型參數和基本特點

1.1 船型參數

總長：～146 m；

垂線間長：142.2 m；

型寬：23.25 m；

型深：10.5 m；

設計吃水：6.5 m；

載重量：13 200 dwt；

最大箱位：816箱/54冷藏箱；

定員：20人；

服務航速：13 kn。

1.2 船型特點

本船采用直艏，節能線型。設計有5個貨艙，1號和2號貨艙可裝運4.1、4.2、4.3、5.1和5.2類危險貨物，并帶有艙蓋；3號至5號貨艙為敞口貨艙；3號和4號貨艙為40ft雙箱位大貨艙。

封閉和敞口貨艙均配置了固定式水噴淋滅火系統。

2 敞口集裝箱船艙底系統的設計要求

2.1 艙底泵的數量

規則2008中要求應至少有3臺艙底泵可用于排放敞口貨艙艙底水。該類泵中至少1臺應具有不小于上述要求的排量，且只允許其用作排放艙底水和壓載服務。該泵的布置應布置在主動力源處所之外，并由應急配電板供電，另外至少2臺泵的組合排量應不小于規定的要求，該泵可由主電源或應急配電板供電。800箱船于機艙配置2臺艙底泵，并在艏側推/應急消防泵艙布置第3臺艙底泵，并由應急配電板供電，以滿足規范要求。

2.2 艙底泵的排量

規則 2008中的要求艙底排水系統應具有足夠的排水能力，使之能排放下述5項中較大者，并要求提交《敞口貨艙艙底排水系統計算書》以審查船舶的排水能力是否達到規范要求，計算書應從如下5個方面對艙底泵的排量進行計算，并選取最大者。

1）由綜合模型試驗確定的海上航行狀態下最大的每小時貨艙上浪量

根據800 TEU的“耐波性特性模型試驗報告表（表1），每小時的進水高度最大發生在艏斜浪135°的時候，3B.4A貨艙底面積為490 m2，3A和4B貨艙底面積各為245 m2，5貨艙底面積為230 m2，據此可以得出全船敞口貨艙每小時的上浪量最大。

表1 不同開口艙在不同工況下上浪量（每小時進水高度，實船，單位：mm/h）

2）每小時100 mm降雨量（不考慮所設置的防雨棚）

根據3號至5號敞口貨艙的敞口面積之和為1 152 m2，可以得出按每小時100 mm的降雨量時，貨艙的進水量為115.2 m3/h。

3）模型在橫浪無動力狀態下耐波性試驗表 6所測得的貨艙每小時上浪量乘以安全系數2

根據800 TEU的“耐波性特性模型試驗報告”中模型在橫浪無動力狀態下耐波性試驗所測得的貨艙每小時上浪量，3B和4A貨艙底面積為490 m2，3A和4B貨艙底面積各為245 m2，5貨艙底面積為230 m2，據此數據可得出全船敞口貨艙橫浪情況下每小時的上浪量為67.1 m3/h

按規范要求需乘以安全系數 2，因此實際取值為134.2 m3/h。

4）最大敞口貨艙內消防所需水量的4/3

800 TEU僅第1&2貨艙設有風雨密艙口蓋。按規格書描述，第1和第2貨艙需裝載危險貨品，種類為：4.1類（易燃固體）、4.2類（易于自燃的物質）、4.3類（遇水發生易燃氣體的物質）、5.1類（氧化劑）及5.2類（有機過氧化合物）。按規范要求應設有固定式噴霧器設備或用水浸入貨物處所的設備，以使指定甲板下的貨物處所按貨物處所水平區域面積每平方米5 L/min的水量得到有效冷卻。所要求的總供水量應按最大的指定貨物處所同時計算。由于本船2#貨艙為最大封閉貨艙，水平面積為230.4 m2，因此所需的噴淋水量為1 152 L/min，即69.12 m3/h。

本船第3至5貨艙為敞口貨艙，敞口貨艙的滅火系統應基于將火抑制在貨源所在的箱跨和冷卻相鄰的區域，以防止結構損壞的原理。需采用固定水霧系統進行保護。該系統能從甲板平面下將水霧噴入貨艙，能有效將火抑制在貨源所在的集裝箱箱跨。水霧系統劃分成2個區域，在每個敞口貨艙內，圍繞一個集裝箱箱跨，沿甲板平面布置一個環狀管路。水霧系統向敞口貨艙的每個集裝箱箱跨的外側界面噴射水霧，并冷卻相鄰的結構，噴口應均勻布置。噴水密度設計值為1.1 l/min·m2，規則2008要求至少設置一臺專用消防泵用于貨艙水霧系統，且其排量應能同時向任意敞口集裝箱貨艙內的所有集裝箱箱跨供水。

五個敞口貨艙箱跨總面積為2 550 m2，根據噴水密度要求1.1 l/min·m2，計算所得專用消防泵的最小排量為168 m3/h。因此于機艙布置2臺100 m3/h的專用水噴淋消防泵，總排量200 m3/h大于敞口貨艙計算值 168 m3/h，同時也大于封閉貨艙計算值69.12 m3/h的要求。根據兩臺噴淋消防水泵的總水量200 m3/h，同時考慮4股消防水柱，則最大敞口貨艙內消防水量為248 m3/h，按規范要求需乘以安全系數4/3，排水泵取值為331 m3/h。

5）相當于封閉貨艙所需要的排量。

封閉貨艙毎一艙底泵的排量Q（m3/h）應小于按式(1)計算之值：

式中：D為艙成水總管內徑，mm，按式(2)計算。

式中：L為船長；B為船寬；D為型深。

以實船參數代入公式，L=142.2 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：D=141 mm，Q=113 m3/h。

綜上 1）～5）項，最大值為第 4）項，排量為331 m3/h，考慮一定的余量后，本船艙底泵每臺排量定為380 m3/h，可以滿足規范的要求。

2.3 艙底管系的設計

800箱貨艙區域設縱向雙層底管弄，用于布置艙底總管和支管連接于每個貨艙的污水井，考慮船舶縱傾和橫搖情況下的有效排水，每個貨艙設前后左右共4個污水井，間距不大于規范要求的40 m距離，通過止回閥和遙控蝶閥連接至艙底總管。每個貨艙污水井設高位報警。艙底總管通過機艙的 2臺艙底泵和布置于應急消防泵艙的第3臺艙底泵排除敞口貨艙和封閉貨艙內的艙底水。艙底總管的管徑根據2.2節第(5)項計算值，并考慮到艙底水總管的合理流速在2 m/s～3m/s的要求。實際選用艙底總管的管徑為 φ280×15.9的 PPH管。機艙內則選用φ273×9的無縫鋼管，可匹配1臺380 m3/h艙底泵的流量要求。每個貨艙的艙底水支管根據常規集裝箱船計算公式選取，見式(3)。

式中：d為艙成水總管內徑，mm；C1為貨艙長度。

以實船參數代入公式，C1=28.8 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：d=92.34 mm。實際3號和4號雙箱位大貨艙內艙底水支管為φ140×8的PPH管，其余5號敞口貨艙，1號和2號帶蓋貨艙內艙底水支管為φ110×6.3的PPH管。

根據規范要求，如擬在圍蔽貨物處所載運大量易燃或有毒液體，應考慮為這些處所配備附加的排放裝置，通常都是為這些處所配備獨立的艙底泵，800 TEU第1和第2封閉貨艙需裝載危險貨品，種類是種類為：4.1類（易燃固體）、4.2類（易于自燃的物質）、4.3類（遇水發生易燃氣體的物質）、5.1類（氧化劑）及5.2類（有機過氧化合物），并未裝載3類易燃液體或6類有毒物質，因此第1和第2封閉貨艙的艙底管系可以和第3與第5敞口貨艙的艙底系統共用一根總管，艙底系統原理請見圖1。

3 需要注意和改進的方面

圖1 敞口貨艙艙底水原理

由于《敞口集裝箱船檢驗暫行規則(2008)》中可以允許2臺艙底泵的組合排量不小于所述的計算要求，故原設計中的3臺380 m3/h的艙底泵，布置在機艙中的2臺380 m3/h的艙底泵可以減配為2臺190 m3/h的艙底泵，使之組合排量大于敞口貨艙艙底泵的計算值即可，以降低船廠的造船成本。

4 結論

本文以已經交付使用的2條800箱敞口集裝箱船為例，詳細的分析了敞口貨艙與封閉貨艙共存的集裝箱船的艙底水系統的設計要求，艙底泵排量的計算方法；給出了艙底排水系統的典型布置方式，并總結了敞口集裝箱船艙底水系統設計需要注意，以及后續可以優化改進的措施，希望能給今后同類型的敞口集裝箱船輪機設計人員提供借鑒和幫助。