滿足安全返港的客滾船空調通風系統設計

楊 晶，徐 謙，朱靜波，吳 林

（招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海 200041）

0 引言

客船或客滾船的空調通風系統是一個非常龐大的系統，主要包括服務于居住處所的空調系統和服務于機械處所的通風系統。對于具有安全返港要求的客船，其空調通風系統的設計也需滿足安全返港的要求。在進行空調通風系統設計時，主要通過分隔和冗余的方法，使得單一處所失效時，空調通風系統依舊能在安全返港的設計要求下進行工作。

1 客滾船通風特點

1.1 客滾船通風的復雜性

普通貨船上的空調由壓縮機組、空氣處理單元和空調的控制板組成，空調僅能通過主控板進行簡單的邏輯控制。

客滾船存在多個主豎區，風機和空調單元的數量也較多，通過船上電力配電箱供電不便于控制。因此，通常由空調廠家自己提供通風電機控制箱（Ventilation Motor Control Cabinet，VMCC）給不同區域的空調單元和風機供電。

根據《國際海上人命安全公約》（，SOLAS）的要求，客滾船駕駛室的安全中心需具有所有動力通風系統的全部功能。常規的做法是在安全臺上設置數據采集和監測控制（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）電腦。通過各區 VMCC中的網關，將所有空調單元、風機和風閘的控制和顯示信號串成環路，并將信號傳送至SCADA電腦中。

相較于普通貨船，客滾船上空調系統的控制邏輯比較復雜，空調單元（Air Handling Unit，AHU）和 VMCC中均設有可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），需進行自動化控制設計。自動化控制功能主要包括：1）顯示所有風機和風閘開閉狀態；2）必要情況下，對分組進行應急切斷；3）在風閘和風機之間形成聯鎖；4）針對靠港和航行等不同工況，選擇相應的控制邏輯；5）根據房間里的溫度傳感器，調節風機的轉速并改變風量。

1.2 安全返港要求

建造日期在2010年7月1日之后，長度在120 m以上或具有3個及以上主豎區的客船需符合安全返港的要求。安全返港對空調通風的需求主要表現在2方面：1）安全區的服務。在安全返港場景下，乘客集合的安全區域要保證一定量的通風。安全區是在發生客船事故后用以服務乘客的區域，是保證乘客最低生存和舒適度體驗的重要基礎，空調通風系統需保證安全區的環境要求。在安全返港時，空調通風系統需保證4.5 m/h的新風要求，保證安全區的溫度在10～30 ℃。2）在安全返港工況下，工作區域需保證一定量的通風，以保證相關設備的正常工作，如機艙里的主機、發電機和舵機等。

2 安全返港對空調通風系統的要求

2.1 空調水系統

空調水系統由冷媒水系統、預熱水系統和再熱水系統組成，主要包含冷水機組（冷源）、加熱器（熱源）、水泵、管路和閥門。空調水系統的主要作用是保證安全區的溫度。

為簡化空調水系統的安全返港設計，冷媒水系統和預熱水系統需在安全返港時提供足夠的熱量和制冷量，而再熱水系統無須考慮安全返港的設計要求。

為滿足安全返港的需要，在前泵艙和后泵艙分別隔離布置空調水系統設備（見圖1）。后泵艙的設備由前機艙供電，前泵艙的設備由后機艙供電，電纜穿過不同的滾裝處所，可保證在一個泵艙空調水系統設備出現問題的情況下，整個空調水系統可正常工作。此外，考慮到失去蒸汽系統的情況，在前泵艙布置電加熱器，用電加熱水，為上層建筑的空調提供熱量。

圖1 前泵艙和后泵艙空調水系統布置和供電情況示意

2.2 空調風系統

上層建筑布置有3個安全區，分布在1號～3號主豎區。不同主豎區的空調箱完全獨立，當其中 1個故障時，其他2個能夠正常使用。通過變頻器或調風門來減少風量，以降低安全返港電加熱器的功率。

安全返港設計要求：在任意主豎區失效的情況下，垂直管弄均可正常使用。因此，在進行垂直管弄的通風設計時，考慮了冗余因素，分別從相鄰的2個主豎區的中央空調箱給予送風，自然排風。

3 電氣控制系統設計

空調電氣控制系統為空調和風機供電，并對其進行自動化控制。

3.1 供電

考慮到安全返港的要求，以及客船空調和風機的數量，在設計空調系統時，為各個風機和空調單元配置了11個VMCC用于供電。2個機艙各布置1個，貨艙艏艉各布置1個，3個機械區域各布置1個，4個主豎區域各布置1個。

各區域的風機和AHU分別由該區域的VMCC獨立供電。通常情況下，AHU僅需1路主電源進行供電。然而，有安全返港要求AHU則需2路主電源供電。空調單元設計示意圖見圖2，AC1.2.1、AC1.2.2、AC2.1.1和AC2.2.2等所在區域屬于安全返港時的安全區，因此，這些空調單元均由2路主電源供電。2路主電源分別從2個配電板間里連接到 VMCC，然后連接至 AHU，2路主電源可在VMCC中自動切換。

圖2 空調單元設計示意

對于帶有風閘控制的VMCC，為了避免電源切換時風閘的關斷，會專門為風閘控制的PLC電源提供1路UPS電源。當主電源失電切換時，控制電源不斷電，以保證對風機和風閘的控制不會間斷。

對于包含應急風機的VMCC（如機艙應急風機、集控室應急通風供風機和駕駛室應急供風機所在的VMCC），需再增加1路應急電源。

3.2 應急切斷

船舶配電系統風油切斷會按照不同區域進行分組，在本例中，ES1和ES2為機艙油泵等設備的應急切斷，ES3～ES16為不同區域的風機應急切斷。當不同區域探測到火警信號時，火警系統發出相應的切斷信號到風閘控制箱，對風閘進行及時切斷。在配電板接收火警信號后，風機發出相應的風油切斷信號到VMCC，切斷相應的風機電源。

同一風路上的風閘和風管具有聯鎖功能，當風閘切斷時，相應的風機也會聯鎖切斷。

3.3 自動化

客船空調配有一套SCADA電腦系統，該系統通過VMCC內的網關形成閉合環路，可將各AHU和所有風機的狀態和控制信號傳送至SCADA電腦中，見圖3。

圖3 SCADA電腦系統連接示意

4 設計要點

4.1 安全區域的通風

根據 MSC.1/Circ.1369要求，當安全返港航程超過12 h時，需為每個乘客提供至少2 m的安全區域面積。本例中，客滾船返港航程為36 h，船上人員共1 000人。因此，選取的安全區域面積應不少于2 000 m。

由于每個主豎區中可提供作為安全區域的面積有限，本例中采取2個主豎區組合作為安全區域的方式來滿足規范的要求：1）若1號主豎區失火，2號主豎區和3號主豎區作為安全區域；2）若2號主豎區失火，1號主豎區和3號主豎區作為安全區域；3）若3號主豎區失火，1號主豎區和2號主豎區作為安全區域。保證在單個主豎區失火時，安全區域的通風可滿足要求。

4.2 滿足安全返港要求的電纜路徑

圖4為滿足安全返港要求的電纜路徑，以2號配電板室的風機起動器為例，2個配電板室的2個配電板分別給風機起動器提供2路電。當失去1號機艙時，由2號配電板為風機起動器供電；當失去2號機艙時，由1號配電板為風機起動器供電。由于1號配電板室接出的電纜（電纜①）經過2號機艙，該電纜需繞過2號機艙，可從2號機艙上面的貨艙區域或者2號機艙下面的空艙穿過。

圖4 滿足安全返港要求的電纜路徑示意

原本配電板間和集控室的風機是接在VMCC10上的，之所以在2號配電板室增設獨立的風機起動器，是因為考慮到失去艉部機械區域時，配電板和集控室的風機仍能運行，且集控室可正常顯示水密門的開閉狀態。

4.3 水密風閘

除空調單元風管里的關閉風閘和防火隔壁上的防火風閘外，船舶在水線以下還會有幾個比較特殊的水密風閘。水密風閘是風管穿過水密艙壁時裝在水密艙壁上的水密閥，以免當水密艙進水時，水通過風管延伸到相鄰水密艙。水密風閘與火災時的應急切斷無關，但會在風閘控制板上單獨做幾組切斷，當進水時關閉相應區域的水密風閘。

5 結論

本文結合客滾船的特點，對空調風系統、水系統和電氣自動化控制各要素進行分析，通過優化配置來實現空調通風系統的合理控制、滿足安全返港的要求，對需要滿足安全返港要求的客滾船設計有一定參考意義。