劉明，尹其峰，熊振東，鐘凱峰

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

目前，液化氣船的建造技術已經比較成熟，液貨區(qū)域的通風部分也確定了基本規(guī)范標準。英國勞氏船級社 LR和國際電工委員會IEC60092-502都針對不同類型的液貨危險區(qū)域和安全區(qū)域做了相關說明。通常，液貨區(qū)域的通風設計和計算都是以船級社規(guī)范及IEC60092-502為依據。在實際應用中，如果僅僅按照所制定的規(guī)范去設計，可能會出現一些不可預料的問題，例如，馬達間風機實際工況與理論工況偏差造成的故障報警。在之前建造的85 000 m液化氣船上由于電動機室正壓不滿足要求，導致壓差開關一直報警，然而這些要求在以前的規(guī)范中并沒有明確說明。顯然，在后續(xù)船舶建造中，需要根據實際經驗優(yōu)化風管布置，對風機合理選型，避免這些問題的再次發(fā)生。為此，通過對液貨區(qū)域通風設計和計算的分析研究，總結液貨區(qū)域通風設計和計算的一些要點。

1 液貨通風要求分析

在電動機艙、貨物壓縮機艙和貨泵艙、裝有貨物裝卸設備的其他圍蔽處所，以及在其中進行貨物裝卸操作的類似處所中，均應在處所外面安裝能控制的機械通風系統(tǒng)。此外，還應采取措施，便于在進入此類艙室和操作設備之前能對上述處所進行通風，并應在此類艙室外面設置“需要進行通風”的警告牌。

要保證機械通風進風口和出風口有足夠的空氣流動，避免易燃蒸氣或有毒蒸氣的積聚，保證有一個安全的工作環(huán)境，但要根據任何情況下該處所的總容積，保證通風系統(tǒng)的換氣次數應不少于30次/h。特殊情況下氣體安全的貨物控制室的換氣次數可為8次/h。

通風系統(tǒng)應采取固定式，如果為負壓通風型，則可允許從處所的上部或下部抽風，或從處所的上、下部一起抽風，這取決于所載運的貨品的蒸氣密度。針對裝有驅動貨物壓縮機或貨泵的電動機艙和除裝有惰性氣體發(fā)生器以外的機器處所，如果被認為是氣體安全處所的貨物控制室以及貨物區(qū)域內的其他氣體安全處所，均應采用正壓式通風。對于貨物壓縮機艙和貨泵艙以及被認為是氣體危險處所的貨物控制室，則應采用負壓式通風。

用于氣體危險處所的通風排氣管道應能使氣體向上排放，且其位置與通向起居處所、服務處所和控制站以及其他氣體安全處所的通風進風口和開口的水平距離至少為10 m。

通風進風口布置應將從任何通風排氣口排出的危險蒸氣產生再循環(huán)的可能性降至最低。

用于氣體危險處所的通風管道，均不得通過起居處所、服務處所、機器處所和控制站。

如擬載運易燃貨品，則應將驅動風機的電動機安裝在通風管之外。不能使風機產生能點燃通風處所內和與該處所相連的通風系統(tǒng)內蒸氣的著火源。用于氣體危險處所的通風機風扇和通風管道(僅指風扇處)應構建如下規(guī)定的非火花結構：①非金屬結構的葉輪或機殼，對消除靜電應予以適當注意；②有色金屬材料的葉輪或機殼；③奧氏體不銹鋼葉輪和機殼；④鐵質葉輪和機殼，其設計的葉梢間隙不小于13 mm。

對于鋁合金或鎂合金的固定或旋轉部件以及鐵質的固定或旋轉部件的任何組合，不論其葉梢間隙多大，均認為有產生火花的危險，故不能用于氣體危險處所。

2 液貨危險區(qū)域分析

液貨危險區(qū)域的劃分原則是液貨危險區(qū)域的通風系統(tǒng)設計的前提和背景。

根據IEC60092-502出版的《船舶電氣設備專輯—液貨船》對液化氣船的要求，通常將液化氣船上的液貨危險區(qū)域劃分為0級區(qū)、1級區(qū)、2級區(qū)。

液化氣船液貨系統(tǒng)的危險區(qū)域為

①甲板面上2.4 m和甲板上貨物前后3 m；②機械通風出口4.5 m；③裝卸站、管系法蘭、液灌口4.5 m范圍。

對于通風專業(yè)涉及的區(qū)域僅為1級危險區(qū)域和2級危險區(qū)域，0級危險區(qū)域指的是液灌內。

圖1為液化氣船液貨區(qū)域通風處所危險區(qū)域俯視圖，圖中貨物壓縮機內部、貨物壓縮機室的通風出口半徑3 m范圍內、貨物壓縮機室進風口半徑1.5 m范圍內都是1級危險區(qū)域，電動機室內部屬于液貨區(qū)域安全處所。貨物壓縮機室的通風出口半徑3 m范圍邊界再向外延伸1.5 m、貨物壓縮機室的通風出口半徑延伸1.5 m范圍邊界再向外1.5 m屬于2級危險區(qū)域。

圖1 液化氣船液貨區(qū)域通風處所危險區(qū)域俯視圖

需要說明的是，為了電動機室內的電氣設備不必滿足防爆要求，通常將其內部通過風機送風保持正壓，其壓力至少為25 Pa，則該處所可以視為安全區(qū)域，詳細內容可以參見國際電工委員會IEC60092-502。

3 液貨區(qū)域安全處所的通風設計分析

3.1 電動機室通風設計

3.1.1 電動機室通風設計的基本要求

電動機室是放置壓縮機馬達的處所，通常采用正壓式通風，即機械送風，自然排風，以便作為安全處所。

驅動風機的電動機要放在液貨處所以外或開敞甲板上。風機電機要選用防爆式并根據液貨成分的不同采用相應防爆等級。

送風口在被通風艙室頂部露天場所，該風口應布置在危險區(qū)域以外，水平方向要在貨物壓縮機室排風出口中心10 m以外，要求高度至少為2 300 mm。通風的主要進出口在被通風區(qū)域以外處所可以將其關閉，故在風機下端利用一個手動關閉風閘來關閉送風口。

在被通風艙室頂部露天場所的排風口，采用帶開閉裝置的菌形通風筒進行自然通風。排風口盡量遠離送風口，排風口要位于危險區(qū)域以外。排風口在被通風艙室頂部露天場所，高度至少760 mm。該風口應布置在危險區(qū)域以外，水平方向要在貨物壓縮機室排風出口中心10 m以外。

3.1.2 風量計算

1)通過換氣次數算得的風量(m/h)。

=×

(1)

式中：為換氣次數，次/h；為電動機室容積，m。

2)通過發(fā)熱量算得的風量。

(2)

式中：為電動機設備額定功率，kW；為發(fā)熱量系數，額定功率在50 kW以下，取10%，額定功率在50 kW以上，取8%；為空氣密度，kg/m；為空氣比熱容，kcal/kg·℃；Δ為室內外溫差，℃。

注：①860為kW與kcal/h的單位換算系數，即1 kW=860 kcal/h；②空氣密度為1.2 kg/m，空氣比熱容為0.24 kcal/(kg·℃)。

算得所需的風量后，還需按照規(guī)范的要求，使電動機室內保持至少25 Pa的正壓。通常，通過選取合適的通風筒截面積來維持室內正壓，為了使艙室內的壓力保持在規(guī)定的范圍內，機械送風艙室的自然排風筒截面積的選取原則如下。

(3)

式中：為自然進風或排風筒的截面積，m；為艙室的通風量(m/h)；Δ為艙室內保持的壓力，一般為+50 Pa(送風)，-50 Pa(抽風)；ε為通風筒局部阻力系數，無因次；為空氣密度，kg/m，一般取1.2 kg/m。

通過式(3)換算可以求得合適的通風筒截面積A，據此可以選擇相應規(guī)格的通風筒。

3.1.3 電動機室通風設計的系統(tǒng)布置

電動機室的風機數量是根據上述計算公式算得的風量獲得的，一般是1或2臺，布置上將進出口呈對角布置相互遠離，盡可能地增加氣體流通見圖2。

圖2 液化氣船液貨區(qū)域電動機室俯視圖

圖3中送風風機下端連接了可供關閉的手動關閉風閘，甲板下端直接連接風管，風管上開有出風口，風口裝有2目/in的防護網，為了防止風管內積水，通常在總管末端加上泄放旋塞。若液貨廠家對電動機室的通風有特殊要求或者推薦方案，建議按廠家要求布置。排風口為普通的船用通風筒，若通風筒過高的則需配備操作直梯，或者將通風筒手輪改為側開式以便船員操作。

圖3 液化氣船液貨區(qū)域電動機室側視圖

3.2 空氣鎖的通風設計

3.2.1 空氣鎖通風設計的基本要求

空氣鎖是一個封閉處所，是開敞甲板的危險區(qū)域進入封閉的非危險區(qū)域的通道，可以防止危險氣體進入非危險區(qū)域。

非危險處所所有通向危險處所的開口都需要布置一個空氣鎖將危險處所和非危險處所隔開。電動機室屬于非危險處所，因此從開敞甲板的危險區(qū)域進入到該處所需要布置空氣鎖。

空氣鎖的圍壁和門都是氣密的，兩扇門之間的距離至少為1.5 m但不要超過2.5 m。門檻高度至少300 mm，門朝向為危險處所。

空氣鎖要求機械送風維持正壓，以防止危險區(qū)域的危險氣體進入非危險處所。

3.2.2 空氣鎖的通風設計風量計算

空氣鎖處所進行機械通風，其空氣應取自氣體安全處所，且相對于開敞露天甲板上的氣體危險區(qū)域，僅需使空氣鎖處所處于正壓狀態(tài)即可。

3.2.3 空氣鎖的通風設計系統(tǒng)布置

圖4中空氣鎖的通風通常由安全處所電動機室的送風機送風讓其保持正壓。

圖4 液化氣船液貨區(qū)域空氣鎖的通風布置

有時候電動機室有2臺送風機，采取1備1用的形式。因此，需要從2臺送風機的送風總管上分別開1個支管通向空氣鎖，并在各支管上裝上止回風閘，防止送風倒灌。在空氣鎖支管末端一般裝有調風門來調節(jié)風量的大小。

4 液貨區(qū)域危險處所壓縮機室的通風設計分析

4.1 壓縮機室通風設計的基本要求

1)壓縮機室是放置壓縮機的處所，通常采用負壓式通風，即機械抽風和自然進風，防止易燃氣體的聚集。

2)驅動風機的電動機要放在液貨處所以外或開敞甲板上。選用防爆式風機電機，根據不同的液貨成分采用相應防爆等級。

3)進風口在被通風艙室頂部露天場所，該風口應盡量遠離安全處所(電動機間)的進出口，高度至少為760 mm，通常采用帶開閉裝置的菌形通風筒進行自然通風。

4)排風口在被通風艙室頂部露天場所，高度至少為2 300 mm。為了在被通風區(qū)域以外處所可以關閉通風的主要進出口，需要在風機下端一個手動關閉風閘。該風口應布置在水平距離安全處所(電動機室)10 m的范圍外。

4.2 壓縮機室通風設計的風量計算

規(guī)范要求中被通風處所通風量的最小值為30次/h即選擇的通風風機風量最小為貨物壓縮機室總艙容的30倍。具體按式(1)進行計算，得出壓縮機室的總風量，然后通過總風量進行風機的選型。

4.3 壓縮機室通風設計的系統(tǒng)布置

壓縮機室的通風進出口應盡量布置的相對較遠，有利于排出壓縮機室內的易燃易爆氣體，防止氣體的聚集。圖5中，采用上排風的排風機，下端接風雨密手動關閉風閘，甲板直接連接風管，排風口主要集中在壓縮機室底部，一般距離甲板面500 mm，最上端的排風口末端加有調風門，可以針對所裝貨品的成分的分子質量來決定是否開閉。

圖5 液化氣船液貨區(qū)域壓縮機室的通風布置

5 案例分析

針對85K VLGC液化氣船建造檢驗時常安全處所中的電動機室出現報警狀態(tài)的問題，根據故障報警顯示，發(fā)現室內正壓低于25 Pa安全壓力，壓差不滿足規(guī)范要求。需要對電動機室的通風壓力計算和設備選型進行校核和分析。

85K VLGC液化氣船液貨區(qū)電機室房間容積380 m，所需風量24 700 m/h，換氣次數65次/h。通風帽選用B1000，截面積為0.785 m。電動機室的布置見圖7。

圖6 85K VLGC船液貨區(qū)域電機室剖面圖

根據式(3)影響壓力的因素為和，即風機風量和排風截面積。

為滿足正壓25 Pa要求對理論設計和實際工況對比分析。

1)理論設計。風機理論參數：25 000 m/h，600 Pa，為滿足設計規(guī)范要求，要求電動機室內至少保持25 Pa的正壓，即Δ≥50 Pa，則需選用通風帽的截面積<，結合式(3)得到理論通風截面積。

故選用通風帽B1000(截面積0.785 m)滿足設計要求。

2)實際工況。實船風機參數為24 800 m/h，605 Pa，為滿足設計規(guī)范要求，要求電動機室內至少保持25 Pa的正壓，即Δ≥50 Pa，結合式(3)得到實際通風截面積。

故選用通風帽B1000(截面積0.785 m)不滿足設計要求。

更換通風帽型號B950(截面積0.708 m)，消除了故障。

風機和末端相互影響，風機理論參數稍有變化會造成末端尺寸較大變化，因此風機的性能參數屬于主要的影響因子。

6 結論

1)提出了一種液貨區(qū)域中的通風設計標準模型，充分考慮了液化氣船中液貨區(qū)域中的通風系統(tǒng)的獨立性與特殊性，結合船級社及IGC CODE的設計要求，為液貨區(qū)域中電動機室等被通風處所合適的自然排風筒截面積與系統(tǒng)布置提供參考。

2)分析液貨區(qū)域的通風要求，結合液貨安全區(qū)及液貨危險區(qū)的區(qū)域特點、安全要求等因素對基本要求、風量和系統(tǒng)布置進行分析設計，為電動機室的通風壓力和設備選型提供參考。