董艷康,徐博亞,王碩

(招商局郵輪制造有限公司,江蘇 南通 226116)

相對(duì)于常規(guī)船舶項(xiàng)目,豪華郵輪上的絕緣材料具有使用面積大、類型多且復(fù)雜、綜合性能指標(biāo)高等特點(diǎn),且船東和船級(jí)社對(duì)絕緣設(shè)計(jì)、工藝,以及質(zhì)量上有著嚴(yán)格的要求?？紤]通過實(shí)際建造案例深入分析絕緣材料在豪華郵輪上的應(yīng)用方式及特點(diǎn),探討絕緣防護(hù)措施。

1 絕緣材料技術(shù)性能

絕緣材料的原材料以天然礦石為主,通過混料、高溫熔融、成纖、固化以及切割等主要生產(chǎn)流程,生產(chǎn)出卷材、片材,主要適用于船舶防火、保溫隔熱,以及隔聲等用途。

1.1 不燃性

SOLAS[1]將材料分為兩類:不燃性和可燃材料。絕緣材料是礦石(見圖1)熔融后的無機(jī)纖維制品(見圖2),有機(jī)物含量低,耐高溫性能強(qiáng),暴露于大約750 ℃下時(shí)僅產(chǎn)生極為有限的熱量和火焰,滿足國際耐火試驗(yàn)程序應(yīng)用規(guī)則(FTP Code)[2]第一部分不燃性試驗(yàn)。

圖1 原礦石材料

圖2 無機(jī)纖維制品

1.2 隔熱性

SOLAS將艙壁或甲板一般分為A、B、C 3種防火等級(jí)。A級(jí)防火分隔構(gòu)造在1 h的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中能防止煙及火焰通過,B級(jí)防火分隔構(gòu)造在0.5 h的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中能防止火焰通過,C級(jí)防火分隔不必滿足防止煙和火焰。除去抑制煙和火焰的傳遞以外,3種防火等級(jí)對(duì)溫升的時(shí)間和溫度有要求:A級(jí)防火分隔通過敷設(shè)不燃絕緣材料,實(shí)現(xiàn)0、15、30和60 min 4個(gè)不同時(shí)間區(qū)間(見圖3),背火測試面平均溫升不超過140 ℃,背火面任意一點(diǎn)的溫升不超過180 ℃;B級(jí)防火分隔通過不燃絕緣材料作為構(gòu)芯,實(shí)現(xiàn)0、15 min兩個(gè)不同時(shí)間區(qū)間(見圖4),背火測試面平均溫升不超過140 ℃,背火面任意一點(diǎn)的溫升不超過225 ℃;C級(jí)防火分隔則無限制溫升的要求。

圖3 溫升時(shí)間(A級(jí))

圖4 溫升時(shí)間(B級(jí))

艙壁或者甲板敷設(shè)防火絕緣材料,在專業(yè)火燒測試機(jī)構(gòu)進(jìn)行國際耐火試驗(yàn)程序應(yīng)用規(guī)則(FTP Code)[2]第三部分“A”級(jí)、“B”級(jí)和“F”級(jí)分隔試驗(yàn),達(dá)到相應(yīng)的防火等級(jí)。

1.3 保溫性

對(duì)于遠(yuǎn)洋航線的豪華郵輪,室外平均溫度在-10～35℃之間,室內(nèi)設(shè)計(jì)空調(diào)溫度一般20℃左右。絕緣材料具有良好的保溫性能,對(duì)于水線以上的空調(diào)艙室來說,為減少暖通和空調(diào)系統(tǒng)的能耗損失,在空調(diào)和通風(fēng)負(fù)荷計(jì)算時(shí)通常選用最佳K值(單位:W/(m·K))納入計(jì)算,并用于冬天防止結(jié)露。

1.4 隔聲性

豪華郵輪更聚焦乘客的噪聲舒適體驗(yàn),雖然入籍的船級(jí)社不一樣,但通常會(huì)執(zhí)行不同船級(jí)社關(guān)于噪聲控制的最高標(biāo)準(zhǔn)(見表1),如極地探險(xiǎn)郵輪需滿足法國船級(jí)社“COMF-NOISE-PAX1”符號(hào)。而對(duì)于生活區(qū)主要的噪聲源(風(fēng)機(jī)房、結(jié)構(gòu)風(fēng)管、相鄰的機(jī)械處所等),通過敷設(shè)厚為50 mm及以上的絕緣材料以達(dá)到45 dB以上的隔聲值。

表1 各船級(jí)社舒適性規(guī)范噪聲最高等級(jí)限值 dB(A)

1.5 其他性能

國際安全與環(huán)境無害化拆船公約(香港公約)[3]明確規(guī)定絕緣材料不應(yīng)含石棉。同時(shí),絕緣材料具有抗拉強(qiáng)度高、不吸水、耐腐蝕、纖維質(zhì)地柔軟等優(yōu)良性能。為實(shí)現(xiàn)航速、穩(wěn)性等高性能指標(biāo),絕緣材料的輕量化一直是目前市場研發(fā)和發(fā)展的主要方向之一。

2 應(yīng)用

2.1 艙壁和甲板上

使用絕緣材料敷設(shè)于結(jié)構(gòu)艙壁或甲板,實(shí)現(xiàn)郵輪防火、保溫隔熱以及隔聲的設(shè)計(jì)要求。①防火絕緣,SOLAS將載客超36人的船舶將處所按失火風(fēng)險(xiǎn)分成14類,不同處所間艙壁和甲板的最低耐火完整性需符合表9.1和9.2的規(guī)定,劃分為A60,A30,A15及A04類防火等級(jí)。除A0防火等級(jí)以外,應(yīng)用目前國內(nèi)外A60,A30和A15防火絕緣材料,并嚴(yán)格按照防火絕緣試燒的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行敷設(shè),才能滿足艙壁或甲板耐火完整性的要求;②保溫絕緣,根據(jù)郵輪建造技術(shù)規(guī)格書、空調(diào)系統(tǒng)及ISO 7547[4]等要求,決定保溫絕緣規(guī)格與選型。極地探險(xiǎn)郵輪在南極運(yùn)營,U值要求高,大部分暴露室外處所敷設(shè)了100 mm厚度以上的保溫絕緣,或者組合防火絕緣共同實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的保溫要求。③隔聲絕緣,為滿足郵輪在噪音方面的舒適度標(biāo)準(zhǔn),隔聲絕緣通常敷設(shè)在風(fēng)機(jī)室、空調(diào)間、泵房、主機(jī)間及結(jié)構(gòu)風(fēng)道等噪音源處所,隔聲絕緣的選擇取決于專業(yè)的噪音計(jì)算報(bào)告和產(chǎn)品的性能指標(biāo)。除此之外,隔聲絕緣材料表面材料(鋁箔布、玻璃絲布等)的選擇對(duì)其吸聲效果有較大的影響,對(duì)于同時(shí)有吸聲要求的高噪聲源處所,需要綜合考慮。

2.2 浮動(dòng)地板

豪華郵輪航行中,主機(jī)、輔機(jī)等大型設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲通過鋼制艙壁或甲板傳遞,對(duì)不同甲板乘客居住和娛樂區(qū)域造成不同程度的影響。根據(jù)專業(yè)噪聲振動(dòng)分析計(jì)算,在乘客艙室地面裝飾層(如地毯、石材等)下層敷設(shè)不同厚度和組成的浮動(dòng)地板是常用的降噪措施。浮動(dòng)地板的組成包括絕緣材料、阻尼、約束層(如鋼板)等,見圖5。

圖5 浮動(dòng)地板組成

絕緣材料是浮動(dòng)地板系統(tǒng)中的核心材料,一般選用容重較高(140～200 kg/m3)的絕緣材料,滿足降噪需求的同時(shí),保障承受正常的地面載荷。

2.3 郵輪公共區(qū)域“雨降式”送風(fēng)系統(tǒng)

郵輪公共區(qū)域天花造型特異、美觀且多樣化,傳統(tǒng)在天花板上安裝布風(fēng)器和回風(fēng)柵等方式難以實(shí)現(xiàn)該效果。為隱藏及裝飾空調(diào)送回風(fēng)口,豪華郵輪通常在公共區(qū)域多采用“雨降式”送風(fēng)系統(tǒng),使用絕緣材料與造型天花和上層鋼板結(jié)合形成具有穩(wěn)壓作用的靜壓箱,空調(diào)通過風(fēng)管進(jìn)入穩(wěn)壓層后,再依靠穩(wěn)壓層內(nèi)的靜壓作用,通過造型天花的高低差形成的縫隙或局部穿孔天花板處均勻送入房間內(nèi)部,見圖6。

圖6 “雨降式”送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用(實(shí)現(xiàn)造型天花效果)

用于制作“雨降式”送風(fēng)系統(tǒng)中靜壓箱的材料需為不燃材料,在豪華郵輪上最常用的作法是以上甲板為靜壓箱頂,天花板為靜壓箱底,四周使用輕鋼龍骨搭建固定框架,然后將絕緣材料(帶鋁箔飾面)通過碰釘安裝在框架上面,端部使用鋁箔膠帶固定,見圖7。

圖7 對(duì)靜壓箱的絕緣處理

2.4 絕緣在客艙連續(xù)B級(jí)天花板上的應(yīng)用

IMO MSC通函917[5]中對(duì)豪華郵輪客艙壁板、天花板的防火連續(xù)性有詳細(xì)的要求。對(duì)于其中一種設(shè)計(jì)情況,即當(dāng)客艙走廊壁板非延伸至上部甲板時(shí),客艙及相鄰走廊的天花板需要滿足連續(xù)B15防火等級(jí),見圖8。

圖8 客艙和走廊防火等級(jí)(壁板和天花板)

客艙天花板上通常會(huì)安裝筒燈、廣播、探頭、噴淋、布風(fēng)器等,需要在天花板上開孔,造成無法保障其B級(jí)防火連續(xù)性。DNV對(duì)SOLAS法規(guī)補(bǔ)充說明[6]中提到:當(dāng)天花板開孔尺寸較小時(shí),比如可以接受開孔直徑小于80 mm的聚光燈,其他開孔較大的設(shè)備(比如筒燈、喇叭等)需要特殊考慮。

通常使用絕緣罩,使用鍍鋅鋼板和絕緣材料(B15防火等級(jí))制作成適合設(shè)備尺寸大小的盒子,通過扁鐵條和螺栓把絕緣罩固定在天花板上,間隙處用防火膠密封。這種做法簡便、靈活且成本較低,應(yīng)用廣泛,兩種不同形狀燈的絕緣罩見圖9、10。

圖9 筒燈

2.5 B-15防火艙壁延伸

相比于2.4所述客艙走廊壁板非延伸至上部甲板,根據(jù)IMO MSC通函917中規(guī)定,如果將客艙走廊B-15壁板延伸至上部甲板,可以將客艙壁板和天花板的防火等級(jí)降低至B-0,走廊的天花板防火等級(jí)降低至C級(jí),則不必使用“絕緣罩”。如何選擇仍需結(jié)合管、電穿B-15延伸穿艙件數(shù)量進(jìn)行權(quán)衡。除了客艙走廊考慮是否延伸以外,當(dāng)遇到與走廊相鄰的艙室天花板有特殊造型,為實(shí)現(xiàn)該藝術(shù)設(shè)計(jì)效果,往往會(huì)選擇特殊的材料和工藝,此時(shí)考慮B-15延伸至上甲板是最佳選擇。

絕緣材料郵輪上實(shí)現(xiàn)B-15防火艙壁延伸的主要材料,類似與其在“雨降式”送風(fēng)系統(tǒng)上的安裝方式,利用輕鋼龍骨搭建穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)框架,再通過碰釘將絕緣材料固定在框架上,在與上部甲板和下部壁板相接處粘貼鋁箔膠帶密封(見圖11)。風(fēng)管、電纜托架及管子穿艙節(jié)點(diǎn)的安裝均需滿足規(guī)范的要求。

圖11 B-15防火艙壁延伸節(jié)點(diǎn)

3 絕緣材料在郵輪上的保護(hù)方式

在豪華郵輪運(yùn)營中,由于人員的活動(dòng)及設(shè)備維護(hù)檢修操作,難免會(huì)出現(xiàn)絕緣材料被硬物撞擊破損及油氣水汽等侵蝕污染等情況,對(duì)防火、保溫、隔聲等關(guān)鍵性能造成及較大的影響。因此,在郵輪上絕緣材料的保護(hù)方案是多樣化的,須結(jié)合不同區(qū)域的防護(hù)需求特點(diǎn),常用的保護(hù)材料是鋁箔布、玻璃絲布、鍍鋅鐵皮等,分類見表2。

表2 常見絕緣保護(hù)方式

3.1 室外絕緣

與艙室內(nèi)部或機(jī)械處所絕緣材料防護(hù)相比,暴雨和強(qiáng)風(fēng)等不可抗天氣因素對(duì)室外絕緣防護(hù)有著嚴(yán)峻且持續(xù)的考驗(yàn),室外絕緣的防護(hù)要求非常高,使用高密度、水密的絕緣表面材料是常見的方式之一。而對(duì)于天氣環(huán)境更加惡劣的航線,還會(huì)在外表面安裝不銹鋼鐵皮,不銹鋼鐵皮間交叉重疊后,通過鉚釘固定在輕鋼龍骨骨架上,見圖12。

圖12 室外不銹鋼鐵皮安裝節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)D)

3.2 鋁箔布

鋁箔布是鋁箔和玻璃纖維布經(jīng)特殊工藝復(fù)合制成,表面光滑平整,不透氣、不透水,密封性能好,不易受細(xì)菌或霉菌的侵蝕。在郵輪上,絕緣材料在乘客區(qū)域不可見,在這些不可見區(qū)域,鋁箔布常用于壁板和天花板背后絕緣材料的表面,防止灰塵、凝水和水汽浸入絕緣材料。

3.3 玻璃絲布

玻璃絲布為玻璃纖維織物制成,吸濕性小,抗拉強(qiáng)度高,與絕緣材料結(jié)合具有良好的吸音性能。郵輪上常用的玻璃絲布分為輕型和重型兩種,輕型玻璃絲布的密度在120～150 g/m2之間,而重型玻璃絲布的密度約為450 g/m2,一般用于高油和油氣污染的工作間和機(jī)械處所,通過在重型玻璃絲布上刷油漆(見圖13),加強(qiáng)對(duì)絕緣材料的保護(hù)。

圖13 玻璃絲布刷油漆

3.4 鍍鋅鋼板

為防止絕緣材料在機(jī)械處所、工作間、儲(chǔ)藏及貨物行李運(yùn)輸通道上受損,常用鍍鋅鋼板或穿孔鍍鋅鋼板(用于噪聲值較高處所)(厚度不低于0.7 mm,高度不低于1.8 m)對(duì)經(jīng)上所處進(jìn)行保護(hù)。通過輕鋼龍骨和角鋼制作固定框架,輕鋼龍骨間距在400～600 mm之間,將鍍鋅鋼板通過鉚釘固定在龍骨骨架上(見圖14),鍍鋅鋼板在局部開孔、端部須有翻邊,避免出現(xiàn)鋒利尖角對(duì)人員造成安全隱患。

圖14 鍍鋅鋼板理論節(jié)點(diǎn)

4 結(jié)論

絕緣材料在豪華郵輪上的應(yīng)用具有多樣、靈活且廣泛的特點(diǎn),極地探險(xiǎn)郵輪航線特殊、空間小、舒適度要求高,對(duì)于絕緣材料的性能、應(yīng)用及保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高、嚴(yán)要求。通過對(duì)豪華郵輪上絕緣材料的技術(shù)性能、應(yīng)用特點(diǎn)及保護(hù)方式分析、總結(jié),以期為進(jìn)一步完善和優(yōu)化絕緣材料在豪華郵輪上的應(yīng)用提供參考。