張偉光，王樹山，譚 冬，張金玉

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

隨著食品、醫(yī)療市場需求的增加，養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，活體動物運輸量越來越大[1]。牲畜運輸船主要用于鮮活牲畜的運輸，特殊之處在于它運送的是成千上萬的活物，必須在較長時間封閉的海上旅途中保證航行中牲畜的健康穩(wěn)定，這也決定了牲畜船設(shè)備系統(tǒng)和建造工藝的復(fù)雜和高技術(shù)含量。隨著澳大利亞和新西蘭等傳統(tǒng)畜牧業(yè)發(fā)達國家活禽出口規(guī)模不斷擴大，能夠大批量運輸活體牛羊的特種牲畜運輸船越來越受到市場的垂青和關(guān)注。

大量的活體牲畜會在船艙內(nèi)產(chǎn)生過多的水汽和熱量，必須采用有效的通風(fēng)方法才能排走這些水汽和熱量，從而保證活體牲畜的安全運輸。

大連中遠海運重工為新加坡Wellard Ships公司續(xù)建的大型牲畜運輸船“希樂”輪，該船滿足綠色環(huán)保國際新型牲畜運輸船建造要求的最高標(biāo)準(zhǔn)——澳大利亞AMSA規(guī)范，牛欄面積23 500 m2，一次可裝載運輸約17 000頭活牛，裝載量遠超我國已建造完工交付的各類牲畜運輸船，是中國船廠迄今為止建造的最大最先進的同類船舶。

本文依托大連中遠海運重工交付“希樂”輪的成功經(jīng)驗，結(jié)合澳大利亞的AMSA規(guī)范，對牲畜區(qū)域的貨艙通風(fēng)系統(tǒng)進行了分析，并通過實際測量數(shù)據(jù)，驗證了通風(fēng)系統(tǒng)的有效性，從而保證活體牲畜的安全運輸。

1 牲畜區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)的必要性

由于長時間運輸，活體牲畜產(chǎn)生的水汽和熱量不斷地在船艙內(nèi)部積聚，造成氣溫升高、空氣潮濕的環(huán)境，這不僅對活體牲畜的正常生理活動產(chǎn)生影響，也會使各種病菌滋生，活體牲畜由此而染病的可能性急劇加大，并且，活體牲畜耐高溫的能力要比耐低溫的能力弱。對于大多數(shù)牲畜而言，適合運輸?shù)臏囟确秶s在5℃～30℃之間，艙內(nèi)氣體溫度和濕度一旦達到極限，動物便不能維持正常的體溫（表1）。

通常情況下，高燒（hyperthermia）比低燒（hypothermia）對牲畜危害性更大，牲畜體溫升高1.5℃即可認(rèn)為高燒，升高4℃～5℃將致死亡；同樣，由于通風(fēng)不合理，活體牲畜也可能出現(xiàn)低燒，體溫降低1.5℃則表示已經(jīng)處于低燒，降低5℃時，未必導(dǎo)致死亡，但通常已不能進行正常的生理活動，降低7℃～8℃會導(dǎo)致死亡。

表1 活體牲畜的正常體溫

大量活體的牲畜在集中式運輸環(huán)境下，加上海況惡劣，極易誘發(fā)各種疾病，引發(fā)規(guī)模性傳染，給船東及貨主帶來經(jīng)濟損失，并會給目的港所在國家造成輸入性疫情。因此，合理的牲畜區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，維持牲畜圍欄區(qū)域通風(fēng)的有效、持續(xù)性，可以為活體牲畜在船舶長途運輸過程中提供舒適的生存環(huán)境，保障牲畜健康的穩(wěn)定，有效降低牲畜在運送過程中的得病率和死亡率，使船東或貨主達到最大的經(jīng)濟效益[2]。

2 牲畜區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

在整個牲畜運輸船牛羊配套系統(tǒng)中，通風(fēng)系統(tǒng)的要求最高，難度最大[3]。牛欄系統(tǒng)需滿足AMSA規(guī)則：Marine Order Part 43 Cargo & Cargo Handling– Livestock[4]。其中，AMSA[5]規(guī)范對換氣次數(shù)的要求為：1）如處所的最低凈高是2.30 m或以上時，換氣次數(shù)應(yīng)不低于每小時20次；2）如處所的最低凈高是1.80 m時，換氣次數(shù)應(yīng)不低于每小時30次；3）如處所的最低凈高在1.80 m～2.30 m之間，換氣次數(shù)應(yīng)按照上述要求成比例數(shù)。AMSA[5]對風(fēng)速的要求為：牛羊圍欄區(qū)域內(nèi)的任何一點的風(fēng)速不能小于0.5 m/s。

目前船舶牲畜區(qū)域的通風(fēng)布置主要包括2種形式：集中通風(fēng)和獨立通風(fēng)。集中通風(fēng)方式通常應(yīng)用于6層以下的封閉式貨艙牲畜運輸船，在不同的貨艙內(nèi)易于風(fēng)量分配，能夠較容易地使各個測試點風(fēng)速達到要求。

獨立通風(fēng)方式多用于貨艙層數(shù)較多以及帶有開敞甲板的牲畜運輸船。風(fēng)機安裝在露天甲板，由多臺獨立軸流或離心風(fēng)機對牲畜貨艙進行通風(fēng)。獨立式通風(fēng)在調(diào)節(jié)各個區(qū)域風(fēng)速以及風(fēng)量時難度較大，不易滿足規(guī)范的要求。

針對上述牲畜區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)的特點及難點，為滿足AMSA[5]規(guī)范對最小換氣次數(shù)及圍欄區(qū)域最小風(fēng)速的要求，“希樂”輪的通風(fēng)布置和風(fēng)機配置采用了如下優(yōu)化設(shè)計方案。

2.1 通風(fēng)布置

貨艙區(qū)域共劃為9層甲板，其中，將1～5層設(shè)計為封閉式貨艙區(qū)域，6～9層為敞開式貨艙區(qū)域，分別采用獨立式的通風(fēng)系統(tǒng)。采用軸流式供、排風(fēng)機，安裝于頂層主甲板上面。通過位于船舶中部的垂直圓形結(jié)構(gòu)風(fēng)道向牲畜圍欄區(qū)域送風(fēng)；開敞甲板通風(fēng)舷側(cè)自然排風(fēng)，封閉甲板通過位于兩舷側(cè)的方形結(jié)構(gòu)風(fēng)道機械排風(fēng)。

全部牲畜貨艙區(qū)域的機械通風(fēng)系統(tǒng)配置 86臺大口徑軸流供、排風(fēng)風(fēng)機。見典型布置圖1和圖2。

在6～9層開敞甲板通風(fēng)系統(tǒng)配置46臺風(fēng)機：

1）36臺（OSF1～36）軸流送風(fēng)機通過圓形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道向 6～9層甲板牲畜圍欄區(qū)域送風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板中部；

2）4臺（OSF37～40）軸流送風(fēng)機通過方形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道向6～8層甲板艏部區(qū)域的牲畜圍欄處送風(fēng)，風(fēng)機位于9甲板舷側(cè)；

3）4臺（OSF41～44）軸流送風(fēng)機向9甲板艏部區(qū)域的牲畜圍欄處送風(fēng)，風(fēng)機位于艏方向艙壁；

4）2臺（OSE1～2）軸流排風(fēng)機通過方形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道為6層和7層甲板艏部區(qū)域的牲畜圍欄處排風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板舷側(cè)。

在1～5層封閉甲板通風(fēng)系統(tǒng)配置40臺風(fēng)機：

1）8臺（ESF1～8）軸流送風(fēng)機通過圓形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道向5層甲板船尾部牲畜圍欄區(qū)域送風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板中部；

2）2臺（ESE3～4）軸流排風(fēng)機通過圓形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道為5層甲板船尾部牲畜圍欄區(qū)域排風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板舷側(cè)；

3）2個自然排風(fēng)裝置為5層甲板船尾部牲畜圍欄區(qū)域排風(fēng)；

4）18臺（ESF9～26）軸流送風(fēng)機通過圓形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道向 1～5層甲板牲畜圍欄區(qū)域送風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板中部；

5）12臺（ESE5～16）軸流排風(fēng)機通過方形垂直方向的結(jié)構(gòu)風(fēng)道為1～5層甲板牲畜圍欄處排風(fēng)，風(fēng)機位于主甲板舷側(cè)。

圖1 開敞甲板典型通風(fēng)布置圖

圖2 封閉甲板典型通風(fēng)布置圖

通過位于牲畜圍欄中部區(qū)域的送風(fēng)口，將風(fēng)排向舷側(cè)，務(wù)必使全船的空氣氣流循環(huán)方向一致，保證良好的通風(fēng)效果。同時，送風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)布置要最大限度地避免排出風(fēng)與新鮮風(fēng)的混流，見圖3。

圖3 牲畜貨艙典型通風(fēng)布置圖

2.2 風(fēng)機配置

為了減少風(fēng)機的使用個數(shù)，有效利用有限的船舶空間，牲畜貨艙區(qū)域通風(fēng)風(fēng)機全部采用直徑900 mm～18 00 mm的大口徑軸流風(fēng)機，既節(jié)約能源消耗，又能最大限度減少結(jié)構(gòu)風(fēng)道的數(shù)量，降低通風(fēng)系統(tǒng)占用貨艙區(qū)域有限的空間。同時，減少了牲畜圍欄區(qū)域的送風(fēng)口個數(shù)，送風(fēng)氣流分布更加合理，降低牲畜圍欄區(qū)域的噪聲水平。

風(fēng)機采用新一代1.8 m直徑的大口徑軸流風(fēng)機的通風(fēng)解決方案，為本船的創(chuàng)新點。采用此通風(fēng)方案，可以同時節(jié)省能源，降低牲畜圍欄區(qū)域的噪聲水平，并為船上的工作人員創(chuàng)造更好的工作環(huán)境。

風(fēng)機的選型以及結(jié)構(gòu)風(fēng)道的尺寸等，應(yīng)用CFD（computed fluid dynamics）建模進行計算。通過優(yōu)化風(fēng)道布置及CFD模擬計算，保證牲畜圍欄區(qū)域的氣流分布在任意一點的風(fēng)速不小于0.5 m/s。

根據(jù)SOLAS要求，封閉處所的通風(fēng)裝置需配置關(guān)閉裝置。因此，封閉處所的通風(fēng)風(fēng)機，增加鋁制保護蓋，既節(jié)約成本又降低重量。在正常航行狀態(tài)下，保護蓋處于常開狀態(tài)；緊急情況下，可手動關(guān)閉。見圖4和圖5。

圖4 典型軸流風(fēng)機配置

圖5 封閉處所通風(fēng)風(fēng)機

3 牲畜區(qū)域通風(fēng)效果

檢驗通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計通風(fēng)效果的重要指標(biāo)，一是換氣次數(shù)，二是圍欄區(qū)域的風(fēng)速。

換氣次數(shù)及風(fēng)速作為檢驗通風(fēng)效果的重要指標(biāo)，高換氣次數(shù)和風(fēng)速的通風(fēng)系統(tǒng)，可以顯著地為牲畜圍欄區(qū)域提供大量新鮮空氣，帶走牲畜體表產(chǎn)生的熱量，降低牲畜圍欄區(qū)域的環(huán)境溫度及濕度。通過摘自AMSA的表2[5]可以看出，在不同的外界環(huán)境溫度條件下，通過增大換氣次數(shù)，可以顯著改善通風(fēng)效果。因此，增大牲畜圍欄區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)的換氣次數(shù)及風(fēng)速，對改善船員的工作環(huán)境及保證牲畜正常的生命體征具有重要意義，必須重點考慮。

表2 換氣次數(shù)對通風(fēng)系統(tǒng)的影響

基于上述貨艙牲畜圍欄區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案，按照AMSA的規(guī)范要求，對確定進入整個貨艙和每層甲板牲畜圍欄區(qū)域的換氣次數(shù)進行了測量，測量結(jié)果見圖6。同時，對每層甲板牲畜圍欄區(qū)域的風(fēng)速也進行了測量，測量結(jié)果見表3和表4。

圖6 每層甲板的換氣次數(shù)測量結(jié)果

表3 開敞甲板的風(fēng)速測量結(jié)果

表4 封閉甲板的風(fēng)速測量結(jié)果

測量結(jié)果對比AMSA的規(guī)范要求表明，此種牲畜圍欄區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計及大口徑軸流風(fēng)機的啟用，使得空氣能夠在每個活體牲畜的各個部分流動，保證了通風(fēng)的有效性，極大地改善了牲畜的生存條件。

4 結(jié)論

隨著世界經(jīng)貿(mào)合作的進一步拓展和人們生活追求的不斷提高，全球優(yōu)質(zhì)牲畜產(chǎn)品的跨地域轉(zhuǎn)移將持續(xù)增長，牲畜運輸船前景廣闊。本研究涉及到的牲畜圍欄區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、通風(fēng)布置及風(fēng)機配置等在“希樂”牲畜運輸船上得到成功實踐，總結(jié)了切實可行的設(shè)計方案，證明其有效性和可靠性，對今后牲畜運輸船牲畜區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計具有重要的借鑒意義，以提升設(shè)計人員對該船型的設(shè)計水平。