楊 瑋 高 晶 馬幽雅

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

0 前言

13 000 DWT多用途重吊船入級DNV GL船級社，滿足無限航區(qū)要求，E3等級冰區(qū)加強，輪機入級有AUT和EP-D附加標志。上層建筑布置在首部，全船設(shè)有兩個貨艙，甲板上可載運包裝形式的所有危險品，貨艙內(nèi)以包裝形式載運1.1-1.6，1.4S，2.1，2.2，3，4（4.3 液體 FP＜23oC 除外），5.1，6.1，8 和 9 類危險品 （需要連續(xù)機械通風的危險品除外）。其中No.2貨艙長度為105 m，即可帶蓋又可敞口載運貨物。機艙位于No.2貨艙后部下方。在詳細設(shè)計過程中，機艙布置、機艙通風系統(tǒng)、艙底壓載系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和應急發(fā)電機室布置等的設(shè)計和布置遇到了不少難點。

該船目前已順利交付營運，各項指標均滿足要求。本文重點對輪機上述幾個系統(tǒng)的設(shè)計進行介紹。

1 機艙布置

1.1 鍋爐布置

該船機艙位于尾部，如圖1所示。為了保證貨艙艙壁的連續(xù)性和完整性，滿足No.2貨艙裝運大件要求，機艙上部完全被貨艙覆蓋，屬于貨艙二甲板的延伸部分。煙囪位于左舷舷側(cè)通道，如圖2所示。為使鍋爐廢氣側(cè)蒸發(fā)量滿足ISO工況、主機CSR點運行時全船蒸汽耗量需要，規(guī)格書要求設(shè)置1臺立式燃油廢氣組合鍋爐，主機和2臺發(fā)電柴油機的排氣管接入此鍋爐，燃油側(cè)和廢氣側(cè)的蒸發(fā)量分別為2 000 kg/h 和 700 kg/h＋2×200 kg/h。 立式組合鍋爐高約5 900 mm，筒體直徑約2 300 mm，由于機艙平臺至上甲板的高度只有4.3 m，機艙棚的寬度只有3 m，無法布置立式組合鍋爐，因此將鍋爐拆分成2個——臥式燃油廢氣組合鍋爐和輔機廢氣鍋爐，分別布置于機艙平臺左側(cè)和機艙棚。為此，主機渦輪增壓器排氣口向后旋轉(zhuǎn)90°，如圖2所示，主機排氣管以近乎水平布置的方式接入臥式燃油廢氣組合鍋爐的廢氣側(cè)。

圖1 機艙縱剖面（右）

圖2 機艙橫剖面

1.2 通道布置

因機艙棚橫向凈寬度只有2.1 m，筒體直徑為1 500 mm的輔機廢氣鍋爐布置于此，幾乎把機艙棚前后通道截斷。由于機艙棚內(nèi)部的通道被隔斷，為了滿足海上人命安全公約（SOLAS）有關(guān)機艙有1個通向開敞甲板且要能到達安全區(qū)域的通道要求，機艙棚前后壁設(shè)置通向開敞區(qū)域的門，機艙左舷側(cè)布置了2個通道，即1部斜梯、1部直梯，通道最小寬度為600 mm，分別通向上甲板機艙棚前后區(qū)域，如圖3所示。SOLAS除了要求有1部通向開敞處所的梯子，還要求設(shè)置1個脫險通道，鑒于該船集控室、機修間等布置在機艙右舷，其脫險通道沒有按常規(guī)設(shè)置直梯，而是布置了斜梯，如圖4所示。這樣既滿足SOLAS要求，也能方便船員從上甲板右舷出入機艙。

1.3 油霧箱布置

根據(jù)國際載重線公約第20條要求的解釋，如船舶在夏季載重線吃水橫傾小于40°時，空氣管開口會被淹沒，則裝于該開口的關(guān)閉裝置應為自動式。通常尾機型干貨船的煙囪位于上建中部區(qū)域，位置較高，機艙油霧箱位于煙囪中上部，通過不帶關(guān)閉裝置的固定式百葉窗與大氣相通。但該船上建布置在首部，而煙囪位于尾部舷側(cè)上甲板上，在設(shè)計吃水且橫傾40°情況下，油霧箱的百葉窗開口會被淹沒，所以需設(shè)置關(guān)閉裝置。因油霧箱容積有限，其內(nèi)部燃油、滑油艙等空氣管無法安裝帶自動關(guān)閉裝置的空氣管頭，一旦關(guān)閉油霧箱百葉窗，機艙油艙將無法透氣，存在安全隱患，因此取消油霧箱百葉窗的設(shè)置。經(jīng)計算，改在油霧箱頂部設(shè)置1根管徑為DN300的透氣管延伸至煙囪頂板。

圖3 機艙平臺

圖4 上甲板

2 機艙通風設(shè)計

機艙設(shè)置2臺可逆轉(zhuǎn)變頻風機，布置于機艙后部的上甲板中間區(qū)域。因該船在上甲板上設(shè)有一層與貨艙艙口圍高度齊平的載貨平臺，即頂甲板，機艙風機直接安裝在頂甲板下方，為了避免雨天風機吸入大量雨水，在風機前部區(qū)域設(shè)置了低于風機進風口的擋板，如圖1所示。機艙2臺風機分別為機艙左側(cè)和右側(cè)提供燃燒和散熱的新風，機修間和分油機區(qū)域的抽風機設(shè)置在右舷。因煙囪位于機艙左舷前端，空間狹小，除布置輔機廢氣鍋爐，還設(shè)有3根輔機排氣管和1根主機排氣管、膨脹水箱、高置油柜和消音器等。為評估煙囪的通風效果，對此區(qū)域的排風風速進行了估算，見表1。

由表1可知，按ISO 8861——1998計算，煙囪的排風風速較高，考慮到煙囪格柵凈流通面積小于所敷設(shè)面積，且還需布置機艙油艙的透氣管等，實際煙囪有效排風面積還要減小。為了機艙氣流的順暢，不留死角，降低煙囪排風風速，在上甲板左舷煙囪后部、右舷機艙中部，增設(shè)20 000 m3/h的抽風機各一臺。理論計算表明，增加了抽風機，機艙左舷縱艙壁和煙囪的排風風速分別為4.9m/s和6.9m/s。經(jīng)實船驗證，2臺抽風機同時運行，對機艙通風有了很明顯的改善。

表1 機艙煙囪排風量估算

3 艙底消防系統(tǒng)

3.1 設(shè)計依據(jù)

該船No.2貨艙分敞口和封閉兩種使用工況。敞口多用途船在敞口情況下既可載運集裝箱，也能載運大件。目前生效的公約指導文件有《MSC/Circular.608/Rev.1-Interim Guidelines for Open-top Containerships》。根據(jù)《敞口集裝箱船規(guī)則》要求，貨艙消防需采用水噴淋滅火，覆蓋單個貨艙內(nèi)所有集裝箱，其噴淋水量根據(jù)艙口圍垂直面積，按1.1 L/m2·min計算，單個貨艙長度一般不超過50 m；而當在敞口情況下裝運大件時，船級社要求消防噴淋水量按貨艙水平面積的5 L/m2·min計算；而當貨艙封閉載運1.1-1.6類危險品時，SOLAS要求噴淋冷卻水量按貨物處所水平區(qū)域面積和至少5 L/m2·min計算。由于規(guī)范和公約沒有針對多用途船敞口貨艙的消防要求，該船No.2貨艙長達105 m，參照上述要求計算的噴淋水量最大為1080 m3/h，按此配置要求太高，管路無法布置。因此，與GL溝通協(xié)商解決方案并達成一致，即參照A.123（V）決議（《關(guān)于特種處所固定式滅火系統(tǒng)的建議》），噴淋面積按貨艙水平面積計，沿貨艙長度每20 m一個分區(qū)，噴水率按5 L/m2·min，同時覆蓋2個分區(qū)配置。綜合上述3種貨艙載運工況，取其最大計算值。

3.2 計算方法

3.2.1 噴淋泵排量計算

貨艙在有蓋封閉的情況下，裝運1.1至1.6的包裝危險品，噴淋水量為5L/m2·min，按貨艙水平面積計。該船No.2貨艙長度為105 m，水平長度20 m一個分區(qū)，噴淋水量同時覆蓋2個分區(qū)，考慮貨艙艙蓋和二甲板設(shè)置噴淋系統(tǒng)，計算公式見式（1）：

式中：Q——噴淋泵排量，m3/h；

q——噴水率，取5 L/m2·min；

l——No.2貨艙分區(qū)長度20 m；

b——No.2貨艙寬度20 m；

c——裕度，取1.15

將q、l、b、c代入式（1），計算可得Q＝552 m3/h

3.2.2 艙底泵排量計算

艙底泵排量按下列兩種方式計算，取其大值：

1） 按船級社規(guī)范有關(guān)貨船艙底水總管內(nèi)徑要求，計算公式見式（2）：

式中：Q——艙底泵排量，m3/h；

d——總管計算內(nèi)徑，取150.2 mm

計算結(jié)果：Q＝129.7 m3/h。

2）該船是敞口多用途船，其艙底水系統(tǒng)參照敞口集裝箱規(guī)則設(shè)計，艙底泵排量按下列5點要求計算，取其最大值：

（1）由綜合模型試驗確定的海上航行狀態(tài)下最大的每小時貨艙上浪量。前期方案設(shè)計時，根據(jù)敞口集裝箱規(guī)則，在沒有模型試驗實測數(shù)據(jù)情況下，任一敞口貨船的最大每小時上浪量不超過400 mm/h，計算公式見式（3）：

式中：L——No.2貨艙長度為105 m；

b——No.2貨艙寬度為20 m

計算結(jié)果：Q＝840 m3/h。

（2）100 mm/h 的降雨量，計算公式見式（4）：

式中：L、b與上節(jié)相同

計算結(jié)果：Q=210 m3/h。

（3）模型在橫浪無動力狀態(tài)下，耐波性試驗所測得的貨艙每小時上浪量乘以安全系數(shù)2，Q值暫取與（1）中計算值相同，即 Q=840 m3/h。

（4）最大敞口貨艙內(nèi)消防所需水量的4/3，計算公式見式（5）：

式中：噴淋泵排量為552 m3/h；

水槍流量取23 m3/h

計算結(jié)果：Q=858.7 m3/h。

（5）相當于封閉貨艙所需要的排量，計算公式見式（6）：

式中：噴淋泵排量、水槍流量與上節(jié)相同

計算可得Q=805 m3/h。

取上述（1）至（5）計算結(jié)果最大值，艙底泵排量取為858.7 m3/h。

該船船模試驗顯示，海上航行狀態(tài)下貨艙最大的每小時上浪量為36.5 mm/h，橫浪無動力狀態(tài)下貨艙最大的每小時上浪量為33.5 mm/h，遠小于在沒有模型試驗實測數(shù)據(jù)情況下假定的每小時上浪量400 mm，所需艙底泵排量也遠小于上述計算值。

綜合考慮上述計算和試驗結(jié)果，最終艙底泵排量確定為858.7 m3/h，實取860 m3/h。

3.3 艙底消防泵配置和運行

《敞口集裝箱船規(guī)則要求》設(shè)置3臺艙底泵，其中至少1臺泵的排量為上述計算值，另2臺泵的組合排量不小于上述計算取值，且此3臺泵的布置應使得泵所在處所或主動力源處所發(fā)生火災或其他事故時，其正常運行不受影響，即3臺泵需分艙布置，其中1臺由應急配電板供電。另根據(jù)《敞口集裝箱規(guī)則要求》，當專用噴淋泵不能工作時，消防泵應作為其備用，總排量需滿足噴淋水量的50%。實船艙底、消防泵的配置和運行如表2和表3所示，完全滿足規(guī)則和實際使用要求。

4 機艙冷卻水系統(tǒng)

該船機艙采用中央淡水冷卻。中央冷卻器及冷卻水泵的容量配置，滿足當環(huán)境溫度45℃，海水溫度34℃，低溫冷卻淡水溫度36℃，主機SMCR和2臺柴油發(fā)電機組滿負荷運行。該船主機為MAN B&W 7S40ME-B9.5，2014年MAN發(fā)布有關(guān)主機空冷器冷卻水進口溫度設(shè)定的通函。為了減少缸套、活塞環(huán)磨損，減少氣缸油耗量，主機空冷器冷卻水進口溫度設(shè)定，建議由原來的36℃改為10℃。其帶來的另一個好處，就是主機燃油耗率也有降低，冷卻水溫度每降低10℃，燃油耗率減少 0.7～1.0g/kW·h，如圖5所示。

表2 艙底消防泵配置

表3 No.2貨艙敞口封閉載運艙底消防泵運行組合

圖5 MAN低速機燃油耗率比較

該船設(shè)計前期，在規(guī)格書已簽字生效情況下，針對通函要求，向船東提供2個方案：方案一，主機空冷器采用海水冷卻，其他設(shè)備仍采用淡水冷卻；方案二，主機空冷器、滑油冷卻器冷卻水進口溫度設(shè)定在10℃，另設(shè)置2臺輔冷卻淡水泵，滿足柴油發(fā)電機組、空調(diào)冷藏、空壓機等冷卻需要，但船東均沒有同意，堅持維持低溫淡水設(shè)定溫度為36℃。待詳細設(shè)計接近尾聲，MAN總部再次發(fā)布有關(guān)空冷器冷卻水溫度設(shè)定要求的通函后，船東提出更改設(shè)計，要求既滿足主機空冷器冷卻水進口溫度設(shè)定在10℃的要求，在未來又有恢復到設(shè)定溫度36℃的可能。在設(shè)備已訂貨完畢，不增加成本情況下，冷卻水熱平衡系統(tǒng)修改如圖6所示，至主機低溫冷卻淡水管路上增加1個溫控閥，其設(shè)定溫度隨外界海水溫度的變化，盡可能為10℃，減小了主機的缸套腐蝕，降低了燃油耗率。

圖6 冷卻水熱平衡系統(tǒng)

5 應急發(fā)電機室布置

該船應急發(fā)電機室位于首部上層建筑區(qū)域?？紤]應發(fā)室需連續(xù)通風，按照國際載重線公約要求，通風高度必須要滿足位置1甲板以上4.5 m，位置2甲板以上2.3 m的要求。該船的通風筒處于位置2，即位于從首垂線起船長的四分之一以前，且在干舷甲板以上兩個標準上層建筑高度的露天上層建筑甲板上。該船上甲板下的二甲板為干舷甲板，根據(jù)載重線公約要求，通風百葉窗下緣距離頂甲板需為2.3 m以上，可以不設(shè)置風雨密關(guān)閉裝置，如圖7和圖8所示。但該船應急發(fā)電機兼停泊發(fā)電機，機組功率為290 kW，應發(fā)柴油機的額定功率為405 kW，按SOLAS規(guī)定，用作非主推進，合計總輸出功率不小于375 kW的內(nèi)燃機所在處所為A類機器處所，為此設(shè)置獨立固定CO2滅火系統(tǒng)、1套手提式泡沫槍裝置和1具45l泡沫滅火器。從防火角度，在其通風進出口處設(shè)置了關(guān)閉裝置。

圖7 應急發(fā)電機室布置圖縱剖面

圖8 應急發(fā)電機室布置圖橫剖面

6 結(jié)語

該船作為敞口型多用途重吊船，貨艙的布置有其特殊性，對于艙底、消防系統(tǒng)的設(shè)計，船級社和國際海事組織均沒有針對此類型船舶的規(guī)范和公約。為此，在做前期方案設(shè)計階段建議與船級社充分溝通，設(shè)計方案提請船級社預審，以避免在后續(xù)設(shè)計階段產(chǎn)生重大修改，進而影響設(shè)計和建造進度。