魏文俊，王 柳

（1. 滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129；2. 江南造船（集團）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引言

船用風(fēng)管是用于空氣輸送和分布的管道系統(tǒng)，主要用于船舶的空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和部分船用設(shè)備的供氣和排氣等?？筛鶕?jù)材質(zhì)、形狀、制作方式、密性要求和隔熱要求等進行多種形式的分類。合理的選型對改善艙內(nèi)空氣品質(zhì)、確保船員日常生活和工作、保障設(shè)備正常運行等有著重要作用，能確保船舶的各類空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)有效運行。

1 船用風(fēng)管的分類

船用風(fēng)管可根據(jù)風(fēng)管本身的材質(zhì)、尺寸、壁厚和形狀、所服務(wù)空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要求，以及所服務(wù)船舶需滿足的設(shè)計規(guī)范等進行類型的細分（見圖1）。

圖1 船用風(fēng)管的類型

然而，各種類型之間存在著直接或間接的對應(yīng)關(guān)系，如：風(fēng)管的材質(zhì)和壁厚存在對應(yīng)關(guān)系，薄壁風(fēng)管采用鍍鋅鋼板作為材質(zhì)，厚壁風(fēng)管則采用鋼板等作為材質(zhì)；隔熱需求和所服務(wù)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)存在對應(yīng)關(guān)系，預(yù)絕熱風(fēng)管用于空調(diào)系統(tǒng)（或途經(jīng)空調(diào)艙室的常溫風(fēng)管），非絕熱風(fēng)管則用于通風(fēng)系統(tǒng)；密性要求和設(shè)計規(guī)范存在對應(yīng)關(guān)系，有密性要求的特殊艙室采用厚壁、焊接的密性風(fēng)管，其他艙室只需風(fēng)管滿足漏風(fēng)量要求即可。因此，船用風(fēng)管可以以所服務(wù)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合材質(zhì)、壁厚、形狀、密性要求、隔熱要求和其他特性進行分類（見表1）。

表1 船用風(fēng)管的分類表

2 船用風(fēng)管特性和選型

2.1 風(fēng)管的自身特性

風(fēng)管的材質(zhì)、規(guī)格、性能與壁厚應(yīng)符合設(shè)計要求，當風(fēng)管壁厚沒有設(shè)計要求時，應(yīng)參考相應(yīng)設(shè)計規(guī)范執(zhí)行（見表2[1-3]）。

表2 風(fēng)管板材厚度表（單位：mm）

然而，考慮到船用風(fēng)管的使用工況是海洋環(huán)境和航行狀態(tài)，空氣中的鹽霧濃度較高、整船存在搖擺和振動情況，對風(fēng)管耐腐蝕能力、抗振能力和防變形能力的要求高于建筑。因此，對于咬口制作的薄壁風(fēng)管，以表2中的高壓系統(tǒng)進行選型。借鑒實船建造經(jīng)驗，對于b＞700 mm的矩形風(fēng)管，則采用焊接制作的厚壁風(fēng)管代替；對于卷制的螺旋風(fēng)管，則在表2的基礎(chǔ)上進行加厚（見表3）。3種類型的船用風(fēng)管見圖2。

表3 船用風(fēng)管板材厚度表（單位：mm）

圖2 船用風(fēng)管實物圖

續(xù)圖2 船用風(fēng)管實物圖

2.2 風(fēng)管規(guī)格和換算

螺旋風(fēng)管是采用專門的加工機械和生產(chǎn)流水線制作的，其規(guī)格有生產(chǎn)廠家指定[4]，且與相關(guān)設(shè)計手冊中圓形風(fēng)管的標準規(guī)格相同，故可按表4中圓形風(fēng)管的公稱直徑進行選型。矩形風(fēng)管分為標準規(guī)格和非標準規(guī)格，標準規(guī)格的矩形風(fēng)管可按表4進行選型。

表4 船用風(fēng)管板材厚度表（單位：mm）

然而，當船舶受到層高和吊頂高度的制約，無法采用標準規(guī)格時，可采用非標準規(guī)格的矩形風(fēng)管，其最大的長邊與短邊之比為4[4]。在已知標準規(guī)格時，可通過當量通徑計算非標準規(guī)格[5-6]：

式中：dv為等流速當量直徑；dg為等流量當量直徑；a為風(fēng)管高度；b為風(fēng)管寬度。

此外，在選擇風(fēng)管規(guī)格時，應(yīng)綜合考慮風(fēng)速和噪音指標，過高的風(fēng)速會產(chǎn)生噪音污染，影響船員的生活和工作環(huán)境。因此，在已知風(fēng)量的前提下，需根據(jù)所選風(fēng)管規(guī)格，計算并考核風(fēng)速和噪音指標（見式（3）），確保風(fēng)速和噪音符合設(shè)計標準[6-8]（見表5）。

表5 船用風(fēng)管風(fēng)速和噪音指標

式中：Lw為直管氣流噪聲聲功率等級；Lwc為直管比聲功率級，一般取10 dB；v為直管內(nèi)氣流速度；F為風(fēng)管截面積。

2.3 密性風(fēng)管的選用

氣性風(fēng)管的主要作用是將風(fēng)管內(nèi)部的易燃、易爆、有毒有害氣體、煙氣和油氣等，與途經(jīng)的其他艙室進行隔絕[8-10]，防止因上述氣體泄漏引起的燃、爆或人員中毒等事件的發(fā)生。或?qū)⑼窘?jīng)有氣密要求的重要艙室和區(qū)段的風(fēng)管與該艙室和區(qū)段進行隔絕，防止各風(fēng)機未開啟時，此類重要艙室中殘留的易燃、易爆或有毒有害氣體通過途經(jīng)此類艙室的風(fēng)管進入其他工作艙室或人員住艙，引發(fā)燃、爆或人員中毒等事件的發(fā)生。氣密風(fēng)管是采用厚度不小于2 mm的鋼板焊接而成的風(fēng)管[11]，并采用帶有密封槽和密封材料的氣密風(fēng)管法蘭[12]進行連接，確保氣密風(fēng)管的密性（見圖3）。

圖3 氣密風(fēng)管和法蘭示意圖

水密風(fēng)管的主要作用則是將穿過位于破艙水線以下的水密艙壁，與相鄰艙室進行隔絕，并設(shè)置水密截止附件，用以確保安全性。因此，水密風(fēng)管是采用厚度不小于3 mm的鋼板焊接而成，同樣采用上述氣密風(fēng)管法蘭作為端部的連接件。同時，為了防止破艙浸水時，矩形水密風(fēng)管無法承受內(nèi)部海水壓力（或外部海水壓力）而破損，需在風(fēng)管長邊中心增設(shè)1 mm厚的支撐梁[13]（見圖4）。此外，對于位于破艙水線以上、途經(jīng)半露天區(qū)域的矩形風(fēng)管，也可采用水密風(fēng)管的形式，有效防止風(fēng)雨、海浪等進入艙室，而此類水密風(fēng)管不承擔(dān)破艙浸水時，隔絕海水和承壓的作用，可不增設(shè)支撐梁。

圖4 支撐梁示意圖

2.4 隔熱材料和防火

為了防止風(fēng)管內(nèi)外的介質(zhì)，因存在較大溫差而產(chǎn)生冷熱交換和冷凝水，用于空調(diào)送風(fēng)和途經(jīng)空調(diào)艙室的通風(fēng)風(fēng)管，需要包覆隔熱材料。此外，風(fēng)管需采用鋼制或其他通風(fēng)材料，且任何用于風(fēng)管結(jié)構(gòu)的材料，包括隔熱材料應(yīng)為不燃材料，與隔熱材料一起使用的粘合劑應(yīng)具有低播焰性[14-15]，故船用風(fēng)管的隔熱材料可采用巖棉、礦棉、多晶絲和陶瓷纖維毯等。而對于空調(diào)送風(fēng)管末端的撓性軟管，則可以采用圓形絕熱防火軟管制作，防火軟管由鋁箔層、金屬骨架、巖棉和鋁箔膠帶等構(gòu)成[16]；對于空調(diào)器和風(fēng)機等設(shè)備進出口的帆布軟管，則可采用船用防火軟管制作，防火軟管由防火布、聚四氟乙烯（Poly Tetra Fluoroethylene，PTFE）涂層、鋼絲線和法蘭等構(gòu)成[17]。

2.5 風(fēng)管設(shè)計和選型

船用風(fēng)管在設(shè)計中，除了按所服務(wù)的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要求、所服務(wù)船舶需滿足的設(shè)計規(guī)范、密性要求、隔熱材料及防火要求和風(fēng)管的常規(guī)設(shè)計要求外，還需根據(jù)施工可行性，對風(fēng)管的制作方式進行選擇。現(xiàn)場施工過程中，會因結(jié)構(gòu)變形、人為原因等因素產(chǎn)生施工誤差，通常使用合攏管來消除誤差。然而，為了方便現(xiàn)場施工、減少工作量、確保施工進度，針對不同的設(shè)計情況，需采用不同的制作方式來消除誤差、完成風(fēng)管的裝焊工作，除合攏管的制作方式外，主要采取調(diào)整管和套管（見圖5）。

圖5 用于消除誤差的風(fēng)管制作方式

船用風(fēng)管設(shè)計中，除了在設(shè)備和風(fēng)管的連接處，需要設(shè)置合龍管來消除可能出現(xiàn)的施工誤差外，對于風(fēng)管管線較長，需在末端進行長度調(diào)整。對于只需在風(fēng)管長度方向消除累計誤差，避免因合攏管設(shè)置過多影響施工周期等情況，應(yīng)采用調(diào)整管和套管的制作形式來消除可能出現(xiàn)的施工誤差。3種方法的特點見表6[18]。

表6 誤差消除方法匯總表

3 船用風(fēng)管的選型總結(jié)

船用風(fēng)管在設(shè)計選型時，應(yīng)以空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的特性和設(shè)計規(guī)范的要求為理論依據(jù)，來明確風(fēng)管的材質(zhì)、密性要求和隔熱要求的選擇；并結(jié)合風(fēng)速和噪音指標的理論計算，來選用合適的風(fēng)管規(guī)格，完成風(fēng)管設(shè)計的合理選型。船用風(fēng)管的選型推薦見表7。

表7 船用風(fēng)管的選型推薦表

4 結(jié)論

本文以所服務(wù)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合自身特性、密性要求和隔熱要求等對船用風(fēng)管進行分類。并根據(jù)風(fēng)管設(shè)計中遇到的實際情況，結(jié)合風(fēng)速、噪音和施工可行性等，有針對性地修改風(fēng)管的規(guī)格、形狀和制作形式。在此基礎(chǔ)之上，提出船用風(fēng)管的選型依據(jù)。本文的研究成果可為船用風(fēng)管的分類與選型提供一定參考。