張敬黨，袁 峰，顧波杰，韓 帥

（瑞瑪船舶工程（上海）有限公司，上海200040）

0 引 言

船舶絕緣材料主要應(yīng)用于防火絕緣、隔熱保溫絕緣和隔聲絕緣等領(lǐng)域中。防火絕緣是指將絕緣材料敷設(shè)在甲板或圍壁上，以滿足《國(guó)際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）、《法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》和《使用氣體或其他低閃點(diǎn)燃料船舶國(guó)際安全規(guī)則》（Adoption of the International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels，IGF）等規(guī)范中的防火分隔等級(jí)要求，主要考慮的是保證船舶的安全性。為使艙室維持適宜的工作和生活環(huán)境，需對(duì)其進(jìn)行隔熱保溫設(shè)計(jì)，隔熱保溫絕緣布置關(guān)系到艙室的溫度控制，進(jìn)而影響船舶的舒適性，《國(guó)際勞工公約2006》（Maritime Labour Convention 2006，MLC 2006）和各船級(jí)社規(guī)范對(duì)國(guó)際航行船舶的艙室隔熱保溫絕緣有強(qiáng)制要求。噪聲是評(píng)定船舶舒適性的因素之一，噪聲過(guò)大會(huì)影響船員的工作和生活，損傷人的聽(tīng)覺(jué)并引起其他疾病，因此需對(duì)船上人員工作和居住住所的噪聲進(jìn)行控制，GB 5979—1986（《海洋船舶噪聲級(jí)規(guī)定》）、MSC.337（91）（《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》）和各船級(jí)社規(guī)范等對(duì)船舶的起居處所、機(jī)艙區(qū)和駕駛區(qū)的噪聲值進(jìn)行了限定。絕緣材料布置設(shè)計(jì)需滿足規(guī)范和規(guī)則的要求，而目前的絕緣設(shè)計(jì)很少考慮具體的絕緣材料敷設(shè)面，以及絕緣材料敷設(shè)與艙室布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)性等細(xì)節(jié)問(wèn)題，將絕緣材料敷設(shè)在結(jié)構(gòu)的不同側(cè)不僅影響敷設(shè)工作量，而且影響絕緣材料的用量。本文通過(guò)分析規(guī)范規(guī)則的要求，以及船舶布置的特點(diǎn)，研究絕緣布置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，降低船舶建造成本。

1 常用絕緣材料

防火絕緣材料一般采用陶瓷棉、氧化鋁毯和巖棉等。

1）陶瓷棉的隔熱性好，耐高溫，容重較大，用于防火絕緣的容重約為170 kg／m3，價(jià)格相對(duì)便宜，是貨船上廣泛使用的一種防火材料；

2）氧化鋁毯相比陶瓷棉重量稍輕，不含有機(jī)物，煙密度低，導(dǎo)熱系數(shù)小，國(guó)內(nèi)航行的客滾船上使用較多；防火

3巖）棉巖的棉容的重容能重降小到，通56過(guò)k高g／速m3離 以心下機(jī)，單甩位絲面生積產(chǎn)重的量巖小棉的纖防維火可絕作緣為對(duì)A于級(jí)絕耐緣火材分料割用材量料大，國(guó)且外重有量廠控家制生嚴(yán)產(chǎn)格的的豪華游船和客滾船而言較為有利。

表1 為常用防火絕緣材料的重量對(duì)比。

表1 常用防火絕緣材料的重量對(duì)比

隔熱保溫絕緣材料通常采用巖棉或由巖棉與玻璃棉組成的混合棉。對(duì)于一般的遠(yuǎn)洋貨船而言，通常采用容重為100 kg／m3的巖棉作為艙室的隔熱絕緣材料；對(duì)于豪華郵船和客滾船而言，多選用由容重為32 kg／m3甚至更小的巖棉與玻璃棉組成的混合棉或純玻璃棉作為隔熱絕緣材料。

船舶艙室防噪聲材料大致可分為隔聲、吸聲、減振和防振等4 種，噪聲可根據(jù)傳播途徑的不同分為空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲2 種。對(duì)于空氣噪聲，一般選用隔聲或吸聲措施處理，目前通用的隔聲絕緣材料為巖棉和玻璃棉；對(duì)于結(jié)構(gòu)噪聲，一般通過(guò)敷設(shè)阻尼材料或采用彈性支撐處理。

另外，噴涂絕緣材料也可用于防火、隔熱和隔聲等。相對(duì)于傳統(tǒng)絕緣材料的敷設(shè)，噴涂絕緣材料采用機(jī)械設(shè)備施工，效率高，無(wú)接縫熱橋，抗冷凝效果好，但對(duì)背景工程的完整性要求較高，目前國(guó)內(nèi)造船業(yè)應(yīng)用較少。

2 絕緣材料敷設(shè)

2.1 防火絕緣

防火絕緣材料的敷設(shè)主要滿足SOLAS、船級(jí)社等對(duì)防火分隔的要求，采用耐火完整性較好的艙壁和甲板將船舶劃分為若干個(gè)區(qū)域，這些艙壁和甲板將火災(zāi)控制在已發(fā)生火災(zāi)的處所內(nèi)，從而防止火災(zāi)蔓延，防火絕緣材料需為不燃材料［1］。由防火絕緣材料與其他材料組成的防火分隔需滿足《耐火試驗(yàn)規(guī)則》附錄第三部分的要求，其布置需與防火分隔保持一致。除了規(guī)范允許的內(nèi)容，防火絕緣材料的敷設(shè)須與其耐火試驗(yàn)的型式保持一致。圖1 為某產(chǎn)品的A60 級(jí)艙壁耐火試驗(yàn)試樣圖。

圖1 某產(chǎn)品的A60級(jí)艙壁耐火試驗(yàn)試樣圖

2.2 隔熱絕緣

布置隔熱絕緣材料主要是為了滿足艙室保溫的需要，MLC 2006 要求起居處所要充分隔熱［2］。對(duì)于在一般航線及熱帶航線航行的船舶而言，其隔熱絕緣材料的厚度一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值或《船舶設(shè)計(jì)手冊(cè)（舾裝分冊(cè)）》中的推薦值選取［3］。

艙室隔熱絕緣材料的厚度δmin的計(jì)算公式為

式（1）中：Ta為室外溫度，K；Tr為室內(nèi)溫度，K；Tsa為室外壁表面溫度，K；Tsr為室內(nèi)壁表面溫度，K；αa為室外換熱系數(shù)，W／（m2·K）；αr為室內(nèi)換熱系數(shù)，W／（m2·K）；λ為絕熱材料的熱導(dǎo)率，W／（m·K）。室內(nèi)壁表面溫度Tsr的計(jì)算公式為

式（2）中：K為傳熱系數(shù)，W／（m2·K）。

當(dāng)船舶在低溫環(huán)境中航行時(shí)，若艙室內(nèi)溫度較高而室外溫度較低，則艙室外壁的內(nèi)表面易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，露水會(huì)使絕緣材料的水分增加，導(dǎo)致其隔熱能力下降。由于隔熱絕緣材料長(zhǎng)期處在潮濕的環(huán)境中會(huì)損毀，因此在計(jì)算其厚度時(shí)不僅要考慮保溫，而且要考慮防結(jié)露要求。滿足防結(jié)露要求的絕緣材料的最小厚度δmin1的計(jì)算公式［4］為

式（3）中：TRO為室內(nèi)露點(diǎn)溫度，K。取δmin與δmin1中的較大者作為隔熱絕緣材料的厚度。

2.3 隔聲絕緣

對(duì)于空氣噪聲而言，不同密度、不同厚度的巖棉和玻璃棉的吸聲系數(shù)不同，但對(duì)于“中頻”噪聲而言，二者的吸聲系數(shù)接近，結(jié)合艙室布置、內(nèi)裝施工和經(jīng)濟(jì)性等因素，艙室隔聲絕緣材料的厚度可按表2 中的推薦值布置。引發(fā)船舶噪聲的因素有很多，在對(duì)船舶進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮噪聲源的特點(diǎn)。對(duì)于新開(kāi)發(fā)船型和對(duì)噪聲要求較高的船舶而言，需對(duì)其進(jìn)行噪聲計(jì)算，合理選用噪聲材料并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而有效達(dá)到控制噪聲的目的，使船舶的噪聲滿足MSC.337（91）的要求。

表2 隔聲絕緣材料厚度推薦值

3 絕緣布置優(yōu)化

防火絕緣材料的敷設(shè)需滿足SOLAS、船級(jí)社等對(duì)防火分隔的要求，就目前的情況來(lái)看，在進(jìn)行防火絕緣材料布置設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)論是船舶設(shè)計(jì)院還是船廠，都不考慮或極少考慮絕緣材料的敷設(shè)面問(wèn)題。一般情況下，防火絕緣材料的敷設(shè)需與耐火試驗(yàn)的試樣保持一致。圖2 為常用陶瓷棉A60 艙壁絕緣材料敷設(shè)節(jié)點(diǎn)。

圖2 所示絕緣材料敷設(shè)節(jié)點(diǎn)與廠家的耐火試驗(yàn)報(bào)告是一致的，絕緣材料敷設(shè)在結(jié)構(gòu)面上，而船舶設(shè)計(jì)院提供的絕緣布置方案也是將絕緣材料敷設(shè)在結(jié)構(gòu)面上，這樣的布置與耐火試驗(yàn)報(bào)告一致。機(jī)器處所圍壁上的扶強(qiáng)材較多，扶強(qiáng)材上也需敷設(shè)有絕緣材料，且絕緣材料處于機(jī)器處所內(nèi)，其表面需做防護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)器處所圍壁扶墻材上敷設(shè)的絕緣材料的數(shù)量與鋼板上的絕緣材料的數(shù)量相當(dāng)，且在扶墻材上敷設(shè)絕緣材料的難度較大，加上需對(duì)絕緣材料的表面進(jìn)行防護(hù)，在結(jié)構(gòu)面上敷設(shè)防火絕緣材料會(huì)增加船舶建造成本。

圖2 常用陶瓷棉A60級(jí)艙壁絕緣材料敷設(shè)節(jié)點(diǎn)

根據(jù)耐火試驗(yàn)規(guī)則的要求，對(duì)于“通用”的“A”級(jí)艙壁，在結(jié)構(gòu)的任意一側(cè)使用隔熱材料，為取得耐火試驗(yàn)規(guī)則的認(rèn)可，通常要求使用2 個(gè)試樣對(duì)結(jié)構(gòu)的各側(cè)面分別進(jìn)行試驗(yàn)，只有當(dāng)主管機(jī)關(guān)認(rèn)為只對(duì)性能預(yù)計(jì)較差的一側(cè)進(jìn)行單次試驗(yàn)是適當(dāng)?shù)?，才可根?jù)單次試驗(yàn)給予認(rèn)可，但該艙壁以最嚴(yán)苛的方式試驗(yàn)，最嚴(yán)苛的方式視為隔熱層和加強(qiáng)筋均在背火面［5］。結(jié)合規(guī)范和廠家有關(guān)防火絕緣的試驗(yàn)報(bào)告，防火絕緣材料敷設(shè)在圍壁的非結(jié)構(gòu)面上是可行的。因此，可對(duì)船舶設(shè)計(jì)院的絕緣布置圖進(jìn)行優(yōu)化，將絕緣材料布置在非結(jié)構(gòu)面上。通過(guò)對(duì)比可知，修改后的絕緣布置能大大減少對(duì)絕緣材料的使用，同時(shí)非結(jié)構(gòu)面更易于敷設(shè)絕緣材料。

對(duì)于隔熱和隔聲絕緣材料的敷設(shè)，規(guī)范沒(méi)有強(qiáng)制要求，因此其布置設(shè)計(jì)更加靈活。隔熱絕緣材料一般敷設(shè)在起居處所的外圍壁或熱源與起居艙室的限界面上。

對(duì)于起居艙室外圍壁的隔熱絕緣材料敷設(shè)，按常規(guī)的絕緣材料敷設(shè)節(jié)點(diǎn)即可；對(duì)于熱源與起居艙室限界面的絕緣材料敷設(shè)，可綜合考慮結(jié)構(gòu)與內(nèi)裝設(shè)計(jì)，將結(jié)構(gòu)面設(shè)置于熱源處所的內(nèi)部，絕緣材料敷設(shè)在非結(jié)構(gòu)面（起居艙室一側(cè)），這樣既能降低施工難度，減少絕緣材料外部對(duì)保護(hù)材料的使用，增加起居處所的內(nèi)部空間，又能起到隔熱作用。圖3 為鄰近熱源的起居艙室隔熱絕緣布置圖。

圖3 鄰近熱源的起居艙室隔熱絕緣布置圖

對(duì)于隔聲絕緣而言，絕緣材料主要起吸聲作用，因此絕緣材料需布置在鄰接起居處所的噪聲源艙室的內(nèi)部艙壁和甲板頂部。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于絕緣材料的布置而言，在滿足規(guī)范、規(guī)則及使用功能的要求的前提下，還要考慮材料的種類(lèi)、用量和施工工藝等因素。結(jié)合規(guī)范和廠家的耐火試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，將防火絕緣材料敷設(shè)在非結(jié)構(gòu)面上是可行的，而隔熱和隔聲絕緣材料的敷設(shè)沒(méi)有規(guī)范的要求，也可將其敷設(shè)在非結(jié)構(gòu)面上，盡量避免將其敷設(shè)在結(jié)構(gòu)面上，以減少絕緣材料的用量，降低施工強(qiáng)度。另外，在敷設(shè)絕緣材料時(shí)還要結(jié)合艙室布置，將其敷設(shè)在襯板與圍壁之間，以減少對(duì)絕緣表面材料的使用，省去防火絕緣材料在甲板上的延伸，同時(shí)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能地將結(jié)構(gòu)面設(shè)在沒(méi)有襯板的一側(cè)。絕緣材料購(gòu)置和敷設(shè)成本在船舶總建造成本中所占比例不大，但好的絕緣材料布置設(shè)計(jì)有助于降低船舶建造成本。