海洋工程项目蓄电池间通风设计

郭 刚，刘庆祝

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

海洋工程项目蓄电池间通风设计

郭 刚，刘庆祝

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

文章介绍了海洋工程项目中蓄电池间通风设计的通风量计算、设备选型要求及风管布置原则，并强调了在设计过程中所需要特别注意的事项，最终得出船东、船检及船厂都满意的设计方案。

蓄电池间；通风量计算；设备选型；风管布置

0 引言

蓄电池作为船舶及海洋工程上的重要能量储备，担负着在应急情况下向重要设备和逃生设备提供电源的重要任务。相比起常规民用船舶而言，海洋工程上的蓄电池数量更多，容量更大，更容易引起所存放空间的氢气聚集，从而造成危险。本文从蓄电池间的通风量计算作为切入口，介绍蓄电池间通风设计时需要考虑的设备选型要求、风管布置要求及设计中需要特别考虑的注意点。

1 蓄电池间的通风量计算

蓄电池间的通风量计算通常采用如下方法，最后选取各计算结果中的最大值作为最终的房间通风量。

通过房间的热负荷计算所需通风量，即计算通过舱壁、甲板、窗户等围护结构传入的热量和太阳辐射热量，计算房间内部发热设备、灯光、人员等释放出的热量，将所有的热量累加后，选取合适的送风温差计算后所得的送风量。基本公式为

式中，Q为室外新风量，m3/h；qs为蓄电池间得热量总和，W；c为空气比如容，1 005 J/(kg·K)；ρ为空气密度，1.2 kg/m3；ΔT为送风温差，K，一般为8 K～10 K。

通过船级社规范或是技术规格书要求的最小房间换气次数来计算所需通风量。一般而言，建造技术规格书中或是船级社的规范中对蓄电池间的最小换气次数都有一定要求，可选取所要求的换气次数乘以房间的容积即可得出所需的通风量。基本公式为

式中，Q为室外新风量，m3/h；V为蓄电池间容积，m3；n为换气次数，次/小时。

根据 IEC 61892-7[1]标准中不同类型蓄电池的氢气释放量来计算所需通风量。给蓄电间通风的目的是维持房间内氢气浓度低于最低爆炸下限（LEL）的4%，并维持房间内氧气量在正常水平。如果风道可以从蓄电池间顶部直接通往大气，并且风道的垂直倾斜部分不超过45°，则可以采用自然通风，此时空气进口和出口的最小净截面积可按下式计算：

式中，A为空气进口和出口的净截面积，cm2；Q为室外新风量，m3/h。

如果自然通风不可行或是效果不够理想，则需采用机械通风，此时，蓄电池所产生的排气量应按下式计算，m3/h：

式中，n为电池数量，m3/h；Igas为产生气体的电流，mA/(Ah)，按照表1所示，浮充充电电流为Ifloat，升压充电电流为 Iboost；Crt为铅酸蓄电池（Ah）容量C10，Uf=1.8 V/电池20℃时，或镍铅蓄电池（Ah）容量C5，Uf=1.00 V/电池20℃时。

最终房间的通风量至少要大于蓄电池充电时所产生的排气量。

表1 用恒定电流／恒定电压充电时的电流I的值

2 蓄电池间的通风设备选型及风管布置

按照IEC 61892-7[1]标准及API-RP505[2]标准中对危险区域的划分，由于蓄电池在充电过程中会产生大量氢气，所以蓄电池间通常会被定义为危险区域。对于危险区域应提供足够的通风，以减少危险爆炸性气体的积聚。如有可能，应通过提供足量的通风来消除危险区域或是降低区域的危险等级，比如将0区降低为1区，或是将1区降低为2区。

为了确保房间内的氢气浓度低于最低爆炸下限，同时避免危险气体的积聚，可采用下述措施加以实现：

1）确保舱室内的通风量是上述条目1中三者计算后的最大值，且不小于每小时12次的换气次数；

2）确保房间内及出口和入口的气流组织良好、通畅，气流不受阻，气流不短路；

3）考虑到氢气密度小于空气，故送风口应布置在房间下部，距离地面300 mm左右为宜，使室外新风流经所有的蓄电池组，抽风口应布置在房间顶部（机械抽风），可及时抽走房间内产生的氢气，避免易爆气体的积聚；

4）蓄电池间的通风系统应独立于其他区域的通风系统，抽风应直接排至大气，不得循环使用；

5）进风口应布置在非危险区域，出风口应布置在非危险区域或是危险级别较低的区域；

6）在房间内应设置氢气监测装置，一旦气体浓度超过设定值，将发出报警信号并根据情况采取相应保护措施，如启动备用风机、切断充电装置等；

7）在房间内安装差压监控装置，一旦监测到房间内外压差低于设定值（通常为25 Pa或是50 Pa），则发出报警信号并采取相应保护措施；

8）当电池排列成两列或多列时，所有架子的前后空间不少于50 mm，以便空气流通。

考虑到通常情况下蓄电池间被定义为危险区域，所以安装在该房间内部的所有电气设备均要求具有防爆特性并适合相应的危险等级，一旦房间内通风失效时将可以采取必要的保护措施（见表 2）来避免爆炸现象的发生。

对服务于蓄电池间的通风机，除了电机需要满足相应的防爆要求外，风机的设计和制作材料也需要满足无火花要求，以防止万一风机的叶片和风机壳体接触时可能产生火花，导致风道内的可燃易爆气体被引爆。同时，风机的电机应布置在风道外部，避免危险气体与之接触。离心风机或是采用皮带传动的轴流风机是比较合适的选择。

表2 房间内安装的电气设备在增压失效时采取的保护措施

3 蓄电池间通风设计注意事项

针对海洋工程项目中的蓄电池间通风设计，应特别注意几点。由于电池技术的不断更新和完善，当今的蓄电池已不仅仅是单一的铅酸充电电池，碱性电池、镍氢电池、锂电池等也广泛应用在实际的工程项目中。即便是铅酸蓄电池，也出现了充电时氢气释放量非常小的密封阀控型电池，其氢气释放量完全可以满足如ABS规范[3]中要求的低氢气释放量类型电池（LHE），对于存放此类电池的电池间经主管机关或是相关船级社同意后可以被定义为非危险区。但是铅酸密封阀控型电池对存放的房间温度有一定的要求，最佳温度是20℃～25℃，这样才可以维持电池的最佳工作状态，延长电池的使用寿命。表3数据来源于电池厂家，可以看出，随着室内温度的增加，电池的寿命呈缩短趋势。

表3 电池预期寿命受环境温度的影响

相比之下，如果选用碱性电池，则其工作环境温度相对宽松很多，只要维护得当，电池可以在−20℃～50℃的环境温度中稳定运行20年左右。

需要特别注意的是，当蓄电池间被定义为危险区域时，服务于蓄电池间的通风风道不允许穿越起居处所、服务处所、控制站和厨房。同样，服务于起居处所、服务处所和控制站的通风风道也不允许穿越蓄电池间。这一点在进行风道布置时必须引起足够重视，避免与IMO MODU CODE[4]的要求相违背。

服务于蓄电池间的通风风道应考虑一定的防腐蚀处理措施，可采用厚壁碳钢钢板焊接后喷涂油漆或是采用防腐蚀性能更好的不锈钢钢板作为风道的制作材料。

4 结论

由于蓄电池间内具有可能会产生危险易燃易爆气体的特殊性，在进行这一房间的通风设计时要紧扣相关法规和标准，了解房间内电池的种类和特性，合理地选用满足条件的风机、风闸等设备，合理地进行风道的布置，最终得到船东、船检及船厂都满意的设计方案。

[1] IEC. Mobile and Fixed Offshore Units – Electrical Installations – Part 7: Hazardous Area: IEC 61892-7[S]. 2007.

[2] API. Recommended Practice for Classification of Location for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Zone 0, Zone 1 and Zone 2: API –RP505[S]. 1997.

[3] ABS. ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels 4-8-4/5.5[S]. 2010.

[4] IMO. Code for the Construction and Equipment of Mobile Offshore Drilling Units[S]. 2009.

Ventilation Design for Battery Room on Offshore Platform

GUO Gang, LIU Qingzhu

(COSCO Shanghai Shipyard Co., Ltd., Shanghai 200231, China)

The article introduces the calculations of air flow rate, equipment selection and ductwork system design for the battery room on the offshore platform. Some main points during ventilation design process are emphasized. The design scheme is gained which is satisfactory by the shipowner, class society and the shipyard.

battery room; calculation of ventilation air flow; equipment selection; ductwork arrangement

U664.86

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.011

郭刚（1978—），男，工程师，研究方向：船舶及海洋工程通风空调制冷方面的设计。