800 TEU近海航区敞口集装箱船舱底系统设计

姚宇廷

（上海欧德利船舶设计工程有限公司，上海 200023）

关键字：近海航区；敞口集装箱船；舱底泵；舱底系统设计；水喷淋系统

0 引言

敞口集装箱船的特点在于拥有一个或多个没有舱盖的货舱。这种无舱口设计能够有效提高装货和卸货的效率，在中短途货物运输工作中优势较为明显，已成为近海航运的首选船型，但也正因为货舱无舱盖，航行时以及船舶失去动力漂浮时的上浪、降雨、消防喷淋水都会使货舱产生大量积水，排除这些积水对船舶的稳性，及航行安全显得尤为重要，也决定了该船型的舱底系统设计和普通箱船的设计有较大区别。

1994年，国际海事组织（IMO）颁布了《敞口集装箱船暂行指南》，该文件适用于无限航区航行的敞口集装箱船，我国海事局于2008年颁布了《敞口集装箱船检验暂行规则(2008)》（以下简称：规则2008）。该规范既纳入了上述IMO指南的内容，也制定了我国沿海右舷航区航行的敞口集装箱船的安全要求，从而为有限航区、江海航行敞口集装箱船的设计建造提供了依据。

1 800 TEU船型参数和基本特点

1.1 船型参数

总长：～146 m；

垂线间长：142.2 m；

型宽：23.25 m；

型深：10.5 m；

设计吃水：6.5 m；

载重量：13 200 dwt；

最大箱位：816箱/54冷藏箱；

定员：20人；

服务航速：13 kn。

1.2 船型特点

本船采用直艏，节能线型。设计有5个货舱，1号和2号货舱可装运4.1、4.2、4.3、5.1和5.2类危险货物，并带有舱盖；3号至5号货舱为敞口货舱；3号和4号货舱为40ft双箱位大货舱。

封闭和敞口货舱均配置了固定式水喷淋灭火系统。

2 敞口集装箱船舱底系统的设计要求

2.1 舱底泵的数量

规则2008中要求应至少有3台舱底泵可用于排放敞口货舱舱底水。该类泵中至少1台应具有不小于上述要求的排量，且只允许其用作排放舱底水和压载服务。该泵的布置应布置在主动力源处所之外，并由应急配电板供电，另外至少2台泵的组合排量应不小于规定的要求，该泵可由主电源或应急配电板供电。800箱船于机舱配置2台舱底泵，并在艏侧推/应急消防泵舱布置第3台舱底泵，并由应急配电板供电，以满足规范要求。

2.2 舱底泵的排量

规则 2008中的要求舱底排水系统应具有足够的排水能力，使之能排放下述5项中较大者，并要求提交《敞口货舱舱底排水系统计算书》以审查船舶的排水能力是否达到规范要求，计算书应从如下5个方面对舱底泵的排量进行计算，并选取最大者。

1）由综合模型试验确定的海上航行状态下最大的每小时货舱上浪量

根据800 TEU的“耐波性特性模型试验报告表（表1），每小时的进水高度最大发生在艏斜浪135°的时候，3B.4A货舱底面积为490 m2，3A和4B货舱底面积各为245 m2，5货舱底面积为230 m2，据此可以得出全船敞口货舱每小时的上浪量最大。

表1 不同开口舱在不同工况下上浪量（每小时进水高度，实船，单位：mm/h）

2）每小时100 mm降雨量（不考虑所设置的防雨棚）

根据3号至5号敞口货舱的敞口面积之和为1 152 m2，可以得出按每小时100 mm的降雨量时，货舱的进水量为115.2 m3/h。

3）模型在横浪无动力状态下耐波性试验表 6所测得的货舱每小时上浪量乘以安全系数2

根据800 TEU的“耐波性特性模型试验报告”中模型在横浪无动力状态下耐波性试验所测得的货舱每小时上浪量，3B和4A货舱底面积为490 m2，3A和4B货舱底面积各为245 m2，5货舱底面积为230 m2，据此数据可得出全船敞口货舱横浪情况下每小时的上浪量为67.1 m3/h

按规范要求需乘以安全系数 2，因此实际取值为134.2 m3/h。

4）最大敞口货舱内消防所需水量的4/3

800 TEU仅第1&2货舱设有风雨密舱口盖。按规格书描述，第1和第2货舱需装载危险货品，种类为：4.1类（易燃固体）、4.2类（易于自燃的物质）、4.3类（遇水发生易燃气体的物质）、5.1类（氧化剂）及5.2类（有机过氧化合物）。按规范要求应设有固定式喷雾器设备或用水浸入货物处所的设备，以使指定甲板下的货物处所按货物处所水平区域面积每平方米5 L/min的水量得到有效冷却。所要求的总供水量应按最大的指定货物处所同时计算。由于本船2#货舱为最大封闭货舱，水平面积为230.4 m2，因此所需的喷淋水量为1 152 L/min，即69.12 m3/h。

本船第3至5货舱为敞口货舱，敞口货舱的灭火系统应基于将火抑制在货源所在的箱跨和冷却相邻的区域，以防止结构损坏的原理。需采用固定水雾系统进行保护。该系统能从甲板平面下将水雾喷入货舱，能有效将火抑制在货源所在的集装箱箱跨。水雾系统划分成2个区域，在每个敞口货舱内，围绕一个集装箱箱跨，沿甲板平面布置一个环状管路。水雾系统向敞口货舱的每个集装箱箱跨的外侧界面喷射水雾，并冷却相邻的结构，喷口应均匀布置。喷水密度设计值为1.1 l/min·m2，规则2008要求至少设置一台专用消防泵用于货舱水雾系统，且其排量应能同时向任意敞口集装箱货舱内的所有集装箱箱跨供水。

五个敞口货舱箱跨总面积为2 550 m2，根据喷水密度要求1.1 l/min·m2，计算所得专用消防泵的最小排量为168 m3/h。因此于机舱布置2台100 m3/h的专用水喷淋消防泵，总排量200 m3/h大于敞口货舱计算值 168 m3/h，同时也大于封闭货舱计算值69.12 m3/h的要求。根据两台喷淋消防水泵的总水量200 m3/h，同时考虑4股消防水柱，则最大敞口货舱内消防水量为248 m3/h，按规范要求需乘以安全系数4/3，排水泵取值为331 m3/h。

5）相当于封闭货舱所需要的排量。

封闭货舱毎一舱底泵的排量Q（m3/h）应小于按式(1)计算之值：

式中：D为舱成水总管内径，mm，按式(2)计算。

式中：L为船长；B为船宽；D为型深。

以实船参数代入公式，L=142.2 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：D=141 mm，Q=113 m3/h。

综上 1）～5）项，最大值为第 4）项，排量为331 m3/h，考虑一定的余量后，本船舱底泵每台排量定为380 m3/h，可以满足规范的要求。

2.3 舱底管系的设计

800箱货舱区域设纵向双层底管弄，用于布置舱底总管和支管连接于每个货舱的污水井，考虑船舶纵倾和横摇情况下的有效排水，每个货舱设前后左右共4个污水井，间距不大于规范要求的40 m距离，通过止回阀和遥控蝶阀连接至舱底总管。每个货舱污水井设高位报警。舱底总管通过机舱的 2台舱底泵和布置于应急消防泵舱的第3台舱底泵排除敞口货舱和封闭货舱内的舱底水。舱底总管的管径根据2.2节第(5)项计算值，并考虑到舱底水总管的合理流速在2 m/s～3m/s的要求。实际选用舱底总管的管径为 φ280×15.9的 PPH管。机舱内则选用φ273×9的无缝钢管，可匹配1台380 m3/h舱底泵的流量要求。每个货舱的舱底水支管根据常规集装箱船计算公式选取，见式(3)。

式中：d为舱成水总管内径，mm；C1为货舱长度。

以实船参数代入公式，C1=28.8 m，B=23.25 m，D=10.5 m，得到：d=92.34 mm。实际3号和4号双箱位大货舱内舱底水支管为φ140×8的PPH管，其余5号敞口货舱，1号和2号带盖货舱内舱底水支管为φ110×6.3的PPH管。

根据规范要求，如拟在围蔽货物处所载运大量易燃或有毒液体，应考虑为这些处所配备附加的排放装置，通常都是为这些处所配备独立的舱底泵，800 TEU第1和第2封闭货舱需装载危险货品，种类是种类为：4.1类（易燃固体）、4.2类（易于自燃的物质）、4.3类（遇水发生易燃气体的物质）、5.1类（氧化剂）及5.2类（有机过氧化合物），并未装载3类易燃液体或6类有毒物质，因此第1和第2封闭货舱的舱底管系可以和第3与第5敞口货舱的舱底系统共用一根总管，舱底系统原理请见图1。

3 需要注意和改进的方面

图1 敞口货舱舱底水原理

由于《敞口集装箱船检验暂行规则(2008)》中可以允许2台舱底泵的组合排量不小于所述的计算要求，故原设计中的3台380 m3/h的舱底泵，布置在机舱中的2台380 m3/h的舱底泵可以减配为2台190 m3/h的舱底泵，使之组合排量大于敞口货舱舱底泵的计算值即可，以降低船厂的造船成本。

4 结论

本文以已经交付使用的2条800箱敞口集装箱船为例，详细的分析了敞口货舱与封闭货舱共存的集装箱船的舱底水系统的设计要求，舱底泵排量的计算方法；给出了舱底排水系统的典型布置方式，并总结了敞口集装箱船舱底水系统设计需要注意，以及后续可以优化改进的措施，希望能给今后同类型的敞口集装箱船轮机设计人员提供借鉴和帮助。