船用风管的分类与选型

魏文俊，王 柳

（1. 沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129；2. 江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

0 引言

船用风管是用于空气输送和分布的管道系统，主要用于船舶的空调系统、通风系统和部分船用设备的供气和排气等。可根据材质、形状、制作方式、密性要求和隔热要求等进行多种形式的分类。合理的选型对改善舱内空气品质、确保船员日常生活和工作、保障设备正常运行等有着重要作用，能确保船舶的各类空调和通风系统有效运行。

1 船用风管的分类

船用风管可根据风管本身的材质、尺寸、壁厚和形状、所服务空调和通风系统的设计要求，以及所服务船舶需满足的设计规范等进行类型的细分（见图1）。

图1 船用风管的类型

然而，各种类型之间存在着直接或间接的对应关系，如：风管的材质和壁厚存在对应关系，薄壁风管采用镀锌钢板作为材质，厚壁风管则采用钢板等作为材质；隔热需求和所服务的空调通风系统存在对应关系，预绝热风管用于空调系统（或途经空调舱室的常温风管），非绝热风管则用于通风系统；密性要求和设计规范存在对应关系，有密性要求的特殊舱室采用厚壁、焊接的密性风管，其他舱室只需风管满足漏风量要求即可。因此，船用风管可以以所服务的空调通风系统和设计规范为基础，结合材质、壁厚、形状、密性要求、隔热要求和其他特性进行分类（见表1）。

表1 船用风管的分类表

2 船用风管特性和选型

2.1 风管的自身特性

风管的材质、规格、性能与壁厚应符合设计要求，当风管壁厚没有设计要求时，应参考相应设计规范执行（见表2[1-3]）。

表2 风管板材厚度表（单位：mm）

然而，考虑到船用风管的使用工况是海洋环境和航行状态，空气中的盐雾浓度较高、整船存在摇摆和振动情况，对风管耐腐蚀能力、抗振能力和防变形能力的要求高于建筑。因此，对于咬口制作的薄壁风管，以表2中的高压系统进行选型。借鉴实船建造经验，对于b＞700 mm的矩形风管，则采用焊接制作的厚壁风管代替；对于卷制的螺旋风管，则在表2的基础上进行加厚（见表3）。3种类型的船用风管见图2。

表3 船用风管板材厚度表（单位：mm）

图2 船用风管实物图

续图2 船用风管实物图

2.2 风管规格和换算

螺旋风管是采用专门的加工机械和生产流水线制作的，其规格有生产厂家指定[4]，且与相关设计手册中圆形风管的标准规格相同，故可按表4中圆形风管的公称直径进行选型。矩形风管分为标准规格和非标准规格，标准规格的矩形风管可按表4进行选型。

表4 船用风管板材厚度表（单位：mm）

然而，当船舶受到层高和吊顶高度的制约，无法采用标准规格时，可采用非标准规格的矩形风管，其最大的长边与短边之比为4[4]。在已知标准规格时，可通过当量通径计算非标准规格[5-6]：

式中：dv为等流速当量直径；dg为等流量当量直径；a为风管高度；b为风管宽度。

此外，在选择风管规格时，应综合考虑风速和噪音指标，过高的风速会产生噪音污染，影响船员的生活和工作环境。因此，在已知风量的前提下，需根据所选风管规格，计算并考核风速和噪音指标（见式（3）），确保风速和噪音符合设计标准[6-8]（见表5）。

表5 船用风管风速和噪音指标

式中：Lw为直管气流噪声声功率等级；Lwc为直管比声功率级，一般取10 dB；v为直管内气流速度；F为风管截面积。

2.3 密性风管的选用

气性风管的主要作用是将风管内部的易燃、易爆、有毒有害气体、烟气和油气等，与途经的其他舱室进行隔绝[8-10]，防止因上述气体泄漏引起的燃、爆或人员中毒等事件的发生。或将途经有气密要求的重要舱室和区段的风管与该舱室和区段进行隔绝，防止各风机未开启时，此类重要舱室中残留的易燃、易爆或有毒有害气体通过途经此类舱室的风管进入其他工作舱室或人员住舱，引发燃、爆或人员中毒等事件的发生。气密风管是采用厚度不小于2 mm的钢板焊接而成的风管[11]，并采用带有密封槽和密封材料的气密风管法兰[12]进行连接，确保气密风管的密性（见图3）。

图3 气密风管和法兰示意图

水密风管的主要作用则是将穿过位于破舱水线以下的水密舱壁，与相邻舱室进行隔绝，并设置水密截止附件，用以确保安全性。因此，水密风管是采用厚度不小于3 mm的钢板焊接而成，同样采用上述气密风管法兰作为端部的连接件。同时，为了防止破舱浸水时，矩形水密风管无法承受内部海水压力（或外部海水压力）而破损，需在风管长边中心增设1 mm厚的支撑梁[13]（见图4）。此外，对于位于破舱水线以上、途经半露天区域的矩形风管，也可采用水密风管的形式，有效防止风雨、海浪等进入舱室，而此类水密风管不承担破舱浸水时，隔绝海水和承压的作用，可不增设支撑梁。

图4 支撑梁示意图

2.4 隔热材料和防火

为了防止风管内外的介质，因存在较大温差而产生冷热交换和冷凝水，用于空调送风和途经空调舱室的通风风管，需要包覆隔热材料。此外，风管需采用钢制或其他通风材料，且任何用于风管结构的材料，包括隔热材料应为不燃材料，与隔热材料一起使用的粘合剂应具有低播焰性[14-15]，故船用风管的隔热材料可采用岩棉、矿棉、多晶丝和陶瓷纤维毯等。而对于空调送风管末端的挠性软管，则可以采用圆形绝热防火软管制作，防火软管由铝箔层、金属骨架、岩棉和铝箔胶带等构成[16]；对于空调器和风机等设备进出口的帆布软管，则可采用船用防火软管制作，防火软管由防火布、聚四氟乙烯（Poly Tetra Fluoroethylene，PTFE）涂层、钢丝线和法兰等构成[17]。

2.5 风管设计和选型

船用风管在设计中，除了按所服务的空调和通风系统的设计要求、所服务船舶需满足的设计规范、密性要求、隔热材料及防火要求和风管的常规设计要求外，还需根据施工可行性，对风管的制作方式进行选择。现场施工过程中，会因结构变形、人为原因等因素产生施工误差，通常使用合拢管来消除误差。然而，为了方便现场施工、减少工作量、确保施工进度，针对不同的设计情况，需采用不同的制作方式来消除误差、完成风管的装焊工作，除合拢管的制作方式外，主要采取调整管和套管（见图5）。

图5 用于消除误差的风管制作方式

船用风管设计中，除了在设备和风管的连接处，需要设置合龙管来消除可能出现的施工误差外，对于风管管线较长，需在末端进行长度调整。对于只需在风管长度方向消除累计误差，避免因合拢管设置过多影响施工周期等情况，应采用调整管和套管的制作形式来消除可能出现的施工误差。3种方法的特点见表6[18]。

表6 误差消除方法汇总表

3 船用风管的选型总结

船用风管在设计选型时，应以空调通风系统的特性和设计规范的要求为理论依据，来明确风管的材质、密性要求和隔热要求的选择；并结合风速和噪音指标的理论计算，来选用合适的风管规格，完成风管设计的合理选型。船用风管的选型推荐见表7。

表7 船用风管的选型推荐表

4 结论

本文以所服务的空调通风系统和设计规范为基础，结合自身特性、密性要求和隔热要求等对船用风管进行分类。并根据风管设计中遇到的实际情况，结合风速、噪音和施工可行性等，有针对性地修改风管的规格、形状和制作形式。在此基础之上，提出船用风管的选型依据。本文的研究成果可为船用风管的分类与选型提供一定参考。