船舶绝缘布置设计方法

张敬党，袁 峰，顾波杰，韩 帅

（瑞玛船舶工程（上海）有限公司，上海200040）

0 引 言

船舶绝缘材料主要应用于防火绝缘、隔热保温绝缘和隔声绝缘等领域中。防火绝缘是指将绝缘材料敷设在甲板或围壁上，以满足《国际海上人命安全公约》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）、《法定检验技术规则》和《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》（Adoption of the International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels，IGF）等规范中的防火分隔等级要求，主要考虑的是保证船舶的安全性。为使舱室维持适宜的工作和生活环境，需对其进行隔热保温设计，隔热保温绝缘布置关系到舱室的温度控制，进而影响船舶的舒适性，《国际劳工公约2006》（Maritime Labour Convention 2006，MLC 2006）和各船级社规范对国际航行船舶的舱室隔热保温绝缘有强制要求。噪声是评定船舶舒适性的因素之一，噪声过大会影响船员的工作和生活，损伤人的听觉并引起其他疾病，因此需对船上人员工作和居住住所的噪声进行控制，GB 5979—1986（《海洋船舶噪声级规定》）、MSC.337（91）（《船上噪声等级规则》）和各船级社规范等对船舶的起居处所、机舱区和驾驶区的噪声值进行了限定。绝缘材料布置设计需满足规范和规则的要求，而目前的绝缘设计很少考虑具体的绝缘材料敷设面，以及绝缘材料敷设与舱室布置和结构设计的相关性等细节问题，将绝缘材料敷设在结构的不同侧不仅影响敷设工作量，而且影响绝缘材料的用量。本文通过分析规范规则的要求，以及船舶布置的特点，研究绝缘布置优化设计方法，降低船舶建造成本。

1 常用绝缘材料

防火绝缘材料一般采用陶瓷棉、氧化铝毯和岩棉等。

1）陶瓷棉的隔热性好，耐高温，容重较大，用于防火绝缘的容重约为170 kg／m3，价格相对便宜，是货船上广泛使用的一种防火材料；

2）氧化铝毯相比陶瓷棉重量稍轻，不含有机物，烟密度低，导热系数小，国内航行的客滚船上使用较多；防火

3岩）棉岩的棉容的重容能重降小到，通56过k高g／速m3离 以心下机，单甩位丝面生积产重的量岩小棉的纤防维火可绝作缘为对A于级绝耐缘火材分料割用材量料大，国且外重有量厂控家制生严产格的的豪华游船和客滚船而言较为有利。

表1 为常用防火绝缘材料的重量对比。

表1 常用防火绝缘材料的重量对比

隔热保温绝缘材料通常采用岩棉或由岩棉与玻璃棉组成的混合棉。对于一般的远洋货船而言，通常采用容重为100 kg／m3的岩棉作为舱室的隔热绝缘材料；对于豪华邮船和客滚船而言，多选用由容重为32 kg／m3甚至更小的岩棉与玻璃棉组成的混合棉或纯玻璃棉作为隔热绝缘材料。

船舶舱室防噪声材料大致可分为隔声、吸声、减振和防振等4 种，噪声可根据传播途径的不同分为空气噪声和结构噪声2 种。对于空气噪声，一般选用隔声或吸声措施处理，目前通用的隔声绝缘材料为岩棉和玻璃棉；对于结构噪声，一般通过敷设阻尼材料或采用弹性支撑处理。

另外，喷涂绝缘材料也可用于防火、隔热和隔声等。相对于传统绝缘材料的敷设，喷涂绝缘材料采用机械设备施工，效率高，无接缝热桥，抗冷凝效果好，但对背景工程的完整性要求较高，目前国内造船业应用较少。

2 绝缘材料敷设

2.1 防火绝缘

防火绝缘材料的敷设主要满足SOLAS、船级社等对防火分隔的要求，采用耐火完整性较好的舱壁和甲板将船舶划分为若干个区域，这些舱壁和甲板将火灾控制在已发生火灾的处所内，从而防止火灾蔓延，防火绝缘材料需为不燃材料［1］。由防火绝缘材料与其他材料组成的防火分隔需满足《耐火试验规则》附录第三部分的要求，其布置需与防火分隔保持一致。除了规范允许的内容，防火绝缘材料的敷设须与其耐火试验的型式保持一致。图1 为某产品的A60 级舱壁耐火试验试样图。

图1 某产品的A60级舱壁耐火试验试样图

2.2 隔热绝缘

布置隔热绝缘材料主要是为了满足舱室保温的需要，MLC 2006 要求起居处所要充分隔热［2］。对于在一般航线及热带航线航行的船舶而言，其隔热绝缘材料的厚度一般根据经验值或《船舶设计手册（舾装分册）》中的推荐值选取［3］。

舱室隔热绝缘材料的厚度δmin的计算公式为

式（1）中：Ta为室外温度，K；Tr为室内温度，K；Tsa为室外壁表面温度，K；Tsr为室内壁表面温度，K；αa为室外换热系数，W／（m2·K）；αr为室内换热系数，W／（m2·K）；λ为绝热材料的热导率，W／（m·K）。室内壁表面温度Tsr的计算公式为

式（2）中：K为传热系数，W／（m2·K）。

当船舶在低温环境中航行时，若舱室内温度较高而室外温度较低，则舱室外壁的内表面易出现结露现象，露水会使绝缘材料的水分增加，导致其隔热能力下降。由于隔热绝缘材料长期处在潮湿的环境中会损毁，因此在计算其厚度时不仅要考虑保温，而且要考虑防结露要求。满足防结露要求的绝缘材料的最小厚度δmin1的计算公式［4］为

式（3）中：TRO为室内露点温度，K。取δmin与δmin1中的较大者作为隔热绝缘材料的厚度。

2.3 隔声绝缘

对于空气噪声而言，不同密度、不同厚度的岩棉和玻璃棉的吸声系数不同，但对于“中频”噪声而言，二者的吸声系数接近，结合舱室布置、内装施工和经济性等因素，舱室隔声绝缘材料的厚度可按表2 中的推荐值布置。引发船舶噪声的因素有很多，在对船舶进行降噪设计时，需充分考虑噪声源的特点。对于新开发船型和对噪声要求较高的船舶而言，需对其进行噪声计算，合理选用噪声材料并进行结构设计，从而有效达到控制噪声的目的，使船舶的噪声满足MSC.337（91）的要求。

表2 隔声绝缘材料厚度推荐值

3 绝缘布置优化

防火绝缘材料的敷设需满足SOLAS、船级社等对防火分隔的要求，就目前的情况来看，在进行防火绝缘材料布置设计时，无论是船舶设计院还是船厂，都不考虑或极少考虑绝缘材料的敷设面问题。一般情况下，防火绝缘材料的敷设需与耐火试验的试样保持一致。图2 为常用陶瓷棉A60 舱壁绝缘材料敷设节点。

图2 所示绝缘材料敷设节点与厂家的耐火试验报告是一致的，绝缘材料敷设在结构面上，而船舶设计院提供的绝缘布置方案也是将绝缘材料敷设在结构面上，这样的布置与耐火试验报告一致。机器处所围壁上的扶强材较多，扶强材上也需敷设有绝缘材料，且绝缘材料处于机器处所内，其表面需做防护。据统计，机器处所围壁扶墙材上敷设的绝缘材料的数量与钢板上的绝缘材料的数量相当，且在扶墙材上敷设绝缘材料的难度较大，加上需对绝缘材料的表面进行防护，在结构面上敷设防火绝缘材料会增加船舶建造成本。

图2 常用陶瓷棉A60级舱壁绝缘材料敷设节点

根据耐火试验规则的要求，对于“通用”的“A”级舱壁，在结构的任意一侧使用隔热材料，为取得耐火试验规则的认可，通常要求使用2 个试样对结构的各侧面分别进行试验，只有当主管机关认为只对性能预计较差的一侧进行单次试验是适当的，才可根据单次试验给予认可，但该舱壁以最严苛的方式试验，最严苛的方式视为隔热层和加强筋均在背火面［5］。结合规范和厂家有关防火绝缘的试验报告，防火绝缘材料敷设在围壁的非结构面上是可行的。因此，可对船舶设计院的绝缘布置图进行优化，将绝缘材料布置在非结构面上。通过对比可知，修改后的绝缘布置能大大减少对绝缘材料的使用，同时非结构面更易于敷设绝缘材料。

对于隔热和隔声绝缘材料的敷设，规范没有强制要求，因此其布置设计更加灵活。隔热绝缘材料一般敷设在起居处所的外围壁或热源与起居舱室的限界面上。

对于起居舱室外围壁的隔热绝缘材料敷设，按常规的绝缘材料敷设节点即可；对于热源与起居舱室限界面的绝缘材料敷设，可综合考虑结构与内装设计，将结构面设置于热源处所的内部，绝缘材料敷设在非结构面（起居舱室一侧），这样既能降低施工难度，减少绝缘材料外部对保护材料的使用，增加起居处所的内部空间，又能起到隔热作用。图3 为邻近热源的起居舱室隔热绝缘布置图。

图3 邻近热源的起居舱室隔热绝缘布置图

对于隔声绝缘而言，绝缘材料主要起吸声作用，因此绝缘材料需布置在邻接起居处所的噪声源舱室的内部舱壁和甲板顶部。

4 结 语

对于绝缘材料的布置而言，在满足规范、规则及使用功能的要求的前提下，还要考虑材料的种类、用量和施工工艺等因素。结合规范和厂家的耐火试验节点，将防火绝缘材料敷设在非结构面上是可行的，而隔热和隔声绝缘材料的敷设没有规范的要求，也可将其敷设在非结构面上，尽量避免将其敷设在结构面上，以减少绝缘材料的用量，降低施工强度。另外，在敷设绝缘材料时还要结合舱室布置，将其敷设在衬板与围壁之间，以减少对绝缘表面材料的使用，省去防火绝缘材料在甲板上的延伸，同时在进行结构设计时尽可能地将结构面设在没有衬板的一侧。绝缘材料购置和敷设成本在船舶总建造成本中所占比例不大，但好的绝缘材料布置设计有助于降低船舶建造成本。