大型集装箱船货舱通风管路选型分析

陆军,吴正华,张征

(上海外高桥造船有限公司,上海 200137)

大型集装箱船甲板上装满货柜后,显得庞大无比,其甲板下的空间也就是货舱也是主要装载货柜的区域。货舱不属于密闭空间,因为货舱是有足够的机械通风的。货舱的机械通风管路一般布置在货舱的横舱壁内,货舱的环境和上建机舱等舱内环境还是有所差别的,不是严格意义上的风雨密处所,也不算露天区域。因为集装箱船货舱的舱口盖多为吊装式舱口盖,左右两侧的舱盖通过吊装方式压装在舱口围上。左舱盖和右舱盖之间留有分离缝,防止左右两舱盖在盖装时存在刚性摩擦,损坏舱盖。但是雨水也会通过分离缝流入货舱内,对货舱内部造成侵蚀。因此货舱内部环境较上建和机舱差很多,货舱的通风管路设计在材料等的选择上需要特别重视。

1 货舱通风管路的常规布置

一般集装箱船的布置非常紧凑,通常对货舱内的冷藏集装箱采用机械送风和自然出风。按船级社规范要求,每个40 ft冷藏集装箱的送风量是4 500 m3/h。送风管一般布置在货仓的横舱壁里,这边有走道和平台,方便操作和维修。每路风管都会设置多个出风口,对准冷藏集装箱的冷凝器定点送风。风机一般设置在舱内易于安装、吊出和维修的处所,并且不能离进风口太远[1]。典型的货舱通风布置见图1。

图1 典型货舱通风布置

从图1中可以看出,风管无论在管径还是在数量上都是比较大的。以某集装箱船为例,货舱风管的用量是上层建筑风管的4～6倍。因此风管的选型在货舱通风中是非常重要的一个环节。传统常用的的风管材料是厚壁钢质圆形风管,因为普通的螺旋风管口径小,管壁薄,容易变形,且防腐蚀能力比较弱。但是随着时代的进步,工艺技术的推进,货舱通风管也越来越多地使用螺旋风管。

2 风管的选材和制作及安装

2.1 钢质圆风管

货舱区域的钢质圆风管的壁厚按管径大小进行选取,实船建造时按表1进行取值[2]。

表1 钢质圆风管管径与壁厚取值 mm

从表1不难发现,货舱区通风采用的钢质圆风管壁厚都在4 mm以上,比较厚。厚壁钢质圆风管的制作基本流程见图2[3]。

图2 厚壁钢质圆风管制作流程

钢质圆风管的加工是以钢板为原材料,通过卷圆机将平板卷制成规定口径的圆管。卷圆机将风管加工成型后,需要通过人工将风管从辊筒的外侧抽出下料,操作步骤负责繁琐,工作效率较低,而且辊筒热量较难散发,容易引起设备故障。 圆风管卷圆现场见图3。

图3 厚壁钢质圆风管卷圆加工现场

薄一点的钢质圆风管可以采用咬口连接。但是在货舱区使用的这种4.5 mm厚壁圆风管由于机械难加工,即使加工出来咬口质量也较差,无法进行咬口连接,常采用焊接连接,按管径的大小选择单面焊接或是双面焊接。

2.2 大口径螺旋风管

所述货舱区的环境较上建和机舱区域恶劣,偶有雨水侵袭,因此选用的大口径螺旋风管在壁厚和镀锌层方面要做到最优。大口径螺旋风管规格参数见表2。

表2 大口径螺旋风管规格参数 mm

表中Z275,即双面镀锌,重量275 g/m2。

大口径螺旋风管的制作采用镀锌钢带,一定宽度的钢带,一般为137～140 mm(按螺旋风管机的型号选取)经过成型轮咬好口,自动拼接、合缝,根据设定好的直径最后成型。直径大小通过参数调整,最后根据设定好的长短自动进行切割[4]。螺旋风管制作现场见图4。圆形,无焊接,不漏气,不漏水。全机制直管无需手工敲打。成型后的螺旋风管见图5[5]。

图4 螺旋风管制作现场

图5 成型后的螺旋风管

2.3 运输及安装、维修

在重量上显而易见,同种通径相同长度的风管,螺旋风管的重量仅为钢质圆风管的1/3。厚壁钢质圆型风管在制作、运输、安装、维修时都需要配备机械设备用以吊装,特别是在船上安装时吊装难度大,安全系数低。因此厚壁钢质圆型风管安装阶段尽量往前,最好在车间或者分段阶段就完成装配。一旦要在船坞码头阶段安装的话,操作难度及工作量非常大。

螺旋风管运输时要加强保护,以免碰坏。螺旋风管运输前的端面保护现场见图6,可以用塑料薄膜或者三防布把端面包住,对内壁起到防尘防污染得作用。螺旋风管重量轻,一般情况下可仅靠人力安装无须借助吊装设备。维修更换时也容易操作。实船安装现场见图7。上方与船体板或者结构风道相连的是钢质风管,焊接连接,坚固可靠。下方与钢质风管相对接的是螺旋风管。

图6 螺旋风管端面保护

图7 螺旋风管实船安装

钢质厚壁风管在安装过程中由于走道宽度限制和横舱壁强度限制,需要用穿舱件穿平台。这部分工作需要焊接打磨和涂装。而使用大口径螺旋风管则是采用光孔的形式穿平台板,是不需要焊接的,减少了涂装补漆等工序。

钢质风管维护只需定期涂装保护,一般不做更换。螺旋风管无需油漆,即使油漆也只是起到装饰作用,如果镀锌层破坏或者遭撞击变形破损,可以更换管段。

3 对比分析

3.1 舾装件减重

在重量上显而易见,同种通径相同长度的风管,螺旋风管的重量仅为钢质圆风管的1/3。以某冷藏集装箱为例,使用厚壁钢质圆风管的货舱区域全船重量总和约80 t。而使用螺旋风管总重不超过30 t。在舾装件减重效果显著。

3.2 采购成本对比

采购成本方面不能单从重量上来算,因为钢质圆风管是按成型后的重量为单价计算的,目前市场价约为每公斤13元。而大口径螺旋风管是以不同规格及附件的种类报价。可以从微观到宏观,从单件到全船来进行比对。以普通钢板密度7.85 g/cm3来计算螺旋风管对应规格的钢质风管及附件的重量,对比见图8。

图8 螺旋风管与钢质风管成本对比

从图8可以得出,仅对比直管,螺旋风管D900的市场价约453元/m。D900,4.5 mm厚壁风管重99.8 kg,价格为1 298元/m,螺旋风管价格仅为钢质风管的1/3。对比风管附件,例如D900法兰,螺旋风管法兰每对225元,钢质法兰每对重约23 kg,价格在299元左右。因此螺旋风管附件价格略低于钢质风管附件。全船总价对比使用螺旋风管能够节约40%的采购成本。以某箱船为例,每船实际可节约40余万元。

3.3 制作安装等比较

钢质圆风管是将平板用卷圆机卷制的,受卷圆机长度限制,一般只能卷制长度1.5～2.0 m的风管。一台卷圆机卷制厚壁的钢板,以及卷好后焊接法兰等工序。一天也只能制作大约1.5 m长度的风管12根左右。螺旋风管机自动化程度较高,每台螺旋风管机加工速度在30～40 m/min左右。非常高效。显而易见。螺旋风管的制作周期要短很多。对于现代化的船舶总装厂来说,造船节奏非常快,产品的制作周期在整个造船进程中非常重要。

安装方面,钢质风管不仅重量重,仅人力无法完成,施工难度大,安全系数低。而且需要大量的焊接打磨涂装的工作。从实船经验获知同类型区域螺旋风管的安装工作量仅为钢质风管的1/2。

3.4 使用寿命

4.5 mm的厚壁钢质圆风管的使用寿命与其周围的结构是相似的,在外表油漆涂装的保护下接近于船舶的使用寿命25年。目前螺旋风管在货舱区的使用寿命并没有可靠实验进行验证。但是货舱区使用的大口径螺旋风管不是普通的比如在上建用的那种螺旋风管,而是1.5 mm厚度,表面锌层Z275。在厚度和锌层上的选择是最优的。正常空气介质下普通镀锌钢板和高锌层板Z275腐蚀量的对比见表3。可以看出,对于高锌层板海上船舶舱内试验25年锌层是没有完全消耗。当然货舱的区域环境更为恶劣点,适当的保护和维修能加长螺旋风管的使用寿命[6]。

3.5 通风性能

风管沿程摩擦阻力损失和空气流经管路附件产生的局部阻力损失等,螺旋风管和钢制圆形风管的通风性能并无较大差异[3]。

4 实船应用总结及推广建议

大口径螺旋风管通过在冷藏集装箱货舱上的应用,对比钢质圆风管,从制作生产、安装以及使用寿命方面的研究,可以得出大口径螺旋风管实船应用的优缺点。

4.1 优点

1)机械化程度高,供货周期短,且外形美观。

2)造价低,相比钢质风管每船可节约40%以上。

3)重量轻。易于搬运和安装,安装工艺简单。安全性高。

4)自重轻,能大幅降低船体结构的承重载荷,并有效减轻舾装件重量。

4.2 缺点

1)大口径螺旋风管成型后管身容易发生局部变形、管径尺寸不稳定。运输保护要求较高。

2)采购镀锌板本身带防锈油兼润滑防氧化作用,因此镀锌板表面附着力不好,做油漆容易起剥,不能长期泡水,泡水后咬口生锈风险大,一定程度上影响使用寿命。

3)特定区域比如难以维修更换的区域以及结构风管焊接的区域等,螺旋风管都不能替代钢质风管。

由此可见螺旋风管在制作、安装、成本、重量等方面有突出优势,但是特定区域还是要选择使用钢质风管。因此货舱通风可以在大范围选用优质大口径螺旋风管的基础上,少量使用钢质圆形风管,以达到在设计、使用、成本、减重等方面取得最完美的效果。