vlcc修船通风气流组织的研究(1)

VLCCVLCC 修船通风气流组织的研究修船通风气流组织的研究(1)(1) 摘要：从理论上分析了气流组织对通风效果的影响， 根据大型原油运输船（VLCC）修船通风的特点，提出了一 种新式的气流组织模型及其相应的末端装置，并通过利用 示踪气体法测定通风效率，对气流组织作出了定量评价。 关键词：修船通风气流组织通风效率空气分布器 1 引言 在大型原油运输船（VLCC 即 verylargecrudecarrier）的检修过程中，由于切割和焊接 等都会产生大量有害气体、烟尘和热量，不仅会严重影响 人体健康，而且还有发生爆炸的危险，因此，船舱必须进 行有效的通风。 VLCC 船舱体积大，构造复杂；有害物 源分散，而且通风系统使用时间非常短，一般工业通风的 气流组织形式都不能满足要求。为此，笔者根据气流组织 理论，提出了一种新型的气流组织形式，即全方位射流送 风、自下而上全面通风和可能条件下的吹吸式排风。并研 制出相应的送风系统末端装置。理论分析和模拟试验结果 表明，气流组织合理，通风效率高，而且系统简单，是修 船通风的理想气流组织形式。2 通风气流组织的理论分析 通风过程与气流组织的关系 在给定条件下，气流组织 形式确定之后，通风空间的气流流场也就随之确定，那么 通风过程也就确定。因此，所有流体元素自进入通风空间 到离开，所经历的时间（即驻留时间）均值即为定数。但 是，每一流体元素在室内的驻留时间用是随机变量，若以 表示，则 =0，驻留时间的分布函数 F（）可以 表示成： （1） 当采用示踪气体法来 测量通风过程时，由于示踪气体（如 CO2）在通风气流中的 浓度具有线性累加特性，因此，可以直接采用排风管内的 浓度 Ce/Ce 来表示驻留时间的分布函数，即 F（） =Ce/Ce （2） 式在 Ce 和 Ce 分别为排风 管内时刻 和时刻的浓度。 于是得到驻留时间均值 的计算式： （3） 研究表明，在给定条 件下，值大小完全由气流组织所确定，如果流场中的回流 和涡流比较多，那么值比较大，通风过程就比较慢。反之， 值比较小，通风过程就比较快。当流场中的回流和涡流趋 近于零时，流场成为完全单向流，此时值最小，通风过程 最快。所以，驻留时间均值是度量通风过程的良好尺度。 通风效果与通风过程的关系 我们利用通风过程方程式 来描述通风过程，假设通风空间体积 V，有害物质发生量， 通风量 L 及通风时间 ，根据质量守恒，得到通风过程方 程式： （4） 式中 M（）为室内时刻 的有害物累积量。当 =时，通风过程达到平衡状态，则 可解出室内平均浓度： （5） 式中 V=V/L，称为通风过程额定时间常数。由于室内平均浓度 是评价通风效果的主要指标，所以式（5）正好表明了通风 效果与通风过程的相关关系。可以看出愈小，通风过程愈 快，通风效果愈好。 通风效率 综合以上分析，不 难看出，通风效果取决于通风过程，而通风过程又完全由 气流组织所确定。因此，为了考虑气流组织对通风效果的 影响，引出通风效率的概念，并定义为： （6） 式中 min 为最小驻留时间均值。众所周知，当室 内气流为完全单向流时，流场中无回流和涡流，所以驻流 时间均值最小，而且沿流动方向的浓度呈线性增加，在排 风管内达到最大值。因此， ，所以由式（5）得到 （7） 那么 （8） 这就是说，通风效率是 表示某一气流组织与单向流的接近程度。 以上分析表 明，对于以排除有害物质为主要目的的室内通风，为了提 高通风效率，气流组织型式应尽量接近单向流，如采用局 部单向流通风、矢流送风以及吹吸式通风等。但必须指出， 这些通风效率比较高的气流组织型式，必须有性能良好的 末端装置与之相配合。这给通风的研究提出了新课题。 3VLCC 修船通风的气流组织设计 修船通风的特点 修 船工作最大特点是检修地点不固定，每个地点的检修程度 也不相同，通风负荷随时间和地点而变化。 修船周期 短，小修只有一周，大修也不超过一个月。因此要求通风 系统简单，灵活，便于拆装。 大型原油运输船的船舱 体积大，而且特别深（可达 30m） ，但除甲板上几个输油孔 外，再无其他开口，给风管安装和系统布置带来困难。同 时，船舱构造复杂，形形色色的肋板都会影响气流流动， 因此，这对通风的气流组织形式及其有效性都提出了特殊 要求。 气流组织形式构想 考虑到有害物源的分散 性和多种有害物会产生爆炸性，因此采用全面通风。气流 组织形式如图 1 所示。 图 1 气流组织示意图 1 送风管 2 排风管 3 船舱 4 空气分布器 首先将新鲜空气 送到位于船舱底部的空气分布器，再由空气分布器以 3 层 射流，全方位分布到整个空间。其中，下层射流为主送风， 中层射流为助送风，上层射流既是助送风，还可能与排风 口一起构成吹吸式排风。这种气流组织形式具有如下优点： 全方位送风，有效地解决了有害物源分散和通风地点 不固定问题。 自下而上全面通风，既符合船舱构造特 点，又与热气上升规律一致，为排除舱内有害物质创造了 有利条件。 空气分布器以 3 层射流的恰当组合，形成 全方位的类似于矢流送风的气流组织，从而大大减少了流 场中的回流和涡流，提高了通风效率。 由图 1 可见， 通风系统简单，因而适合于修船周期短的特点。 总之， 上述气流组织形式，是 VLCC 修船通风比较理想的方案。要 实现此方案，关键在于要有性能合适的空气分布器。 4 空气分布器的特性研究 分布器的特性包括外特性和内 特性。外特性是通过 3 层射流的恰当组合，使射流之间彼 此干扰最小，从而使流场中的回流和涡流减到最少。内