해양 환기 덕트 시스템 및 환기 파이프 작동 방식

해양 환기 파이프는 선박의 밀폐된 공간과 외부 대기 사이에 제어된 공기 흐름 경로를 생성하여 작동합니다. — 신선한 공기를 유입시키고, 오래되거나 오염된 공기를 배출하며, 위험한 압력 차이, 습기 축적 및 독성 가스 축적을 방지합니다. 에서 해양 환기 덕트 시스템 , 이 파이프는 기관실, 화물창, 연료 탱크, 승무원 숙소 및 보이드 공간을 동시에 제공하는 흡기 및 배기 채널의 상호 연결된 네트워크를 형성합니다.

건물 환기와 달리 해양 시스템은 염수 분무, 극심한 롤링 및 피칭, 파도 작용으로 인한 압력 변화, 연료 증기로 인한 화재/폭발 위험 등 지속적으로 적대적인 환경에서 작동해야 합니다. 덕트 직경부터 카울 헤드 디자인까지 모든 구성 요소는 이러한 현실을 중심으로 설계되었습니다. 이 기사에서는 시스템이 첫 번째 원칙에 따라 작동하는 방식을 설명하고, 주요 파이프 및 덕트 유형을 다루고, 설계 및 설치에 적용되는 규제 요구 사항을 안내합니다.

핵심 원리: 해양 배기관이 공기 흐름을 생성하는 방법

벤트 파이프는 선박의 설계 및 작동 조건에 따라 자연 대류, 압력 차, 바람에 의한 흐름이라는 세 가지 중첩된 물리적 원리에 따라 작동합니다.

자연 대류(열 부력)

밀폐된 공간(기관실이나 화물창 등)의 따뜻한 공기는 차가운 외부 공기보다 밀도가 낮습니다. 이러한 밀도 차이로 인해 따뜻한 공기가 상승하여 빠져나갑니다. 높은 지점에 위치한 배기구 더 낮은 위치의 흡입구를 통해 더 차가운 외부 공기가 유입됩니다. 잘 설계된 시스템에서 이 수동 루프에는 기계적 에너지가 필요하지 않습니다. 대형 선박의 엔진실은 다음을 초과하는 열 부하를 발생시킬 수 있습니다. 500kW , 열 부력은 팬을 고려하기 전에도 자연 환기의 중요한 동인이 됩니다.

바람에 의한 압력차

선박이 공기 중을 이동하거나 바람이 갑판을 통과할 때 바람이 불어오는 쪽과 바람이 불어오는 쪽 사이에 압력 차이가 발생합니다. 카울 환기 장치 및 버섯 머리 이 동적 압력을 포착하여 덕트로 전달하도록 설계되었습니다. 바람을 향하는 올바른 방향의 카울 헤드는 다음과 같은 정압을 생성할 수 있습니다. 5~25Pa 일반적인 선박 속도 - 팬의 도움 없이 더 작은 밀폐 공간의 자연 환기에 충분합니다.

기계적 강제 환기

엔진실, 펌프실, 배터리실, 밀폐된 화물창 등 자연적인 공기 흐름이 부적절한 공간의 경우 원심 또는 축 팬이 덕트 시스템에 통합됩니다. 팬은 일반적으로 시간당 공기 변화(ACH)로 측정되는 제어된 속도로 덕트 네트워크를 통해 공기를 강제로 보냅니다. SOLAS 규정에 따르면 기계 공간의 경우 최소 6 ACH, 인화성 액체를 취급하는 펌프실의 경우 20 ACH가 필요합니다. 이는 대부분의 선박에서 자연적인 수단만으로는 안정적으로 달성할 수 없습니다.

해양 환기 덕트 시스템의 해부학

완전한 해양 환기 덕트 시스템은 직렬로 작동하는 여러 개별 구성 요소로 구성됩니다. 시스템을 지정, 설치 또는 문제 해결하려면 각 요소를 이해하는 것이 필수적입니다.

• 벤트 헤드/카울 헤드: 공기를 흡입하거나 배출하는 날씨 데크 피팅입니다. 공기 흐름을 유지하면서 물 유입을 차단하도록 설계되었습니다. 버섯형 통풍구, 카울 통풍구, 도라데 통풍구, 루버 헤드가 포함됩니다.
• 벤트 파이프/라이저: 벤트 헤드를 데크 아래의 수평 덕트에 연결하는 수직 섹션입니다. 데크 위 높이가 물 배제 효과를 결정합니다 — SOLAS는 특정 선박 등급의 노출 위치에 대해 최소 900mm 높이를 요구합니다.
• 수평 분배 덕트: 선박 구조를 통해 격벽을 통과하고 머리 위를 따라 대상 구획으로 공기를 전달하는 직사각형 또는 원형 덕트입니다. 아연 도금 강철, 알루미늄 합금 또는 GRP(유리 강화 플라스틱)로 제작됩니다.
• 팬 및 송풍기: 자연 흐름이 불충분할 때 기계적 압력을 제공하는 인라인 축 팬 또는 원심 송풍기입니다. 덕트 내부 또는 덕트 끝부분에 위치합니다.
• 방화댐퍼: 화재 발생 시 덕트 개구부를 밀봉하는 격벽 관통부에 설치된 플랩을 자동으로 닫아 덕트 시스템이 화재 전파 경로로 작용하는 것을 방지합니다. 모든 A급 사단 관통부에서 SOLAS Chapter II-2에 따라 요구됩니다.
• 폐쇄 장치 / 방수 차단 장치: 악천후나 홍수 상황에서 통풍구를 밀봉할 수 있는 수동 또는 원격 작동식 폐쇄 장치입니다. 선박 안정성과 방수 무결성을 유지하는 데 중요합니다.
• 그릴 및 디퓨저: 공기 흐름을 고르게 분산 또는 수집하고 큰 물체가 덕트로 유입되는 것을 방지하는 환기 공간 내부의 엔드 피팅입니다.

해양환기관의 종류와 구체적인 기능

선박의 모든 환기 파이프가 동일한 목적으로 사용되는 것은 아닙니다. 각 시스템 유형은 특정 작동 위험 및 공간 요구 사항에 맞게 설계되었습니다.

공기환기관(우주환기)

이는 승무원 숙소, 화물창 및 기계 공간을 제공합니다. 허용 가능한 산소 수준을 유지하고 CO2와 열을 제거하며 습도를 조절합니다. 파이프 직경은 필요한 체적 공기 흐름과 목표 덕트 속도로부터 계산됩니다. 일반적으로 공급 덕트의 경우 4–8 m/s, 배기 덕트의 경우 6–10 m/s 승무원 공간에서. 속도가 높을수록 허용할 수 없는 소음 수준이 발생합니다.

탱크 벤트 파이프(사운딩 및 오버플로 벤팅)

연료유, 평형수, 청수, 윤활유 등 탑재된 모든 액체 탱크에는 내용물을 채우고 열팽창하는 동안 공기 변위를 허용하는 배기 파이프가 필요합니다. 환기 없이 탱크를 채우면 유압 잠금 장치가 생성됩니다. 과압으로 인해 탱크 구조가 파손될 수 있습니다. 탱크 환기 파이프는 일반적으로 다음과 같이 종료됩니다.

• 오픈 데크에서 화염 스크린 연료 탱크용(빠져나오는 증기의 점화를 방지하기 위해 SOLAS에서 요구함)
• 최소 높이 데크 위 760mm 연료유 탱크의 계급별 규칙
• 와 P/V(압력/진공) 밸브 폐쇄형 환기 시스템 내에 탄화수소 증기를 담는 원유 유조선의 경우

보이드 스페이스 및 코퍼댐 벤트 파이프

빈 공간(탱크 또는 구획 사이의 빈 구조적 공간)에는 독성 가스, 특히 인접한 화물 탱크의 황화수소(H2S) 또는 유기물 분해로 인한 메탄이 축적되므로 진입하기 전에 환기해야 합니다. 이러한 공간의 환기 파이프는 일반적으로 화염 스크린이 있는 단순한 개방형 파이프 , 자연 대류 하에서 시간당 단 한 번의 공기 교환만 제공하는 경우가 많으며 이는 진입 이벤트 사이의 환기 유지에 충분합니다.

화물창 환기 파이프

벌크선, 컨테이너선 및 일반 화물선은 습기를 제어하고(화물의 땀과 응축으로 인한 손상 방지), 자체 발열 화물에서 열을 제거하고, 화물 분해로 생성된 가스를 희석하기 위해 화물창 환기가 필요합니다. 시스템은 소형 선박의 단순한 천연 카울 환기 장치부터 다음을 제공할 수 있는 현대 벌크선의 완전 덕트 기계 시스템까지 다양합니다. 시간당 6~10회 완전한 공기 교체 보유량은 15,000~25,000m³입니다.

위험 공간 환기 파이프

배터리실, 페인트 보관함, 가스통 보관소, 펌프실에는 점화원이 없는 곳에서 배출되는 전용 배기 환기 장치 . 이러한 시스템은 일반적으로 다음과 같은 등급을 받았습니다. 구역 1 또는 구역 2 위험 지역 분류 IEC 60079에 따라 팬 모터를 포함한 모든 전기 부품은 방폭(Ex-d) 또는 안전성 향상(Ex-e) 등급을 받아야 함을 의미합니다.

해양 배기관 및 덕트 재료: 재질 및 이유

재료 선택 해양 환기 파이프 내식성, 화재 성능, 무게 및 해당 공간과의 호환성에 의해 구동됩니다. 단일 재료가 보편적으로 최적인 것은 없습니다.

선급 협회(Lloyd's Register, DNV, Bureau Veritas)는 각 적용 영역에 대한 최소 재료 등급을 지정합니다. 방화 구획을 통과하는 덕트는 다음 재료로 구성되어야 합니다. 최소 두께 3mm의 강철 A급 사단의 경우 시스템의 다른 곳에서 사용되는 재료에 관계없이.

벤트 파이프 크기 계산 방법

벤트 파이프 직경은 임의로 선택되지 않습니다. 이는 필요한 공기 흐름량, 허용 가능한 덕트 속도 및 시스템 전체에 허용되는 압력 강하로부터 계산됩니다. 이것이 잘못되면 환기가 제대로 이루어지지 않거나 대형 팬으로 인한 과도한 에너지 소비가 발생합니다.

기본 크기 관계는 다음과 같습니다.

큐 = A × V — 여기서 Q는 공기 흐름(m³/s), A는 덕트 단면적(m²), V는 평균 공기 속도(m/s)입니다.

6 ACH(시간당 공기 교환)가 필요한 800m³의 기계 공간의 경우:

• 필요한 유량: 800 × 6 / 3600 = 1.33m³/초
• 8m/s의 목표 덕트 속도에서: A = 1.33 / 8 = 0.166㎡
• 원형 덕트의 경우: 직경 = √(4A/π) = 약 460mm

실제로 덕트 런에는 압력 손실을 초래하는 굽힘, 전환 및 댐퍼가 포함됩니다. 이는 등가 길이 방법 또는 압력 강하 테이블을 사용하여 설명됩니다. 그런 다음 설계 공기 흐름에서 전체 시스템 저항을 극복하도록 팬이 선택됩니다. 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다. 파스칼 단위의 총 정압 .

특히 탱크 벤트 파이프의 경우 파이프 직경은 과압을 생성하지 않고 최대 액체 충전 속도를 수용해야 합니다. 클래스 규칙은 일반적으로 탱크 벤트 단면적이 충전 파이프 면적의 최소 1.25배가 되도록 요구합니다. 펌핑 작업 중 자유로운 공기 변위를 보장합니다.

벤트 헤드 디자인: 공기는 유입하면서 물은 차단합니다.

해양 환기에서 가장 까다로운 엔지니어링 과제 중 하나는 해수가 덕트 시스템으로 유입되는 것을 방지하면서 모든 조건에서 공기 흐름을 허용하는 벤트 헤드를 설계하는 것입니다. 환기 파이프를 통한 물 유입은 선박 침수, 전기 손상 및 화물 손실의 원인으로 문서화되어 있습니다.

카울 통풍기

전통적인 카울 환기 장치는 바람을 향하거나 바람을 반대 방향으로 향할 수 있는 회전 베이스에 장착된 곡선형 후드입니다. 바람으로 바뀌면 흡입구 역할을 합니다. 180° 회전하면 배기 장치가 됩니다. 카울 환기 장치는 다음과 같은 경우에 효과적입니다. 4~5노트 이상의 선박 속도 그러나 고요한 조건에서는 무시할 만큼의 공기 흐름을 제공합니다. 그들은 본질적인 물 배제 기능을 제공하지 않으며 파이프 높이와 내부 배플에 의존하여 스프레이 조건에서 물 유입을 제한합니다.

버섯 환풍기

버섯 통풍구에는 공기 흐름을 위한 원주 방향 간격이 있는 파이프 개구부 위에 돔형 캡이 있습니다. 돔은 물을 아래쪽으로 편향시킵니다. 그들은 무방향성 및 스프링 장착형으로 닫힘 파도의 영향을 받기 때문에 소형 선박의 노출갑판 위치와 때때로 물에 잠길 수 있는 해치에 적합합니다. 공기 흐름은 카울에 비해 제한적입니다. 일반적으로 공기 흐름이 적은 공간에 적합합니다. 2~3ACH .

Dorade(배플 박스) 통풍기

세일링 요트와 소형 상업용 선박에 널리 사용되는 도레이드 환기 장치는 데크 카울과 데크 아래 덕트 개구부 사이에 방수 상자를 배치합니다. 공기는 카울 안으로 들어가 상자를 통과해 이동합니다. 들어간 물은 상자 바닥으로 떨어지고 배수구를 통해 다시 배수되며, 공기 흐름은 내부 파이프 아래로 계속 이어집니다. 잘 설계된 도라데는 들어오는 물의 95% 이상을 거부할 수 있습니다. 유용한 자연 공기 흐름을 유지하면서 SNAME(Society of Naval Architects 그리고 Marine Engineers)의 연구에 문서화된 성능 표준입니다.

루버 및 고정 통풍구

고정 루버 패널은 보호된 데크 위치(거주실 블록 측면, 깔때기 케이싱 개구부 및 상부 구조 표면)에 사용됩니다. 루버 블레이드 각도(일반적으로 45° 하향 경사 ) 및 블레이드 오버랩은 개방된 공간을 유지하면서 쏟아지는 비와 물보라를 차단하도록 설계되었습니다. 전체 패널 면적의 40~60% 공기 흐름을 위해.

화재 안전 통합: 화재 확산을 막기 위한 환기 파이프 설계 방법

공기를 효율적으로 이동시키는 환기 덕트 시스템은 화재, 연기 및 열이 한 공간에서 다른 공간으로 전파될 수 있는 경로도 만듭니다. 이는 해양 환기 공학에서 가장 심각한 설계 과제 중 하나이며 엄격하게 규제됩니다.

SOLAS 제 II-2장은 기관구역, 거주구역 및 화물구역에 사용되는 환기 시스템에 다음과 같은 화재 안전 기능을 포함하도록 요구합니다.

1. 분할 관통부의 방화 댐퍼: 가용성 링크에 의해 자동으로 트리거됩니다(일반적으로 정격: 72°C ) 또는 소방서에서 원격으로 제어할 수 있습니다. 활성화되면 덕트 입구를 밀봉하기 위해 몇 초 내에 닫힙니다.
2. 팬 원격 종료: 기계 및 화물 공간에 사용되는 모든 환기 팬은 해당 공간 외부에서 정지할 수 있어야 하며 팬이 화재에 산소를 공급하거나 숙소를 통해 연기를 흡입하는 것을 방지해야 합니다.
3. 덕트 내 연기 감지: 거주 공간의 환기 덕트에는 연기가 환기 시스템을 통해 널리 퍼지기 전에 경보를 울리고 팬 차단을 시작할 수 있는 덕트 연기 감지기가 있어야 합니다.
4. 불연성 덕트 재질: A급 소방 구역을 관통하는 덕트는 강철 또는 이와 동등한 불연성 재료로 최소한 1년 동안 건설되어야 합니다. 각 측면에 900mm 부서의.
5. 조리실 배기 시스템: 거주 공간 또는 서비스 공간을 통과하는 조리용 배기 덕트는 개방된 대기로 독립적으로 연결되어야 하며 그리스 필터가 장착되어야 하며 다음을 제공해야 합니다. 고정식 소화 시스템 덕트 입구에서.

현대 대형 선박도 포함 안전한 소집 장소를 위한 가압 시스템 — 복도 압력을 인접한 구획실 압력보다 약간 높게 유지하여 문이 열려 있을 때에도 연기 침투를 방지함으로써 연기 없는 대피 경로를 유지하는 양압 환기.

해양 환기 파이프 시스템에 관한 규제 표준

해양 환기 덕트 시스템은 계층화된 규제 프레임워크의 적용을 받습니다. 규정 준수 여부는 분류 조사 및 기국 검사 중에 확인됩니다. 주요 규정은 다음과 같습니다.

국제적재흘수선협약(International Load Line Convention)은 배기관 높이 요구 사항에 대해 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 무제한 운항 중인 선박의 경우 건현갑판 위의 최소 높이는 다음과 같습니다. 노출된 위치에서 900mm and 보호된 위치에서 760mm . 이 높이보다 낮은 파이프에는 쉽게 접근할 수 있는 위치에서 작동할 수 있는 폐쇄 장치가 영구적으로 부착되어 있어야 합니다.

해양 환기 시스템의 일반적인 오류 및 이를 방지하는 방법

선박의 환기 시스템 고장은 화물 손상, 승무원 건강 사고, 화재 사건 및 극단적인 경우 선박 손실에 영향을 미쳤습니다. 고장 모드를 이해하는 것은 유지 관리 계획에 필수적입니다.

덕트 벽의 부식 및 천공

습한 공간(빌지 구역, 밸러스트 탱크 환기 공간, 냉장 화물창)의 아연 도금 강철 덕트는 내부와 외부 모두에서 부식됩니다. 천공된 덕트를 통해 습기, 해충 및 화재가 의도된 경로를 우회할 수 있습니다. 12~24개월의 검사 간격이 권장됩니다. 습도가 높은 환경의 덕트에 대해 의심되는 영역에서 초음파 두께 테스트를 수행합니다.

화염 스크린 및 벤트 헤드 막힘

연료 탱크 환기 파이프의 화염 스크린에는 염분 침전물, 녹 입자 및 해양 생물이 축적됩니다. 연료 탱크 통풍구의 화염 스크린이 막히면 다음과 같은 위험이 발생할 수 있습니다. 충전 중 탱크 과압으로 인해 구조적 손상 또는 개스킷 고장이 발생함 . 화염 스크린은 모든 드라이 도크에서 제거, 청소 및 검사되어야 하며, 선박이 생물학적으로 활동적인 연안 해역에서 운항되는 경우에는 더 자주 검사해야 합니다.

방화 댐퍼가 닫히지 않음

방화 댐퍼는 부식, 페인트 축적 또는 기계적 손상으로 인해 열린 위치에서 멈출 수 있는 수동 장치입니다. 각 댐퍼를 물리적으로 작동시키고 완전 폐쇄를 확인하는 연간 작동 테스트는 계급 사회 규칙에 따라 요구됩니다. IMO의 화재 피해 보고서에 대한 연구에 따르면 작동 불가능한 방화 댐퍼가 주요 선상 화재의 상당 부분을 차지하는 요인으로 확인되었습니다.

크기가 작거나 막힌 덕트로 인한 부적절한 공기 흐름

선박의 작동 수명 동안 덕트에는 그리스 침전물(특히 조리실 배기구에서 발생), 절연 잔해 및 무단 개조(덕트를 통과하는 케이블, 막힌 덕트 가지)가 축적됩니다. 이는 유효 단면적을 줄이고 공기 흐름을 떨어 뜨릴 수 있습니다. 설계 용량의 40~60% 알람을 울리지 않고. 시운전 기록과 비교하여 풍속계를 사용하여 주요 그릴에서 정기적으로 공기 흐름을 측정하면 이러한 점진적인 손실이 심각해지기 전에 이를 식별할 수 있습니다.

자연환기와 기계환기: 각각이 적절한 경우

자연 환기와 기계 환기 중에서 선택하거나 하이브리드 접근 방식을 선택하는 것은 에너지 소비, 신뢰성, 소음 및 규정 준수에 영향을 미치는 기본적인 설계 결정입니다.

해양 환기 파이프 및 덕트에 대한 실제 유지 관리 체크리스트

해양 환기 덕트 시스템의 효과적인 유지 관리는 단순한 규제 의무가 아니라 승무원 안전, 화물 상태 및 선박 운영 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 다음 체크리스트에는 간격별 최소 유지 관리 작업이 포함되어 있습니다.

주간

• 모든 노후 데크 통풍구 헤드에 눈에 띄는 손상, 잔해물 막힘 또는 떨어진 화염 스크린이 있는지 육안으로 검사하십시오.
• 임펠러 오염 또는 베어링 마모를 감지하려면 기준선과 비교하여 팬 모터 작동 전류를 점검하십시오.

월간

• 완전한 개방-폐쇄 주기를 통해 모든 방화 댐퍼를 작동하고 폐쇄를 확인하십시오. 결과 기록
• 화재 통제실에서 원격 팬 종료 테스트
• 조리실 배기 그리스 필터 청소

연간 / 드라이 도크

• 모든 연료 탱크 화염 스크린을 제거하고 청소하십시오. 메쉬의 손상 여부를 검사하고 와이어 직경이 원래 사양보다 낮으면 교체하십시오.
• 초음파 측정을 사용하여 습한 공간의 덕트 벽 두께를 측정합니다. 섹션을 보다 작은 값으로 교체 원래 두께의 50% 남음
• 모든 주요 공급 및 회수 그릴에서 공기 흐름 측정 조사를 수행합니다. 시운전 데이터와 비교
• 덕트 내부에 그리스 축적(갤리 덕트), 잔해물 및 승인되지 않은 침투가 있는지 검사하십시오.
• 데크 통풍구의 모든 폐쇄 장치가 자유롭게 작동하고 올바르게 밀봉되는지 확인하십시오. 필요에 따라 글랜드 씰을 다시 포장하거나 교체하세요