沈 蔷

渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105

船舶排气系统是为船舶主机、发电机、燃油锅炉等设备排除工作时产生的废气的管系，除了基本的工作要求，还应该满足降低噪声的要求。对于一些特殊船舶，比如LNG 船舶、油船等，运送的货物均属于易燃易爆危险品，因此要特别考虑防火防爆问题，要求排气管系能熄灭火星。对于一些军用舰艇，还应考虑隐蔽性。

船用的排气管道需要输送大量的热废气甚至热废气中还会存有火星，所以排气管道通常温度很高，经过甲板等易燃物品时，很容易点燃物品造成火灾，轻则造成财产的损失，重则危及人的生命安全[1]。因此，设计一种新型的船用排气管气密防火通舱装置，能有效降低排温，对于船用排气管的密封性以及防火性十分必要。

1 装置结构

本装置是为了解决现有排气管道温度高、易点燃物品的问题。因此，对该船用排气管气密防火通舱装置进行了如下设计：装置的主体是个环体，环体和管道固定连接，环体内腔下侧设有储水室，储水室内壁固定连接有伸缩囊，伸缩囊内壁固定连接有弹簧，正视结构示意图和正面剖面结构示意图如图1、图2 所示。

图1 正视结构示意图

图2 正面剖面结构示意图

位于伸缩囊两侧的储水室外壁分别开设有第一进水口和第一出水口，储水室顶部均固定连接有水管，且水管贯穿储水室顶部，水管靠近管道一侧的侧壁开设有第二出水口，储水室顶部均开设有第二进水口。伸缩囊顶端固定连接有导热棒，且导热棒另一端与管道外壁相连接；伸缩囊内腔设置有液体，液体为丙酮水溶液，伸缩囊采用抗高温柔性材料。第一进水口和第二进水口内部均设置有单向阀；第一进水口、第二进水口、第一出水口和第二出水口均等间距分布且大小相同，伸缩囊伸出的压力大于第一出水口和第二出水口喷水所需的压力。

2 装置工作原理

结合本装置例图，对本装置工作原理、实现过程进行清楚、完整的描述。如图3、图4 所示，当管道外壁温度过高时，此时与管道外壁接触的导热棒206 会将温度传导给伸缩囊201 内腔的丙酮水溶液，接着在高温的作用下丙酮水溶液开始气化，伴随着气化的发生，伸缩囊201 内腔的压力增大，此时伸缩囊201 开始向储水室2 内腔伸出，此时储水室2 内腔的压强增大，由于第一进水口202 和第二进水口207 单向阀的阻断作用，所以水不会从进水口喷出，同时储水室2 内的水从第一出水口203 喷出，然后对底部的管道外壁进行降温，接着储水室2 内的水也会被挤压从而流向与储水室2 顶部固定连接的水管204，水会从水管204 侧壁设置的第二出水口205 喷向管道外壁进行降温，管道外壁的温度会逐渐降低，从而有效避免因温度过高而点燃管道外壁处的易燃物品，保障了生命和财产的安全。随着管道外壁温度开始降低，此时伸缩囊201 内腔的丙酮水溶液会开始从气化转为液化状态，之后在弹簧208 回弹力的作用下伸缩囊201 会变成原先状态，此时冷却管道外壁后的水，会流向储水室2的侧壁和顶部，然后通过水的重力使储水室2 侧壁上开设的第一进水口202 和顶部开设的第二进水口207 打开单向阀后流入储水室2，从而达到了循环利用的效果。

图3 装置正面部分剖面结构示意图

图4 装置俯视剖面结构示意图

综上所述，当管道外壁温度过高时，环体1内腔的储水室2 在压强的作用下会及时地将水喷向管道外壁，达到降温的效果，从而使得排气管道在使用过程中更加安全，同时储水室2 内腔水可循环利用，也使得此装置更具实用性。

3 技术创新性

相比现有技术，本装置有诸多改进，装置通过导热棒、伸缩囊、弹簧、储水室之间的配合，达到冷却的效果，避免了因管道外壁温度过高引发火灾，同时储水室可以对冷却水进行回收，实现了循环使用[2]。

此外，第一进水口202 和第二进水口207 内部均设置有单向阀。第一进水口202、第二进水口207、第一出水口203 和第二出水口205 均等间距分布且大小相同。因此，可以保证在储水室2 内腔压强过大时，不会让冷却水从第一进水口202 和第二进水口207 喷出，确保冷却水可以从第一出水口203 和第二出水口205 高速、高效地喷向管道外壁，增强冷却效果。伸缩囊201 伸出的压力大于第一出水口203 和第二出水口205 喷水所需的压力，因管道外壁温度过高，伸缩囊201 开始向储水室2 内腔伸出，此时增大的压强可以迫使储水室2 内腔的冷却水从第一出水口203 和第二出水口205 喷出，从而达到冷却管道外壁的效果，提高装置的合理性和实用性。

本装置可以通过安装自动监测仪表，包括温度计、压力表等，自动监测内部温度、压力。丙酮溶剂具有易挥发特性，受热膨胀，当温度升高时，伸缩囊膨胀挤压储水室；当温度降低时，弹簧收缩将伸缩囊复位，可有效根据温度自动调整出水量。上述情况为本装置具体的较理想的实施方式，在实际应用中，还可在现有方案的基础上进行改造或者升级并适用于更多领域[3]。

4 应用前景

船用柴油机排气温度较高，一般来说，中速柴油机会带走热量的30%～40%，高速柴油机会带走热量的35%～40%。不难看出，柴油机的高温废气经排气管排出，造成排气管局部温度过高，也是形成柴油机火灾事故的重要隐患。由于排气管的工作环境温度高，根据热胀冷缩原理，会产生横向和纵向的变形，纵向的会被弹性膨胀节所吸收，但是横向的不会被弹性膨胀节所吸收，将产生不平衡力，从而导致排气管以及相关设备产生裂纹，影响船舶运行安全[4]。因此，根据《钢质船舶造船规范》规定必须对排气管进行包扎，要求表面温度不能高于220℃，一旦超出该温度，应立刻采取隔离措施。经过实践发现，排气管在设置时不可以设置在油柜、燃油管接头等油气位置，以免发生危险[5]。然而，即便做到上述要求，排温仍然较高。因此，本装置可以有效地降低排温，带走主机排气热量，有效预防船舶火灾事故的发生，为船舶的安全航行和船员的日常生活提供有力保障。

表1 船用柴油机的热平衡

5 结语

由于船舶机舱是船舶设备高度集中的空间，包括主机、辅机等，用油场所较多，一旦出现火灾，施救困难，会使船上船员的人身安全及设备财产受到严重损失。所以，船舶排气管系及时降温可以极大地降低船舶发生火灾的危险，进而保障船员生命及财产安全。

本文着重介绍了一种排气管气密防火通舱装置，本装置可针对船舶排气管系进行有效降温，预防火灾发生。装置安装容易，结构简单，故障率低。同时，由于冷却介质主要为水，因而安全、环保、高效，可重复利用，即使渗漏也无人身伤害。该装置外套于排气管，不仅可应用于船舶排气管系，而且还可应用于热力、冶金、焊接等其他需要冷却降温的工程领域，具有良好的商业前景及应用价值。