绝缘材料在豪华邮轮上的应用

董艳康,徐博亚,王硕

(招商局邮轮制造有限公司,江苏 南通 226116)

相对于常规船舶项目,豪华邮轮上的绝缘材料具有使用面积大、类型多且复杂、综合性能指标高等特点,且船东和船级社对绝缘设计、工艺,以及质量上有着严格的要求。考虑通过实际建造案例深入分析绝缘材料在豪华邮轮上的应用方式及特点,探讨绝缘防护措施。

1 绝缘材料技术性能

绝缘材料的原材料以天然矿石为主,通过混料、高温熔融、成纤、固化以及切割等主要生产流程,生产出卷材、片材,主要适用于船舶防火、保温隔热,以及隔声等用途。

1.1 不燃性

SOLAS[1]将材料分为两类:不燃性和可燃材料。绝缘材料是矿石(见图1)熔融后的无机纤维制品(见图2),有机物含量低,耐高温性能强,暴露于大约750 ℃下时仅产生极为有限的热量和火焰,满足国际耐火试验程序应用规则(FTP Code)[2]第一部分不燃性试验。

图1 原矿石材料

图2 无机纤维制品

1.2 隔热性

SOLAS将舱壁或甲板一般分为A、B、C 3种防火等级。A级防火分隔构造在1 h的标准耐火试验中能防止烟及火焰通过,B级防火分隔构造在0.5 h的标准耐火试验中能防止火焰通过,C级防火分隔不必满足防止烟和火焰。除去抑制烟和火焰的传递以外,3种防火等级对温升的时间和温度有要求:A级防火分隔通过敷设不燃绝缘材料,实现0、15、30和60 min 4个不同时间区间(见图3),背火测试面平均温升不超过140 ℃,背火面任意一点的温升不超过180 ℃;B级防火分隔通过不燃绝缘材料作为构芯,实现0、15 min两个不同时间区间(见图4),背火测试面平均温升不超过140 ℃,背火面任意一点的温升不超过225 ℃;C级防火分隔则无限制温升的要求。

图3 温升时间(A级)

图4 温升时间(B级)

舱壁或者甲板敷设防火绝缘材料,在专业火烧测试机构进行国际耐火试验程序应用规则(FTP Code)[2]第三部分“A”级、“B”级和“F”级分隔试验,达到相应的防火等级。

1.3 保温性

对于远洋航线的豪华邮轮,室外平均温度在-10～35℃之间,室内设计空调温度一般20℃左右。绝缘材料具有良好的保温性能,对于水线以上的空调舱室来说,为减少暖通和空调系统的能耗损失,在空调和通风负荷计算时通常选用最佳K值(单位:W/(m·K))纳入计算,并用于冬天防止结露。

1.4 隔声性

豪华邮轮更聚焦乘客的噪声舒适体验,虽然入籍的船级社不一样,但通常会执行不同船级社关于噪声控制的最高标准(见表1),如极地探险邮轮需满足法国船级社“COMF-NOISE-PAX1”符号。而对于生活区主要的噪声源(风机房、结构风管、相邻的机械处所等),通过敷设厚为50 mm及以上的绝缘材料以达到45 dB以上的隔声值。

表1 各船级社舒适性规范噪声最高等级限值 dB(A)

1.5 其他性能

国际安全与环境无害化拆船公约(香港公约)[3]明确规定绝缘材料不应含石棉。同时,绝缘材料具有抗拉强度高、不吸水、耐腐蚀、纤维质地柔软等优良性能。为实现航速、稳性等高性能指标,绝缘材料的轻量化一直是目前市场研发和发展的主要方向之一。

2 应用

2.1 舱壁和甲板上

使用绝缘材料敷设于结构舱壁或甲板,实现邮轮防火、保温隔热以及隔声的设计要求。①防火绝缘,SOLAS将载客超36人的船舶将处所按失火风险分成14类,不同处所间舱壁和甲板的最低耐火完整性需符合表9.1和9.2的规定,划分为A60,A30,A15及A04类防火等级。除A0防火等级以外,应用目前国内外A60,A30和A15防火绝缘材料,并严格按照防火绝缘试烧的节点进行敷设,才能满足舱壁或甲板耐火完整性的要求;②保温绝缘,根据邮轮建造技术规格书、空调系统及ISO 7547[4]等要求,决定保温绝缘规格与选型。极地探险邮轮在南极运营,U值要求高,大部分暴露室外处所敷设了100 mm厚度以上的保温绝缘,或者组合防火绝缘共同实现高标准的保温要求。③隔声绝缘,为满足邮轮在噪音方面的舒适度标准,隔声绝缘通常敷设在风机室、空调间、泵房、主机间及结构风道等噪音源处所,隔声绝缘的选择取决于专业的噪音计算报告和产品的性能指标。除此之外,隔声绝缘材料表面材料(铝箔布、玻璃丝布等)的选择对其吸声效果有较大的影响,对于同时有吸声要求的高噪声源处所,需要综合考虑。

2.2 浮动地板

豪华邮轮航行中,主机、辅机等大型设备振动产生的噪声通过钢制舱壁或甲板传递,对不同甲板乘客居住和娱乐区域造成不同程度的影响。根据专业噪声振动分析计算,在乘客舱室地面装饰层(如地毯、石材等)下层敷设不同厚度和组成的浮动地板是常用的降噪措施。浮动地板的组成包括绝缘材料、阻尼、约束层(如钢板)等,见图5。

图5 浮动地板组成

绝缘材料是浮动地板系统中的核心材料,一般选用容重较高(140～200 kg/m3)的绝缘材料,满足降噪需求的同时,保障承受正常的地面载荷。

2.3 邮轮公共区域“雨降式”送风系统

邮轮公共区域天花造型特异、美观且多样化,传统在天花板上安装布风器和回风栅等方式难以实现该效果。为隐藏及装饰空调送回风口,豪华邮轮通常在公共区域多采用“雨降式”送风系统,使用绝缘材料与造型天花和上层钢板结合形成具有稳压作用的静压箱,空调通过风管进入稳压层后,再依靠稳压层内的静压作用,通过造型天花的高低差形成的缝隙或局部穿孔天花板处均匀送入房间内部,见图6。

图6 “雨降式”送风系统应用(实现造型天花效果)

用于制作“雨降式”送风系统中静压箱的材料需为不燃材料,在豪华邮轮上最常用的作法是以上甲板为静压箱顶,天花板为静压箱底,四周使用轻钢龙骨搭建固定框架,然后将绝缘材料(带铝箔饰面)通过碰钉安装在框架上面,端部使用铝箔胶带固定,见图7。

图7 对静压箱的绝缘处理

2.4 绝缘在客舱连续B级天花板上的应用

IMO MSC通函917[5]中对豪华邮轮客舱壁板、天花板的防火连续性有详细的要求。对于其中一种设计情况,即当客舱走廊壁板非延伸至上部甲板时,客舱及相邻走廊的天花板需要满足连续B15防火等级,见图8。

图8 客舱和走廊防火等级(壁板和天花板)

客舱天花板上通常会安装筒灯、广播、探头、喷淋、布风器等,需要在天花板上开孔,造成无法保障其B级防火连续性。DNV对SOLAS法规补充说明[6]中提到:当天花板开孔尺寸较小时,比如可以接受开孔直径小于80 mm的聚光灯,其他开孔较大的设备(比如筒灯、喇叭等)需要特殊考虑。

通常使用绝缘罩,使用镀锌钢板和绝缘材料(B15防火等级)制作成适合设备尺寸大小的盒子,通过扁铁条和螺栓把绝缘罩固定在天花板上,间隙处用防火胶密封。这种做法简便、灵活且成本较低,应用广泛,两种不同形状灯的绝缘罩见图9、10。

图9 筒灯

2.5 B-15防火舱壁延伸

相比于2.4所述客舱走廊壁板非延伸至上部甲板,根据IMO MSC通函917中规定,如果将客舱走廊B-15壁板延伸至上部甲板,可以将客舱壁板和天花板的防火等级降低至B-0,走廊的天花板防火等级降低至C级,则不必使用“绝缘罩”。如何选择仍需结合管、电穿B-15延伸穿舱件数量进行权衡。除了客舱走廊考虑是否延伸以外,当遇到与走廊相邻的舱室天花板有特殊造型,为实现该艺术设计效果,往往会选择特殊的材料和工艺,此时考虑B-15延伸至上甲板是最佳选择。

绝缘材料邮轮上实现B-15防火舱壁延伸的主要材料,类似与其在“雨降式”送风系统上的安装方式,利用轻钢龙骨搭建稳固的结构框架,再通过碰钉将绝缘材料固定在框架上,在与上部甲板和下部壁板相接处粘贴铝箔胶带密封(见图11)。风管、电缆托架及管子穿舱节点的安装均需满足规范的要求。

图11 B-15防火舱壁延伸节点

3 绝缘材料在邮轮上的保护方式

在豪华邮轮运营中,由于人员的活动及设备维护检修操作,难免会出现绝缘材料被硬物撞击破损及油气水汽等侵蚀污染等情况,对防火、保温、隔声等关键性能造成及较大的影响。因此,在邮轮上绝缘材料的保护方案是多样化的,须结合不同区域的防护需求特点,常用的保护材料是铝箔布、玻璃丝布、镀锌铁皮等,分类见表2。

表2 常见绝缘保护方式

3.1 室外绝缘

与舱室内部或机械处所绝缘材料防护相比,暴雨和强风等不可抗天气因素对室外绝缘防护有着严峻且持续的考验,室外绝缘的防护要求非常高,使用高密度、水密的绝缘表面材料是常见的方式之一。而对于天气环境更加恶劣的航线,还会在外表面安装不锈钢铁皮,不锈钢铁皮间交叉重叠后,通过铆钉固定在轻钢龙骨骨架上,见图12。

图12 室外不锈钢铁皮安装节点(节点D)

3.2 铝箔布

铝箔布是铝箔和玻璃纤维布经特殊工艺复合制成,表面光滑平整,不透气、不透水,密封性能好,不易受细菌或霉菌的侵蚀。在邮轮上,绝缘材料在乘客区域不可见,在这些不可见区域,铝箔布常用于壁板和天花板背后绝缘材料的表面,防止灰尘、凝水和水汽浸入绝缘材料。

3.3 玻璃丝布

玻璃丝布为玻璃纤维织物制成,吸湿性小,抗拉强度高,与绝缘材料结合具有良好的吸音性能。邮轮上常用的玻璃丝布分为轻型和重型两种,轻型玻璃丝布的密度在120～150 g/m2之间,而重型玻璃丝布的密度约为450 g/m2,一般用于高油和油气污染的工作间和机械处所,通过在重型玻璃丝布上刷油漆(见图13),加强对绝缘材料的保护。

图13 玻璃丝布刷油漆

3.4 镀锌钢板

为防止绝缘材料在机械处所、工作间、储藏及货物行李运输通道上受损,常用镀锌钢板或穿孔镀锌钢板(用于噪声值较高处所)(厚度不低于0.7 mm,高度不低于1.8 m)对经上所处进行保护。通过轻钢龙骨和角钢制作固定框架,轻钢龙骨间距在400～600 mm之间,将镀锌钢板通过铆钉固定在龙骨骨架上(见图14),镀锌钢板在局部开孔、端部须有翻边,避免出现锋利尖角对人员造成安全隐患。

图14 镀锌钢板理论节点

4 结论

绝缘材料在豪华邮轮上的应用具有多样、灵活且广泛的特点,极地探险邮轮航线特殊、空间小、舒适度要求高,对于绝缘材料的性能、应用及保护标准高、严要求。通过对豪华邮轮上绝缘材料的技术性能、应用特点及保护方式分析、总结,以期为进一步完善和优化绝缘材料在豪华邮轮上的应用提供参考。