船用HAWKER蓄电池间通风设计的分析

蓄电池作为船舶系统启动、无线电通讯、导航、机舱控制回路和应急照明的应急电源，其重要性不言而喻，作为放置蓄电池的蓄电池室其安全性必须得到充分的保障。由于蓄电池的特殊性，在蓄电池充放电的过程中，会产生一定量的氢气等可燃气体，如果蓄电池室内的氢气因为蓄电池室通风不充分，而使蓄电池室内氢气聚集，容易引发爆炸。本文以某船为例，分析蓄电池室通风设计。 1背景 某船是一艘单机、单桨，柴油、LNG混合动力的无限航区海船，本船设置有3台发电机组，每台发电机组的功率为1500kW；一台应急发电机组，功率为200kW；以及作为辅助功能的直流24V 的铅酸免维护型蓄电池3组。 2 蓄电池的类型 船用电池一般为铅酸蓄电池和镍镉电池（目前船舶很少使用镍镉电池，以下只分析铅酸电池），铅酸电池有分为两大类，透气型铅酸蓄电池和阀控密封型铅酸蓄电池。透气型铅酸蓄电池又称为排气式或者开口式蓄电池，其特点是：充电末期水分会分解氢气、氧气析出，维护工作频繁，目前已淘汰。 与之相对应的是阀控密封型铅酸蓄电池，又可称为VRLA蓄电池或者免维护蓄电池，特点是电池是全密闭，不会漏酸，充放电是不会向开口式蓄电池那样产生酸雾，基本不会产生氢气等可燃气体，不需加水维护，所以阀控密封型铅酸蓄电池可称免维护蓄电池。 3 蓄电池室设计通风的原因 阀控密封型铅酸蓄电池本身有一个特点是电解过程中生成的氧气和氢气可以在充电过程中再化合，不断循环，一般不会产生氢气。但是不理想的运行条件，如充电电压过高、过度放电、温度过高或过低、内部腐蚀及其他原因，会导致电池负极析出氢，或正极板腐蚀，以及正极析氧，即存在析气电压。实验证明，析气电压与温度有关。氢气是爆炸性气体。又因蓄电池本身析气电压，所以不允许暴露在过高或过低的温度下以及喷淋水中。因此蓄电池室必须设置通风，以保证室内温度不会过高或过低，排除可燃气体，以防止气体凝聚产生爆炸。 4 蓄电池室通风设计原则 蓄电池室的通风系统应独立于其他通风系统。其排气管道应通向能安全稀释可燃气体且无点燃源之处，其进风口不能开向可燃气体可能聚集之处。其出风口应设置在顶部，进风口应设置在底部，并有防止水和火焰进入的措施。蓄电池室内的风机应采用防爆型风机。如需要的换气量较小，通风管道能从蓄电池室、箱或柜的顶部直接向上通至开敞空气，而通风管的任何部分与铅垂线的夹角不能大于45°，以产生对流，则可以采用自然通风。以上是蓄电池室通风的总体原则。同时各大船级社对蓄电池通风也有严格规定。 4.1 CCS对蓄电池室通风的规范要求 蓄电池室采用自然通风时，进风风管的截面积应和出风风管的截面积相等，截面积A应不小于； （1）透气型蓄电池 A=cm2  式1 如蓄电池组的总充电功率大于2000kW，则应采用机械通风，通风装置的排气量。 Q1应不少于：Q1=0.11 IN m3/h （2）阀控密封型蓄电池 A=cm2式2 排气量：Q2=0.25Q1 上述两式中： Un——蓄电池额定电压，V； Q2——排气量； N——换气次数； I——产生气体期间的最大充电电流，但不小于充电设备能够输出的大充电电流的25%（A）。 4.2 ABS对蓄电池室通风的规范要求 ABS对蓄电池室通风也有严格的要求： 当蓄电池组的充电总功率大于2000kW室，采用单独的蓄电池室，并且蓄电池室无电气设备，如有，则必须满足相关的防爆要求。其通风如果可以从蓄电池室顶部直接排到露天，则可以采用自然通风，如果不能安装自然通风，则可以采用机械通风，但其风机的风量应该满足在两分钟内将蓄电池室内的空气全部换掉或满足在蓄电池最大充电电流时维持蓄电池室内的可燃气的低于最低爆炸极限。 当蓄电池组的充电总功率在0.2kW到2kW之间时，不必采用单独的电池室，可放在甲板箱，位于机械处所或通风良好处所即可。其通风形式是出口采用鹅颈式或者菌型通风头，进风口需采用风雨密百叶窗，最少提供两个进风口，放在箱底部左右两侧。 当蓄电池组的充电总功率小于0.2kW时，只需提供电池柜，不放置在居住处所即可，除非密闭，无需通风。 4.3 BV对蓄电池室的规范要求 基本和ABS相同，区别在于当充电总功率大于2kW时，需采用机械通风，除非训电池箱位于露天甲板则可以采用自然通风。其排气量则和CCS标准一致。 4.4 LR对蓄电池室的规范要求 基本和ABS相同，区别在于当充电总功率大于2kW时，需采用机械通风，并规定了自然通风管道面积不应小于每1m3 的蓄电池舱室或箱的体积 50mc2。 4.5 DNV对蓄电池室通风的规范要求 DNV对蓄电池室的通风规范和上述都不一样，采用的是透气型（湿电池）和阀控型（湿电池）两种情况。阀可控的通风要求为：当电池组的总能量大于100kVAh时，必须采用机械通风；当电池组的总能量大于等于5kVAh，小于等于100kVAh时，采用自然通风；当电池组总能量小于5kVAh时，在蓄电池箱上面开通气孔即可。其自然通风截面积表述为20倍的总能量数值（kVAh）。排气量表述为2倍的总能量数值（kVAh），换气次数为每小时6次。透气型的情况因很少使用不做表述，请查询相关规范。 综上可以看出，各大主要船级社对蓄电池室通风规定都不尽相同，设计上采用的方案也会不同。 5 蓄电池室通风的典型布置（自然通风） 蓄电池室通风的典型布置示意如图1、图2。 图1.蓄电池室自然通风布置示意图 图2.蓄电池室自然通风布置示意图 上述图1、图2布置为常用的自然通风布置方案，底部采用百叶窗进风，顶部采用通风筒排风。此布置需要注意的一个问题，当自然通风采用菌型通风筒，通风筒需要满足外部开启，因船用菌型通风筒（CB/T295-2000）标准外部启闭通风筒形式最小通径为DN250，所以在满足各大船级社所要求的最小通风截面积和排气量之外，还要考虑上述问题。 6 某船蓄电池间通风布置 图3.蓄电池间通风布置图示 图4.蓄电池间通风布置图示 如上述图3、图4所示，某船蓄电池间采用了机械通风。在蓄电池间底部设置了进风百叶窗，空气由此处进入蓄电池间。在蓄电间内部设置了防爆等级为Exd IICT1的防爆离心风机。本风机需要保持常开，将蓄电池间内部的空气通风其顶部的百叶窗排出，以到达蓄电池间空气循环不停止的目的。