馬小潤(rùn) 肖濤 練春飛

(廣船國(guó)際技術(shù)中心)

0 前言

貨油艙加熱系統(tǒng)是利用各種方法對(duì)貨油艙進(jìn)行加熱的系統(tǒng)。根據(jù)加熱的介質(zhì)區(qū)分，可分為熱水加熱、蒸汽加熱、熱煤油加熱和電加熱；根據(jù)加熱的方式區(qū)分則可分為加熱器型、盤(pán)管型和混合型。本文主要討論盤(pán)管型貨油加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 蒸汽加熱系統(tǒng)的組成

貨油艙蒸汽加熱系統(tǒng)主要由蒸汽鍋爐、加熱盤(pán)管或加熱器、凝水觀察柜、熱井、給水泵、蒸汽閥組以及連接各部件之間的管路和管附件組成。

外裝設(shè)計(jì)人員的主要工作是負(fù)責(zé)蒸汽閥組及加熱盤(pán)管或加熱器的訂貨，核算訂貨鍋爐的蒸發(fā)量是否滿足要求，以及在貨油艙內(nèi)對(duì)加熱盤(pán)管進(jìn)行實(shí)際布置等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需相關(guān)資料

加熱盤(pán)管訂貨之前需要先進(jìn)行計(jì)算，以得出加熱盤(pán)管的訂貨長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，計(jì)算所需要的輸入資料包括有規(guī)格書(shū)、入級(jí)的船級(jí)社規(guī)范、MARPOL73/78防污染公約及附則、SOLAS公約、IBCCODE、船旗國(guó)海事法規(guī)、總布置圖、加熱盤(pán)管廠家圖或加熱器廠家圖和貨艙結(jié)構(gòu)圖等。設(shè)計(jì)完成之后需要輸出的資料有系統(tǒng)的蒸汽耗量，每艙加熱盤(pán)管的長(zhǎng)度，加熱盤(pán)管的訂貨數(shù)據(jù)等。需要進(jìn)行協(xié)調(diào)的相關(guān)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙有《機(jī)艙蒸汽系統(tǒng)》《機(jī)艙乏汽系統(tǒng)》《洗艙系統(tǒng)》《甲板污油水回收系統(tǒng)》等；同時(shí)還需要反饋對(duì)加熱盤(pán)管廠家圖的審圖意見(jiàn)。

以下是某船規(guī)格書(shū)中體現(xiàn)貨油艙加熱部分的描述內(nèi)容，如圖1所示。

通過(guò)對(duì)圖1規(guī)格書(shū)進(jìn)行解讀，得出加熱盤(pán)管的尺寸、貨油艙初始溫度和最終溫度，環(huán)境溫度，蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，貨油艙的艙容，污油水艙的計(jì)算油水混合比例，加熱時(shí)間要求等參數(shù)。

圖1 某船貨油艙加熱部分規(guī)格書(shū)

3 計(jì)算過(guò)程

首先計(jì)算貨油艙當(dāng)前溫度所需要的蒸汽耗量，即保溫耗氣量，具體計(jì)算公式如圖2所示。從公式中可以看出保溫耗氣量與傳熱系數(shù)，傳熱表面積和溫差，可利用的蒸汽比焓等參數(shù)有關(guān)。其中的傳熱系數(shù)，我們采用大連船研所的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示；傳熱表面積可以通過(guò)總布置圖中所示的船長(zhǎng)，船寬等數(shù)據(jù)計(jì)算出的艙室六個(gè)面的面積相加得到；溫差利用圖1規(guī)格書(shū)中定義的起始溫度和最終溫度相減得出；可利用的蒸汽比焓通過(guò)查詢(xún)《物性表》得到。參數(shù)全部確定后即可開(kāi)始計(jì)算。

圖2 保溫耗汽量計(jì)算圖

圖3 船體各散熱面的傳熱系數(shù)圖

首先，根據(jù)圖3計(jì)算每艙的保溫耗氣量qm，并列出一個(gè)表格。（注：本文中所用的符號(hào)名稱(chēng)及單位見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)CB/T3373-2013）。

接著，計(jì)算每一個(gè)貨油艙由當(dāng)前溫度加熱至最終溫度的蒸汽耗量qh1，即加熱耗氣量，具體計(jì)算公式見(jiàn)圖4所示，公式中各參數(shù)代表的意義具體見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)CB/T3373-2013，參數(shù)的取值也可參照標(biāo)準(zhǔn)取用。

圖4 加熱耗汽量qh1的計(jì)算方式

加熱系統(tǒng)總的蒸汽耗量即為上述的保溫耗汽量與加熱耗汽量之和。（常規(guī)計(jì)算按半艙加熱半艙保溫處理。即一半的艙室只統(tǒng)計(jì)保溫耗氣量，另一半的艙室統(tǒng)計(jì)保溫耗氣量和加熱耗氣量之和）。得出總的蒸汽耗量之后，如圖5所示，計(jì)算出所需要的加熱面積As。

圖5 加熱面積As計(jì)算方法

然后根據(jù)規(guī)格書(shū)要求的加熱管規(guī)格，如圖6計(jì)算出所需加熱管長(zhǎng)度L。

圖6 熱管總長(zhǎng)度計(jì)算

由于蒸汽在傳熱過(guò)程中溫度逐漸降至和貨艙溫度接近時(shí)，加熱效果已大大削弱甚至消失，后面的加熱管段已失去加熱作用，故需要按圖7計(jì)算出最大有效加熱長(zhǎng)度LC。

圖7 最大有效加熱長(zhǎng)度的計(jì)算

最后利用加熱盤(pán)管總長(zhǎng)度L和有效極限長(zhǎng)度LC，計(jì)算出加熱盤(pán)管的回路數(shù)n，如圖8所示。

圖8 加熱盤(pán)管的回路數(shù)的計(jì)算

按照加熱盤(pán)管回路數(shù)n將管路總長(zhǎng)均分L，適當(dāng)取余量后確定每根加熱盤(pán)管的長(zhǎng)度（注意該值為理論計(jì)算值，實(shí)際訂貨需考慮余量）。

一般情況下，加熱盤(pán)管的廠家圖會(huì)提供計(jì)算表，但是廠家不會(huì)提供詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，而是按照經(jīng)驗(yàn)取一個(gè)面積體積比值，直接得出加熱盤(pán)管的長(zhǎng)度，我們可以按圖9對(duì)應(yīng)計(jì)算出面積體積比，以便核查廠家的計(jì)算是否滿足要求。

圖9 加熱盤(pán)管的表面積與艙容比的計(jì)算

由于以上的計(jì)算都是基于理論，部分參數(shù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)所得，故僅供參考。廠家圖的實(shí)際計(jì)算值允許有所差別，但差別不能過(guò)大，如差別過(guò)大，則需要參考母型船的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，防止出錯(cuò)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為減少計(jì)算量，可以采用經(jīng)驗(yàn)所得的面積體積比，即上述“加熱盤(pán)管的表面積與艙容比R"，可以較快得出加熱表面積；但是有效極限長(zhǎng)度LC必須通過(guò)本文的計(jì)算方法取得。計(jì)算完成后，還需要與相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，如果計(jì)算得出的單根加熱盤(pán)管的長(zhǎng)度與有效極限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)接近，則建議進(jìn)一步細(xì)化計(jì)算，以免核算時(shí)取值跳檔導(dǎo)致管路數(shù)而材料用量大幅度增加的情況出現(xiàn)。

計(jì)算的蒸汽耗量還需要與鍋爐、熱井等設(shè)備訂貨參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，以保證鍋爐等設(shè)備有足夠的蒸汽供給。如果訂貨鍋爐的蒸發(fā)量滿足不了計(jì)算出的蒸汽耗量要求，則需要考慮修改鍋爐等設(shè)備的訂貨或考慮修改貨油艙加熱的方式。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，除了保證每個(gè)艙的加熱長(zhǎng)度與計(jì)算相符，在管路布置時(shí)，也需要注意所有的單路加熱盤(pán)管盡可能均布艙底，以避免因某一路加熱盤(pán)管出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致局部加熱效果大幅削弱的情況發(fā)生。