盤管型貨油加熱系統(tǒng)設計要領

馬小潤 肖濤 練春飛

(廣船國際技術中心)

0 前言

貨油艙加熱系統(tǒng)是利用各種方法對貨油艙進行加熱的系統(tǒng)。根據(jù)加熱的介質區(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、盤管型和混合型。本文主要討論盤管型貨油加熱系統(tǒng)設計。

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。

外裝設計人員的主要工作是負責蒸汽閥組及加熱盤管或加熱器的訂貨，核算訂貨鍋爐的蒸發(fā)量是否滿足要求，以及在貨油艙內對加熱盤管進行實際布置等。

2 系統(tǒng)設計所需相關資料

加熱盤管訂貨之前需要先進行計算，以得出加熱盤管的訂貨長度等數(shù)據(jù)，計算所需要的輸入資料包括有規(guī)格書、入級的船級社規(guī)范、MARPOL73/78防污染公約及附則、SOLAS公約、IBCCODE、船旗國海事法規(guī)、總布置圖、加熱盤管廠家圖或加熱器廠家圖和貨艙結構圖等。設計完成之后需要輸出的資料有系統(tǒng)的蒸汽耗量，每艙加熱盤管的長度，加熱盤管的訂貨數(shù)據(jù)等。需要進行協(xié)調的相關詳細設計圖紙有《機艙蒸汽系統(tǒng)》《機艙乏汽系統(tǒng)》《洗艙系統(tǒng)》《甲板污油水回收系統(tǒng)》等；同時還需要反饋對加熱盤管廠家圖的審圖意見。

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

通過對圖1規(guī)格書進行解讀，得出加熱盤管的尺寸、貨油艙初始溫度和最終溫度，環(huán)境溫度，蒸汽系統(tǒng)設計壓力，貨油艙的艙容，污油水艙的計算油水混合比例，加熱時間要求等參數(shù)。

圖1 某船貨油艙加熱部分規(guī)格書

3 計算過程

首先計算貨油艙當前溫度所需要的蒸汽耗量，即保溫耗氣量，具體計算公式如圖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。其中的傳熱系數(shù)，我們采用大連船研所的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如圖3所示；傳熱表面積可以通過總布置圖中所示的船長，船寬等數(shù)據(jù)計算出的艙室六個面的面積相加得到；溫差利用圖1規(guī)格書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查詢《物性表》得到。參數(shù)全部確定后即可開始計算。

圖2 保溫耗汽量計算圖

圖3 船體各散熱面的傳熱系數(shù)圖

首先，根據(jù)圖3計算每艙的保溫耗氣量qm，并列出一個表格。（注：本文中所用的符號名稱及單位見標準CB/T3373-2013）。

接著，計算每一個貨油艙由當前溫度加熱至最終溫度的蒸汽耗量qh1，即加熱耗氣量，具體計算公式見圖4所示，公式中各參數(shù)代表的意義具體見標準CB/T3373-2013，參數(shù)的取值也可參照標準取用。

圖4 加熱耗汽量qh1的計算方式

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)計算按半艙加熱半艙保溫處理。即一半的艙室只統(tǒng)計保溫耗氣量，另一半的艙室統(tǒng)計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，計算出所需要的加熱面積As。

圖5 加熱面積As計算方法

然后根據(jù)規(guī)格書要求的加熱管規(guī)格，如圖6計算出所需加熱管長度L。

圖6 熱管總長度計算

由于蒸汽在傳熱過程中溫度逐漸降至和貨艙溫度接近時，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計算出最大有效加熱長度LC。

圖7 最大有效加熱長度的計算

最后利用加熱盤管總長度L和有效極限長度LC，計算出加熱盤管的回路數(shù)n，如圖8所示。

圖8 加熱盤管的回路數(shù)的計算

按照加熱盤管回路數(shù)n將管路總長均分L，適當取余量后確定每根加熱盤管的長度（注意該值為理論計算值，實際訂貨需考慮余量）。

一般情況下，加熱盤管的廠家圖會提供計算表，但是廠家不會提供詳細計算過程，而是按照經(jīng)驗取一個面積體積比值，直接得出加熱盤管的長度，我們可以按圖9對應計算出面積體積比，以便核查廠家的計算是否滿足要求。

圖9 加熱盤管的表面積與艙容比的計算

由于以上的計算都是基于理論，部分參數(shù)來自實驗所得，故僅供參考。廠家圖的實際計算值允許有所差別，但差別不能過大，如差別過大，則需要參考母型船的數(shù)據(jù)進行核對，防止出錯。

在實際設計中，為減少計算量，可以采用經(jīng)驗所得的面積體積比，即上述“加熱盤管的表面積與艙容比R"，可以較快得出加熱表面積；但是有效極限長度LC必須通過本文的計算方法取得。計算完成后，還需要與相關的系統(tǒng)進行交叉驗證，如果計算得出的單根加熱盤管的長度與有效極限長度的數(shù)據(jù)接近，則建議進一步細化計算，以免核算時取值跳檔導致管路數(shù)而材料用量大幅度增加的情況出現(xiàn)。

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

在生產(chǎn)設計中，除了保證每個艙的加熱長度與計算相符，在管路布置時，也需要注意所有的單路加熱盤管盡可能均布艙底，以避免因某一路加熱盤管出現(xiàn)問題而導致局部加熱效果大幅削弱的情況發(fā)生。