船舶辅蒸汽系统研究

汤 良 然

（江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

0 引 言

船舶蒸汽系统一般分为主蒸汽系统和辅蒸汽系统，主蒸汽系统的蒸汽用户为船舶蒸汽动力装置及蒸汽涡轮发电机等主动力设备。辅蒸汽系统为全船加热、吹洗、生活杂用等用户提供汽源。加热吹洗分系统供汽对象为：液舱加热，清洗，舱室冬季取暖用散热器、空调装置热源、加湿，滤器、舷部舱底吹洗，冬季海水门格栅破冰吹洗等，生活用户主要为：厨房设备、热水柜洗涤热水等。本文以船舶辅蒸汽系统为对象，研究了辅蒸汽系统的主要设备：锅炉、热井、大气冷凝器、软水箱等设置要求及相应的管系配置。

1 辅蒸汽系统组成

船舶辅蒸汽系统主要由锅炉供汽管系、日用蒸汽管系、锅炉给水管系、凝水回收管系等组成。向全船提供日用蒸汽、取暖蒸汽、厨房用蒸汽等其他设备用蒸汽。锅炉提供的0.7MPa蒸汽，经减压站减压后通过各区域集中至分配总管，再按区域向全船供应0.3MPa蒸汽。各用户取用后，凝水经疏水阀直接返回至热井，也可通过大气冷凝器冷却后返回热井。大气冷凝器由海水泵提供舷外冷却海水，冷却后凝水经热井内蒸汽加热可保证热井水温保持在锅炉适宜的水温。根据锅炉内水位高低由锅炉水位调节阀自动控制热井给水泵向锅炉补水，而热井浮球阀根据热井水位控制软水箱自动向热井补水，软水箱由岸供补水。辅蒸汽系统管路还设置必要的补偿装置或利用弯管来补偿热膨胀，管路的支架和吊架必须使管路膨胀不受影响，蒸汽管路的表面包敷隔热材料，包敷后外层表面温度不超过60℃，可拆接头及阀件处的隔热材料包敷应便于拆换。辅蒸汽系统组成见表1。

表1 辅蒸汽系统组成及用户

1.1 锅炉供汽管系

系统主要由锅炉、汽水分离器、过滤器、减压阀组、连接管(无缝钢管)、阀件及各类管附件组成，见图1 。

图1 供汽管系

1)按区域划分，通过各区域蒸汽集中分配总管，按需向用户分配，集汽总管前一般设有汽水分离器，设置带有旁通管路的减压站，备用旁通管应装在减压阀的上部避免积水，减压后饱和蒸汽压力应为0.3MPa 。

2)蒸汽管系还应在左右船舷设置岸供蒸汽接头，岸供蒸汽设施在汽水分离器前并入主供汽管系。

1.2 日用蒸汽管系

系统主要由区域蒸汽集中分配总管、各类用户、连接管、阀件及各类管附件组成，见图 2。船舶用户有：厨房设备、舱室取暖蒸汽散热器、空调装置冬季取暖蒸汽加热加湿、热水柜加热、液舱加热、动力设备吹洗、舷部附件吹洗等。安装时要注意以下事项：

图2 日用蒸汽管系

1)供暖和生活用蒸汽管系应采用双线制管路，分别设置蒸汽管和凝水管，并在蒸汽用户后管路中设置疏水阀与凝水回收管路接通。

2)蒸汽管路和凝水管路中必须设置足够数量的膨胀节，弯管膨胀节的弯曲半径不小于3倍管子外径，呈水平布置，当水平布置有困难时，蒸汽管弯管膨胀节应上凸，凝水管弯管膨胀节应下凹，以避免产生汽阻或水阻。

3)管路尽量避免通过居住舱室，更不应通过易燃、易爆舱及粮舱等惧热舱室。

4)油舱加热盘管布置在靠近舱底处，加热盘管按每吨0.07m2加热面积确定盘管的散热面。如油舱外表面接触海水，按每6m2的接触面积加0.1m2的加热面积。

5)所有可能结冰的舷部附件均应设置蒸汽加热、吹洗管。

6)蒸汽管路的支架或吊架的结构、布置、固定应考虑管路膨胀因素。

1.3 锅炉给水管系

锅炉给水管系主要由热井、给水泵组、大气冷凝器、海水冷却泵、软水箱、连接管(不锈钢管)、阀件及各类管附件组成，见图3。

1)为确保锅炉给水、炉水水质，保证锅炉安全运行，延长使用寿命，各项水质分析指标范围见表2。

表2 水质指标[1]

2)给水系统至少设2台锅炉给水泵，泵的总排量应满足锅炉最大负荷工作时所需水量。

3)给水泵受控于锅炉水位调节装置自动启动、停止。

4)给水贮存柜(热井)可由软水箱自动补水，由大气冷凝器冷却或由蒸汽加热来控制给水温度至适合锅炉要求的水温，正常的给水温度为 60～90℃。

2 燃油辅锅炉

以额定蒸发量1000kg/h、蒸汽压力0.7MPa的针形管辅锅炉为例，锅炉主要由锅炉本体、机械压力雾化燃烧器、电控箱、仪表、阀件等组成，锅炉机组全自动控制运行。锅炉本体由筒体和炉胆及针形管组成，针形管装在烟管内，筒体和炉胆之间为锅炉的储水空间。正常工作情况下，由水位调节器控制给水泵的运转，达到自动供水。当水位调节器出现故障时，可用手动控制给水泵供水。锅炉燃烧控制程序为：预扫气→点火→小火→大火→小火→自动停止燃烧。

图3 锅炉给水管系

2.1 锅炉自动控制与安全保护

1)压力控制设定值，见表3。

表3 蒸汽压力控制设定值

2)水位自动控制要求，见表4。

表4 水位控制设定值

3)蒸发量 100kg/h以上的燃油辅锅炉均应设有给水、点火及燃烧的自动控制系统和安全保护装置，并备有手动操作装置。

4)当发生锅炉点火不着（5±1s内）、最低水位、燃烧器熄火后（1s内）任一情况时即刻关闭燃烧器，并发出声光报警。

5)锅炉在点火4s没有成功时，应恢复扫气。

6)蒸发量≤1000kg/h的锅炉预扫气时间应＞20s，蒸发量＞1000kg/h的锅炉预扫气时间应＞40s。

7)应设置2只直径为25～100mm的安全阀，以满足蒸汽阀关闭时，在额定燃油量燃烧时，7min内锅炉压力升高值＜工作压力的10%。

2.2 锅炉燃油系统

锅炉燃油系统见图 4。燃烧器的燃油进、回油接口应采用软管连接。锅炉应具备应急停炉功能。燃油供给管路必须采取安全保护措施，并设置具有紧急切断油路的快关阀使锅炉应急停炉。快关阀有手动操作和气动快关等形式，如增设电磁阀则可实行远程遥控，便于集中控制。

2.3 锅炉安装

1)锅炉安装时，应尽量将锅炉水位表置于船舯，以减少船舶横摇时影响水位指示的正确性。

图4 燃油管系

2)燃烧器前应留有900mm的操作空间，锅炉在船舶一侧布置时应注意锅炉的左右型，将燃烧器置于船舯位置。

3)锅炉顶部的蒸汽安全阀应根据机舱情况，选择合适部位安装操纵拉手以方便手操排气。

2.4 锅炉运行与检查

1)防止点火冷爆，当炉膛内充满油气时，突然点火会引起强烈爆燃，所以在锅炉点火前要做到先对炉膛进行预扫气，扫气时间不少于 20s，将炉膛内可能存留的油气由烟囱排出后再点火。

2)检查燃烧器的点火电极位置是否正确。当点火电极因位置不准而不发出火花或因短路火花位置不对时，燃油点不着火，当燃油喷得较多时就有可能发生冷爆，所以，当发生点火不着时，应立即停炉检查原因，切不可再进行点火，待排除故障后进行预扫气，才可再点火，检查点火电极的位置可拨动点火按钮，观察电极放电情况。

3)检查燃烧器喷油头是否漏油，漏油会增加燃油冷爆的可能性。

4)锅炉正常燃烧后，当空气阀有蒸汽溢出时即可关闭空气阀，锅炉开始升压。当气压升至工作压力后检查给水阀、上下排放阀、水位表放泄旋塞后的管路，如是冷的，表示这些阀没有漏泄现象。

5)锅炉运行中，应随时严密监视锅炉压力、水位和燃烧是否正常。

6)锅炉排烟的正常温度应在400℃以下。

2.5 锅炉的日常管理

1)水位表必须每天冲洗一次，以保证水位指示的正确性。水位表经冲洗后，在关闭放泄旋塞时，水位应很快上升并略有波动，即表示水位畅通。

2)锅炉下部位放泄阀每天排污一次，排污时开启放泄阀10s左右后关闭，重复3～5次，以保证排污效果，排污应在停炉时且炉内压力低于 0.3MPa时进行。

3)每月拉动安全阀手动开启装置进行一次排气，以检查安全阀的可靠性，避免安全阀由于日久锈蚀咬死，拉动安全阀手动开启装置必须在锅炉内有压力时进行。

2.6 组合式热井

组合式热井由2m3热井本体、给水泵、5m2冷却面积的大气冷凝器、管路及阀附件组成。系统将日用蒸汽经用户后产生的凝水，通过大气冷凝器冷却后或直接进入热井，经给水泵送入锅炉，形成蒸汽凝水的循环。给水泵由锅炉水位调节器控制，根据锅炉的水位高低自动补水，给水泵应设有备用泵以满足锅炉正常使用及保养。热井可及时不断地向锅炉供水，具有低位自动补水，高位自动关闭，蒸汽加热等功能。热井的液位计可观察热井内水位，浮球阀实施自动补水，也可通过手动补水阀补水。热井上设有取样水口并装有温度计，水温一般在60～90℃，较低时可开启加热蒸汽阀加热。凝水回收可直接进热井，也可经过大气冷凝器冷却后进热井，冷凝器冷却水由海水泵提供，海水经冷凝器吸热后从舷外排出。

2.7 软水箱

2.7m3软水箱用于向热井补充软水，通岸接头可向软水箱加入岸供软水，水箱上的液位计可观察液面高度，超液位时通过溢流口外溢。软水箱可通过安装在热井内的浮球阀实现对组合式热井的自动补水。

3 结 语

船舶辅蒸汽系统的核心是辅锅炉及其自动控制功能和安全保护措施。而自动补给水保障了锅炉的正常运行及饱和蒸汽的产出。大气冷凝器的冷却作用及热井输入蒸汽的加热使得热井内水温与锅炉要求的水温相适应。软水箱的不断补充保证了热井水位足以维持在正常运行的水位状态。以集中供汽、分区域布点的设计原理避免了远距离用户用汽量不足的缺陷，而完善的凝水回收管路是热能、水源再利用的体现。以针形管辅锅炉为例的辅蒸汽系统，其主要配置及系统设计经实船验证是可靠且具有装备船舶的实用性。

[1] GB 1576，工业锅炉水质[S].