盘管型货油加热系统设计要领

马小润 肖涛 练春飞

(广船国际技术中心)

0 前言

货油舱加热系统是利用各种方法对货油舱进行加热的系统。根据加热的介质区分，可分为热水加热、蒸汽加热、热煤油加热和电加热；根据加热的方式区分则可分为加热器型、盘管型和混合型。本文主要讨论盘管型货油加热系统设计。

1 蒸汽加热系统的组成

货油舱蒸汽加热系统主要由蒸汽锅炉、加热盘管或加热器、凝水观察柜、热井、给水泵、蒸汽阀组以及连接各部件之间的管路和管附件组成。

外装设计人员的主要工作是负责蒸汽阀组及加热盘管或加热器的订货，核算订货锅炉的蒸发量是否满足要求，以及在货油舱内对加热盘管进行实际布置等。

2 系统设计所需相关资料

加热盘管订货之前需要先进行计算，以得出加热盘管的订货长度等数据，计算所需要的输入资料包括有规格书、入级的船级社规范、MARPOL73/78防污染公约及附则、SOLAS公约、IBCCODE、船旗国海事法规、总布置图、加热盘管厂家图或加热器厂家图和货舱结构图等。设计完成之后需要输出的资料有系统的蒸汽耗量，每舱加热盘管的长度，加热盘管的订货数据等。需要进行协调的相关详细设计图纸有《机舱蒸汽系统》《机舱乏汽系统》《洗舱系统》《甲板污油水回收系统》等；同时还需要反馈对加热盘管厂家图的审图意见。

以下是某船规格书中体现货油舱加热部分的描述内容，如图1所示。

通过对图1规格书进行解读，得出加热盘管的尺寸、货油舱初始温度和最终温度，环境温度，蒸汽系统设计压力，货油舱的舱容，污油水舱的计算油水混合比例，加热时间要求等参数。

图1 某船货油舱加热部分规格书

3 计算过程

首先计算货油舱当前温度所需要的蒸汽耗量，即保温耗气量，具体计算公式如图2所示。从公式中可以看出保温耗气量与传热系数，传热表面积和温差，可利用的蒸汽比焓等参数有关。其中的传热系数，我们采用大连船研所的经验数据如图3所示；传热表面积可以通过总布置图中所示的船长，船宽等数据计算出的舱室六个面的面积相加得到；温差利用图1规格书中定义的起始温度和最终温度相减得出；可利用的蒸汽比焓通过查询《物性表》得到。参数全部确定后即可开始计算。

图2 保温耗汽量计算图

图3 船体各散热面的传热系数图

首先，根据图3计算每舱的保温耗气量qm，并列出一个表格。（注：本文中所用的符号名称及单位见标准CB/T3373-2013）。

接着，计算每一个货油舱由当前温度加热至最终温度的蒸汽耗量qh1，即加热耗气量，具体计算公式见图4所示，公式中各参数代表的意义具体见标准CB/T3373-2013，参数的取值也可参照标准取用。

图4 加热耗汽量qh1的计算方式

加热系统总的蒸汽耗量即为上述的保温耗汽量与加热耗汽量之和。（常规计算按半舱加热半舱保温处理。即一半的舱室只统计保温耗气量，另一半的舱室统计保温耗气量和加热耗气量之和）。得出总的蒸汽耗量之后，如图5所示，计算出所需要的加热面积As。

图5 加热面积As计算方法

然后根据规格书要求的加热管规格，如图6计算出所需加热管长度L。

图6 热管总长度计算

由于蒸汽在传热过程中温度逐渐降至和货舱温度接近时，加热效果已大大削弱甚至消失，后面的加热管段已失去加热作用，故需要按图7计算出最大有效加热长度LC。

图7 最大有效加热长度的计算

最后利用加热盘管总长度L和有效极限长度LC，计算出加热盘管的回路数n，如图8所示。

图8 加热盘管的回路数的计算

按照加热盘管回路数n将管路总长均分L，适当取余量后确定每根加热盘管的长度（注意该值为理论计算值，实际订货需考虑余量）。

一般情况下，加热盘管的厂家图会提供计算表，但是厂家不会提供详细计算过程，而是按照经验取一个面积体积比值，直接得出加热盘管的长度，我们可以按图9对应计算出面积体积比，以便核查厂家的计算是否满足要求。

图9 加热盘管的表面积与舱容比的计算

由于以上的计算都是基于理论，部分参数来自实验所得，故仅供参考。厂家图的实际计算值允许有所差别，但差别不能过大，如差别过大，则需要参考母型船的数据进行核对，防止出错。

在实际设计中，为减少计算量，可以采用经验所得的面积体积比，即上述“加热盘管的表面积与舱容比R"，可以较快得出加热表面积；但是有效极限长度LC必须通过本文的计算方法取得。计算完成后，还需要与相关的系统进行交叉验证，如果计算得出的单根加热盘管的长度与有效极限长度的数据接近，则建议进一步细化计算，以免核算时取值跳档导致管路数而材料用量大幅度增加的情况出现。

计算的蒸汽耗量还需要与锅炉、热井等设备订货参数进行验证，以保证锅炉等设备有足够的蒸汽供给。如果订货锅炉的蒸发量满足不了计算出的蒸汽耗量要求，则需要考虑修改锅炉等设备的订货或考虑修改货油舱加热的方式。

在生产设计中，除了保证每个舱的加热长度与计算相符，在管路布置时，也需要注意所有的单路加热盘管尽可能均布舱底，以避免因某一路加热盘管出现问题而导致局部加热效果大幅削弱的情况发生。