82000DWT散貨船的蒸汽加熱系統計算及管路優化

摘要：本文從蒸汽加熱理論計算、設備的選型、詳細設計管路通徑的選擇和壁厚的估算，對我公司的82000 DWT 巴拿馬散貨船的蒸汽系統進行優化，達到降低空船重量，減少造船成本的目的。

關鍵詞：蒸汽加熱計算；蒸汽系統設計優化；散貨船

Calculation and Optimization of Steam-Heating System for 82 000 DWT Panama Bulk Carrier

HUANG Shen， HE Zhaigen

(CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding co.， Ltd. Guangzhou 511462)

Abstract: This paper describes the optimization of steam-heating system for 82 000 DWT Panama bulk carrier through calculation of the steam-heating balance， equipment type selection， pipe diameter selection and pipe wall size estimation in detailed design to reduce lightweight of ship and cut back cost of shipbuilding.

Key words: Calculation of steam-heating; Optimization of steam system; Bulk carrier

1前言

82 000 DWT散貨船是由龍穴造船有限公司與廣船國際股份有限公司聯合研發的巴拿馬型散貨船，該船已經在龍穴造船有限公司投產，且簽了大量的訂單，作為龍穴造船現在的龍頭產品。為了減輕空船重量，降本增效，更加適應和滿足市場的需求，本篇論文立足于此，深化優化82 000 DWT巴拿馬型散貨船的蒸汽系統。

2蒸汽加熱負荷計算

2.1熱傳導系數

艙壁接觸面介質不一樣，其傳熱系數也相差很大，艙壁熱傳導系統見表1。

2.2艙柜面積

對于燃油儲存艙的加熱蒸汽耗量的計算，不論是航行工況還是裝卸貨工況，均應對一個正在使用的燃油儲存艙進行保溫，對另一個容積最大的燃油儲存艙進行加熱，因此艙柜面積只要選出相應的兩個燃油儲存艙柜即可，各個油艙艙壁面積見表2。

S1——油艙在艙底靠近海水側的面積（m2）；

S2——油艙在舷側靠近海水側面積（m2）；

S3——臨近水艙或者低熱量的艙柜的油艙面積（m2）；

S4——油艙靠近空氣側面積（m2）；

S5——油艙靠近機艙（沒有絕緣）面積（m2）；

S6——油艙靠近機艙（有絕緣）面積（m2）；

S7——油艙臨近貨艙區面積（m2）。

2.3艙柜蒸汽耗量的計算

艙柜蒸汽耗量的計算可分為艙柜的加熱所需要的蒸汽量和艙柜保溫的蒸汽量，通過公式（1）和公式（2），我們可以分別得計算出艙柜加熱的蒸汽耗量qm3和艙柜保溫熱的蒸汽耗量qm4。

公式（1）：

qm3——艙柜加熱蒸汽耗量（kg/h）；

ml——艙柜內液體量（kg）；

CL——艙柜內液體比熱（kJ/kg·K）；

t2——被加熱介質終溫（℃）;

t1 ——被加熱介質初溫（℃）；

t0——艙柜外部環境溫度（℃）；

i”——加熱蒸汽熱焓（kJ/kg）；

i’——加熱蒸汽的凝水焓（kJ/kg）；

sT——艙柜表面積（m2）；

hT——艙柜表面散熱系數（kJ/m2·h·K）；

T——加熱時間（h）

公式（2）：

qm4——艙柜保溫蒸汽耗量（kg/h）；

冬季狀況下的艙柜需要的蒸汽參數

根據公式（1）和公式（2），可計算冬季工況下的艙柜蒸汽耗量，計算結果見表3。

2.4冬季工況下其他加熱設備的蒸汽耗量

船舶系統蒸汽耗量還包括加熱設備所需的蒸汽耗量，根據各個設備廠家提供的設備蒸汽耗量，可計算出設備所需的蒸汽量，間斷性使用負荷設備不考慮，見表4。

2.8鍋爐的選型

從上面計算可知，航行時的最大蒸汽耗量為冬季航行工況蒸汽耗量的1 187 kg和停航時最大蒸汽耗量為冬季進出港工況蒸汽耗量的1 146 kg。本船采用燃油/廢氣組合型鍋爐，廢氣部分產生的蒸汽用于正常航行，廢氣熱量不足時燃油部分自動補充，裝卸貨時由燃油部分產生蒸汽供應全船。因此，我們可選用組合鍋爐容量為：燃油側：1 200 kg/h x 0.7 MPa；廢氣側： 1 000 kg/h x 0.7 MPa。

3蒸汽管路的優化

3.1蒸汽管徑的選取

蒸汽管管徑可以根據公式（4）進行選取：

d—鋼管內徑（m）；

qm—蒸汽質量流量（kg/h）；

U=0.27 274—蒸汽比容（m3/kg）；

v—蒸汽流速（m/s），不能大于30 m/s，所以我們假定蒸汽流速約為18 m/s；

① 主蒸汽管通徑選取= 0.0 802 m 取蒸汽管管徑為DN100；

② 燃油儲存艙加熱盤管= 0.0 466 m 取燃油儲存艙管徑為DN50；

③ 燃油沉淀艙加熱盤管 = 0.023 取沉淀艙管徑為DN40；

④ 其他艙柜蒸汽耗量比較少，加熱盤管管徑取DN30。

3.2加熱盤管材料壁厚計算及優化

加熱盤管壁厚的計算可根據DNV規范的要求公式（5）進行計算：

式中：t—鋼管最小壁厚（mm）；

t0—基本計算壁厚（mm）；

b—彎曲附加余量（mm）；

c—腐蝕余量（mm）；

t01=2.3查DNV規范表D（管子外徑）48.3～63.5 mm；

t02=2查DNV規范表D（管子外徑）20～44.5 mm；

b=R—管子彎曲半徑（mm）；

c=2 mm

加熱盤管選用DN50、DN40和DN30三種：

選用DN50管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2.3+0.368+ 2 = 4.668 mm

選用DN40管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.0.32 +2=4.32 mm；

選用DN30管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.373+ 2=4.373 mm。

加熱盤管壁厚及長度選取見表7。

3.3 其他蒸汽管材料壁厚計算及優化

根據公式（5）計算其他一些常見的蒸汽管壁厚，對其管路進行最小壁厚優化。

飽和蒸汽管c=0.8 mm

t01=2.3查DNV規范表D（管子外徑）48.3～63.5 mm；

t02=2查DNV規范表D（管子外徑）20～44.5 mm；

t03=3.2查DNV規范表D（管子外徑）114.3～127 mm；

t04=2.9查DNV規范表D（管子外徑）88.9～108 mm；

t05=2.6查DNV規范表D（管子外徑）76.1～82.5 mm；

蒸汽管選用如下通徑：

選用DN100管，最小管子壁厚t=t0+b+c=3.2+0.487 +0.8=4.487 mm 可取￠114x4.5；

選用DN80管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2.9+0.43 +0.8=4.13 mm可取￠89x4.5；

選用DN65管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2.6+0.41 +0.8=3.81 mm可取￠76x4；

選用DN50管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2.3+0.368 +0.8=3.168 mm可取￠60x3.5；

選用DN40管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.32+ 0.8=3.12 mm 可取￠48x3.5；

選用DN30管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.373+ 0.8=3.173 mm 可取￠42x3.5；

選用DN25管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.363+ 0.8=3.167 mm可取￠34x3.5；

選用DN20管，最小管子壁厚t=t0+b+c=2+0.36+ 0.8=3.16 mm 可取￠27x3.5。

4結束語

減輕空船的重量是現在造船比較注重的一個問題，本文只是根據蒸汽加熱計算和規范的最低要求對82 000 DWT散貨船的蒸汽系統進行了優化，達到減輕空船重量，降低成本的目的。

參考文獻

[1]中國船舶工業總公司編.船舶設計實用手冊（輪機分冊）[M]. 國防 工業出版社，1999，10

[2]DNV船級社. DNV船級社規范[S].DNV 2010，1