淺談船舶熱井的設計要點

摘 要：船舶的熱井主要用于船用鍋爐給水系統，本文簡要介紹了熱井的作用，結構，工作原理，布置要求以及一些設計要點。其中，主要設計要點為熱井的容積應滿足不小于鍋爐最高水位和最低水位之間的容積的1.25倍。

關鍵詞：船舶；熱井；設計要點

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.208

1 引言

隨著現代工業的發展，節能、環保、降耗已被越來越多的船東所關注，在船舶蒸汽系統中，相同的熱負荷需要帶來更大的效益，已成為各船舶單位關注的突破口，那么對鍋爐水質的要求也越來越高。水的雜質包括可溶固體、懸浮固體、可溶氣體、泡沫。這些雜質會對水系統使用的設備產生一定的危害，比如，水垢， 腐蝕， 發沫和汽水共騰。 所以，必須對鍋爐水進行處理。

熱井是燃油廢氣鍋爐組合系統的重要組成部分之一，是鍋爐給水系統中不可或缺的一環。熱井是存放回收的凝水，阻隔少量浮油星，過濾雜質，通過浮球補水閥，及時補充新鮮水，保持熱井的正常水位。其主要功能是把廢氣鍋爐內循環作功后的工作介質—蒸汽通入熱井冷凝成水，供系統繼續循環使用，以節約船用淡水和蒸汽余熱再利用，且工作介質在系統中循環，不可避免地會被油等雜質污染，而熱井也是系統循環工作介質的凈化設備。

2 船舶熱井的工作原理及結構

船舶熱井的工作原理是船舶蒸汽系統的循環原理，船舶蒸汽系統由鍋爐（廢氣鍋爐）、蒸汽減壓閥組、蒸汽分配站、輸送管路、大氣冷凝器、熱井、鍋爐給水泵等組成。船舶蒸汽系統管道把鍋爐產生的蒸汽經過減壓閥組減壓后輸送出去，蒸汽經分配站為各油艙、設備、蒸汽伴行管等需要加熱的地方提供高溫的蒸汽等加熱后回到凝水管，再經過大氣冷凝器由低溫淡水冷卻后，直接流入大氣冷凝器下面的熱井，另外當廢氣鍋爐產生過量蒸汽時（如主機運行時）會通過過量蒸汽閥自動將多余蒸汽排至大氣冷凝器再回到熱井。當鍋爐需要補水時給水泵就從熱井抽水從而形成閉口循環。

通過介紹熱井的作用和工作原理，我們知道，要想達到預期的作用，必須具備一定的基本結構，一般船舶熱井設計為無壓力容器，包含以下附件：凝水觀察柜、濾筒、油份檢測儀、補水閥、水位計、水溫計、浮子開關、多余蒸汽噴射器、泄放閥、溢流等，有的熱井還設有鹽度計。

凝水觀察柜，一般與熱井做成一起，在凝水觀察柜上一般會有觀察鏡及油份檢測儀，觀察柜通過觀察鏡發現油份。在觀察鏡的觀視水面應有燈光照亮，觀察鏡應經常抹清晰，便于發現浮動的油星，熱井的觀察柜底部建議設放泄閥，以便應急時放掉帶油的凝水。凝水首先進入觀察柜，如果凝水有油星，會浮現在觀察鏡的水面上，機艙人員就會監測到。在加熱油路的蒸汽凝水中，加熱管或者接頭不嚴可能會把油液帶入熱井中，送進鍋爐內，不但會影響鍋爐受熱面的傳熱性能，而且會引起鍋爐傳熱管的過熱而損裂。由于油份可能帶到機艙熱井，所以裝載危險品易揮發性成品的油輪，必須裝配一個隔離閥及蒸汽—油的分離器，或帶油份監測報警的觀察柜。

濾筒，隨著蒸汽管路使用年限的增加，管路銹蝕嚴重，銹渣會隨著蒸汽凝水一起流回熱井，會不同程度的造成爐水的污染，濾筒的設置可以有效控制懸浮物的數量。補水閥，鍋爐水艙和淡水壓力柜可以分別通過浮球閥向熱井加水，并且設一條旁通浮球閥的管子直接向熱井加水，便于維修浮球閥時臨時使用。多余蒸汽噴射器，用于多余蒸汽的泄放，蒸汽噴射器一般能夠使熱井中的水提高至少30℃，現在大部分船舶通過蒸汽噴射器取代加熱盤管給熱井加熱。泄放閥，鍋爐經過工作一段時間后，爐水中含鹽量增加，底部積聚坭渣，水面又有油污及懸浮物，必須予以定期排除。熱井設有溢流管，但正確的熱井設計是不會產生溢流的，否則造成一種浪費。發生溢流的原因主要是鍋爐高低水位之間的容量與熱井正常有效水位之間的容量不匹配，浮球閥不適時的補水導致補滿水之后，將持續回收的凝水當作多余的水溢流出去。如果現場經常發生熱井溢流的話，要考慮熱井的結構是否合理性。

3 船舶熱井的布置

一般船舶鍋爐布置在機艙棚主甲板以上，鍋爐給水泵布置在機艙內，熱井通常也布置在機艙內，布置高度肯定要低于鍋爐。至于給水泵和熱井的布置位置，為了保護給水泵，防止汽蝕，鍋爐給水泵的吸入應確保有正壓頭，對于要求90℃給水溫度的給水泵，要注意廠家對給水泵距熱井高度的要求，如要求放在熱井的下一層甲板等，保證給水泵不會因為汽化汽導致吸空燒損。在滿足汽蝕余量的情況下，熱井盡可能靠近鍋爐給水泵，這樣方便布置而且可以相應減少管系的長度。

鍋爐給水泵低于熱井，這個是為了保護給水泵，防止汽蝕，但這個高度差是有一定的要求的，除滿足廠家要求外，具體位置應考慮管系阻力及水泵的NPSH，也可按下列公式計算安裝高度：

泵最大安裝高度Hg max=Ho-ΔHs-Hv'-ψΔhr

其中：Ho=Po/ρxg； Po為當地大氣壓；ρ輸送液體密度；吸入管路的阻力水頭ΔHs；Hv'為工作溫度下輸送液體的飽和蒸汽壓；Δhr為泵必需汽蝕余量。

4 船舶熱井設計要點

綜上所述，結合實際設計工作中的經驗和相關理論知識，在船舶熱井的設計中，有以下幾個設計要求：

（1）確保熱井有足夠的容積，保證鍋爐水位的穩定；（2）合理設計熱井的基本結構，確保實現熱井（包括凝水觀察柜）應有的功能；（3）合理布置熱井所屬附件，確保附件滿足功能需求；（4）仔細核對廠家資料，保證熱井、鍋爐給水泵、鍋爐的布置合理。

在設計過程中，應熟悉廠家資料，結合鍋爐熱井日常使用的實際經驗，不斷完善熱井的設計，找出現行設計的不足，分析改進，有效改進鍋爐用水水質，提升鍋爐及蒸汽系統的可靠性。

參考文獻：

[1]Alfa Laval鍋爐資料.

[2]顧桃芳.船用熱井模塊的開發與研制[J].艦船標準化與環境條件， 1994.

作者簡介：郭葉葉（1988-），女，助理工程師，主要從事船舶設計。