82000DWT散货船的蒸汽加热系统计算及管路优化

摘要：本文从蒸汽加热理论计算、设备的选型、详细设计管路通径的选择和壁厚的估算，对我公司的82000 DWT 巴拿马散货船的蒸汽系统进行优化，达到降低空船重量，减少造船成本的目的。

关键词：蒸汽加热计算；蒸汽系统设计优化；散货船

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散货船是由龙穴造船有限公司与广船国际股份有限公司联合研发的巴拿马型散货船，该船已经在龙穴造船有限公司投产，且签了大量的订单，作为龙穴造船现在的龙头产品。为了减轻空船重量，降本增效，更加适应和满足市场的需求，本篇论文立足于此，深化优化82 000 DWT巴拿马型散货船的蒸汽系统。

2蒸汽加热负荷计算

2.1热传导系数

舱壁接触面介质不一样，其传热系数也相差很大，舱壁热传导系统见表1。

2.2舱柜面积

对于燃油储存舱的加热蒸汽耗量的计算，不论是航行工况还是装卸货工况，均应对一个正在使用的燃油储存舱进行保温，对另一个容积最大的燃油储存舱进行加热，因此舱柜面积只要选出相应的两个燃油储存舱柜即可，各个油舱舱壁面积见表2。

S1——油舱在舱底靠近海水侧的面积（m2）；

S2——油舱在舷侧靠近海水侧面积（m2）；

S3——临近水舱或者低热量的舱柜的油舱面积（m2）；

S4——油舱靠近空气侧面积（m2）；

S5——油舱靠近机舱（没有绝缘）面积（m2）；

S6——油舱靠近机舱（有绝缘）面积（m2）；

S7——油舱临近货舱区面积（m2）。

2.3舱柜蒸汽耗量的计算

舱柜蒸汽耗量的计算可分为舱柜的加热所需要的蒸汽量和舱柜保温的蒸汽量，通过公式（1）和公式（2），我们可以分别得计算出舱柜加热的蒸汽耗量qm3和舱柜保温热的蒸汽耗量qm4。

公式（1）：

qm3——舱柜加热蒸汽耗量（kg/h）；

ml——舱柜内液体量（kg）；

CL——舱柜内液体比热（kJ/kg·K）；

t2——被加热介质终温（℃）;

t1 ——被加热介质初温（℃）；

t0——舱柜外部环境温度（℃）；

i”——加热蒸汽热焓（kJ/kg）；

i’——加热蒸汽的凝水焓（kJ/kg）；

sT——舱柜表面积（m2）；

hT——舱柜表面散热系数（kJ/m2·h·K）；

T——加热时间（h）

公式（2）：

qm4——舱柜保温蒸汽耗量（kg/h）；

冬季状况下的舱柜需要的蒸汽参数

根据公式（1）和公式（2），可计算冬季工况下的舱柜蒸汽耗量，计算结果见表3。

2.4冬季工况下其他加热设备的蒸汽耗量

船舶系统蒸汽耗量还包括加热设备所需的蒸汽耗量，根据各个设备厂家提供的设备蒸汽耗量，可计算出设备所需的蒸汽量，间断性使用负荷设备不考虑，见表4。

2.8锅炉的选型

从上面计算可知，航行时的最大蒸汽耗量为冬季航行工况蒸汽耗量的1 187 kg和停航时最大蒸汽耗量为冬季进出港工况蒸汽耗量的1 146 kg。本船采用燃油/废气组合型锅炉，废气部分产生的蒸汽用于正常航行，废气热量不足时燃油部分自动补充，装卸货时由燃油部分产生蒸汽供应全船。因此，我们可选用组合锅炉容量为：燃油侧：1 200 kg/h x 0.7 MPa；废气侧： 1 000 kg/h x 0.7 MPa。

3蒸汽管路的优化

3.1蒸汽管径的选取

蒸汽管管径可以根据公式（4）进行选取：

d—钢管内径（m）；

qm—蒸汽质量流量（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，所以我们假定蒸汽流速约为18 m/s；

① 主蒸汽管通径选取= 0.0 802 m 取蒸汽管管径为DN100；

② 燃油储存舱加热盘管= 0.0 466 m 取燃油储存舱管径为DN50；

③ 燃油沉淀舱加热盘管 = 0.023 取沉淀舱管径为DN40；

④ 其他舱柜蒸汽耗量比较少，加热盘管管径取DN30。

3.2加热盘管材料壁厚计算及优化

加热盘管壁厚的计算可根据DNV规范的要求公式（5）进行计算：

式中：t—钢管最小壁厚（mm）；

t0—基本计算壁厚（mm）；

b—弯曲附加余量（mm）；

c—腐蚀余量（mm）；

t01=2.3查DNV规范表D（管子外径）48.3～63.5 mm；

t02=2查DNV规范表D（管子外径）20～44.5 mm；

b=R—管子弯曲半径（mm）；

c=2 mm

加热盘管选用DN50、DN40和DN30三种：

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

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

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

加熱盘管壁厚及长度选取见表7。

3.3 其他蒸汽管材料壁厚计算及优化

根据公式（5）计算其他一些常见的蒸汽管壁厚，对其管路进行最小壁厚优化。

饱和蒸汽管c=0.8 mm

t01=2.3查DNV规范表D（管子外径）48.3～63.5 mm；

t02=2查DNV规范表D（管子外径）20～44.5 mm；

t03=3.2查DNV规范表D（管子外径）114.3～127 mm；

t04=2.9查DNV规范表D（管子外径）88.9～108 mm；

t05=2.6查DNV规范表D（管子外径）76.1～82.5 mm；

蒸汽管选用如下通径：

选用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；

选用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；

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

选用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；

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

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

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

选用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结束语

减轻空船的重量是现在造船比较注重的一个问题，本文只是根据蒸汽加热计算和规范的最低要求对82 000 DWT散货船的蒸汽系统进行了优化，达到减轻空船重量，降低成本的目的。

参考文献

[1]中国船舶工业总公司编.船舶设计实用手册（轮机分册）[M]. 国防 工业出版社,1999,10

[2]DNV船级社. DNV船级社规范[S].DNV 2010,1

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