蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋振國(guó)，謝驍，陳汝剛，石好

蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋振國(guó)1，謝驍2，陳汝剛1，石好1

1中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064 2中國(guó)船級(jí)社大連分社，遼寧大連116013

蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)提高熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及保證設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要，針對(duì)鮮有文獻(xiàn)對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行論述的現(xiàn)狀，從疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求出發(fā)，在蒸汽系統(tǒng)吹除工況分析的基礎(chǔ)上，提出蒸汽系統(tǒng)疏水量的計(jì)算方法和系統(tǒng)凝水去向設(shè)計(jì)原則。通過(guò)對(duì)多種疏水器性能進(jìn)行比較，得出熱動(dòng)力疏水器適用于蒸汽系統(tǒng)吹除工況。在對(duì)某型船舶疏水系統(tǒng)問(wèn)題總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了疏水系統(tǒng)的布置方案。通過(guò)較好實(shí)現(xiàn)某型船舶疏水系統(tǒng)功能，驗(yàn)證了該疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的合理性。

蒸汽系統(tǒng)；吹除工況；疏水量；疏水器

期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

引用格式：宋振國(guó)，謝驍，陳汝剛，等.蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)艦船研究，2015，10（5）：104-109，116.

SONG Zhenguo，XIE Xiao，CHEN Rugang，et al.Design study of the draining system of steam power ships［J］.Chinese Journalof Ship Research，2015，10（5）：104-109，116.

0　引言

用來(lái)疏泄和收集整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)各類(lèi)蒸汽管道和設(shè)備中凝結(jié)水的管路系統(tǒng)稱(chēng)為蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)。管道或設(shè)備中的凝結(jié)水均為花費(fèi)大量蒸汽或能量制成的合格爐水，如果這些凝結(jié)水直接排入艙底，不僅浪費(fèi)能量、降低經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)加劇機(jī)爐艙內(nèi)的濕熱程度、惡化機(jī)艙環(huán)境［1］。當(dāng)管路中凝水未被疏泄干凈，高速蒸汽流過(guò)時(shí)容易造成水錘和管路震動(dòng)，若管路中的凝水被蒸汽高速吹進(jìn)設(shè)備中，不僅會(huì)造成設(shè)備葉片損傷［2］，還可能造成葉輪的失衡和軸承損壞。例如，某型船舶汽輪發(fā)電機(jī)組因汽輪機(jī)新蒸汽進(jìn)管中凝水長(zhǎng)期吹除不凈造成了葉輪失衡的故障。綜上所述，疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅影響整個(gè)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，也關(guān)系到管路、設(shè)備的安全和可靠運(yùn)行［3］。

船舶疏水系統(tǒng)在運(yùn)行方式、運(yùn)行考核指標(biāo)、布置環(huán)境等方面與工業(yè)中的疏水系統(tǒng)相差較大。雖然國(guó)內(nèi)外的部分文獻(xiàn)對(duì)工業(yè)中蒸汽系統(tǒng)的疏水設(shè)計(jì)闡述較多，但這些文獻(xiàn)對(duì)于船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可借鑒性不高，而國(guó)內(nèi)外鮮有文獻(xiàn)對(duì)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的疏水設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，所以開(kāi)展蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究具有重要意義。

早期的蒸汽動(dòng)力船舶噸位較小，管道和設(shè)備中凝結(jié)水及疏水接口也較少，為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約可靠，凝結(jié)水直接手動(dòng)排至相關(guān)容器或艙底。隨著蒸汽動(dòng)力船舶噸位的增大，管道和設(shè)備中凝結(jié)水及疏水接口也相應(yīng)增多，若采用之前手動(dòng)疏水的設(shè)計(jì)，不僅浪費(fèi)大量人力，也造成大量蒸汽排至容器冷凝而浪費(fèi)。隨著具有阻汽疏水功能的疏水器技術(shù)的日益成熟，將疏水器用于船舶疏水系統(tǒng)已見(jiàn)諸國(guó)外蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著大型蒸汽動(dòng)力船舶的出現(xiàn)，凝結(jié)水的回收成本、設(shè)備的安全運(yùn)行等問(wèn)題日益突出，船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)也成為設(shè)計(jì)師關(guān)注的焦點(diǎn)。

本文將從大型蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求出發(fā)，在蒸汽系統(tǒng)吹除工況分析的基礎(chǔ)上，提出蒸汽系統(tǒng)疏水量計(jì)算和疏水器選型的方法，并將通過(guò)某大型船舶疏水系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)案例，驗(yàn)證本文所提出的疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的合理性及與大型蒸汽船舶的適配性。

1　船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

船舶疏水系統(tǒng)需順暢、高效地疏泄系統(tǒng)中的凝結(jié)水，以保證蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行安全，縮短蒸汽系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)間。除此之外，疏水系統(tǒng)應(yīng)合理地采用自動(dòng)疏水，減輕人工疏水強(qiáng)度。同時(shí)對(duì)凝水進(jìn)行回收，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。在開(kāi)展船舶疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，首先需對(duì)蒸汽系統(tǒng)的疏水工況進(jìn)行分析，明確設(shè)計(jì)需求；其次，對(duì)管路中的疏水量進(jìn)行計(jì)算，為疏水器性能參數(shù)確定及選型提供依據(jù)；最后從蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，確定凝水去向和系統(tǒng)布置要求。

1.1蒸汽系統(tǒng)吹除工況分析

蒸汽系統(tǒng)及汽輪輔機(jī)等設(shè)備在運(yùn)行前均需對(duì)其內(nèi)部凝水進(jìn)行吹除，防止凝水對(duì)管路或設(shè)備造成損害，同時(shí)對(duì)管道和設(shè)備進(jìn)行暖管和暖機(jī)，避免熱應(yīng)力引起的材料疲勞損害［4］。在系統(tǒng)起動(dòng)前的吹除操作中，一般將蒸汽閥門(mén)部分開(kāi)啟，利用閥門(mén)的節(jié)流減壓作用，將起始吹除壓力控制在0.5～1.0 MPa，此時(shí)用于吹除的蒸汽溫度范圍介于152～180℃。吹除過(guò)程既存在管路中凝水的閃蒸，也存在凝水被高速蒸汽“裹挾”吹走，同時(shí)管路或設(shè)備也被蒸汽“暖”至所需溫度。蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，管道中蒸汽不流通的部位（如橋管隔離閥前后）可能存有凝水，該凝水在系統(tǒng)運(yùn)行中需被吹除掉，以免隔離閥打開(kāi)后，凝水對(duì)管路或設(shè)備造成損害。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，被疏對(duì)象（管道或設(shè)備）中的蒸汽壓力和溫度基本恒定。蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，操作人員通常會(huì)打開(kāi)系統(tǒng)或設(shè)備的疏水閥，使管路或設(shè)備中的凝水排出，以縮短系統(tǒng)起動(dòng)前的吹除和暖機(jī)時(shí)間，進(jìn)而縮短蒸汽動(dòng)力船舶的冷態(tài)起動(dòng)時(shí)間。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后被疏對(duì)象中的蒸汽逐漸凝結(jié)成水，并通過(guò)疏水系統(tǒng)泄放。

1.2蒸汽系統(tǒng)疏水量的計(jì)算

疏水量對(duì)于疏水器的選型、管道規(guī)格選擇等有著至關(guān)重要的影響［5］，所以在設(shè)計(jì)船舶疏水系統(tǒng)時(shí)，疏水量是重要的設(shè)計(jì)輸入之一。蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的凝結(jié)水量遠(yuǎn)小于起動(dòng)期間和系統(tǒng)結(jié)束后的水量，所以本文只討論起動(dòng)期間和系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后的凝結(jié)水量的求解方法。

1）起動(dòng)期間凝結(jié)水量的計(jì)算。

起動(dòng)暖管時(shí)蒸汽遇冷環(huán)境會(huì)凝結(jié)成水，其過(guò)程狀態(tài)在蒸汽飽和線(xiàn)附近。在起動(dòng)暖管的過(guò)程中，由于管路包覆有較厚的絕緣材料，絕緣外表面最高溫度與機(jī)艙環(huán)境溫度相近，所以管路對(duì)環(huán)境散熱忽略不計(jì)。起動(dòng)期間凝結(jié)水量G1等于加熱管路和絕緣的蒸汽量，蒸汽放出的熱量設(shè)為Q，其計(jì)算公式為

式中：Cn為保溫材料的比熱，kJ/（kg·K）；Cr為管道的比熱，kJ/（kg·K）；Wn為單位長(zhǎng)度保溫材料質(zhì)量，kg；Wr為單位長(zhǎng)度管道質(zhì)量，kg；T0為穩(wěn)態(tài)的蒸汽溫度，K；Tm為保溫材料的平均溫度，K，其值為，T為保溫材料外表面溫度，K；T為1f環(huán)境溫度，K；L為管道長(zhǎng)度，m。系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)蒸汽管道凝結(jié)水量的計(jì)算公式為

式中：γ為暖管蒸汽比焓H和同壓力下飽和水比焓h的差值，kJ/kg；t為暖管時(shí)間，min。

圖1為水蒸汽溫熵圖。上述方法計(jì)算出的凝結(jié)水量為飽和蒸汽（圖1中b點(diǎn)）暖管時(shí)的凝結(jié)水量，若用同壓力下的過(guò)熱蒸汽（圖1中c點(diǎn)）進(jìn)行暖管，其單位質(zhì)量的過(guò)熱蒸汽凝結(jié)成水散發(fā)的熱量γ將增加Qbc。當(dāng)管道和保溫材料溫度達(dá)到飽和溫度T0時(shí)，蒸汽管道中便不會(huì)再有凝水產(chǎn)生，所以用于加熱管道和保溫材料且凝結(jié)成水的蒸汽所放出的熱量Q不變。根據(jù)式（2）可得，用同壓力過(guò)熱蒸汽加熱單位長(zhǎng)度管道和保溫材料的蒸汽的凝結(jié)水，小于同壓力下飽和蒸汽凝結(jié)水量。

圖1　水蒸汽溫熵圖Fig.1　The T-S diagram ofsteam

2）系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后凝結(jié)水量的計(jì)算。

系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，蒸汽管道和汽輪設(shè)備內(nèi)的蒸汽會(huì)逐漸冷凝成凝水，該部分凝水量的計(jì)算即為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后凝結(jié)水量的計(jì)算。由于系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束前管道和汽輪設(shè)備內(nèi)的蒸汽狀態(tài)（如壓力和溫度）通常是確定的，運(yùn)行結(jié)束后凝水量的求解就比較簡(jiǎn)單，其計(jì)算公式為

式中：G2為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后管道凝結(jié)水量，kg/h；t1為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后管道中凝結(jié)水排凈時(shí)間，min；V為管道和設(shè)備的總?cè)莘e，m3；v1為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束前管道和汽輪設(shè)備內(nèi)的蒸汽的比容，m3/kg；x0為管道和設(shè)備內(nèi)蒸汽冷卻至大氣壓時(shí)蒸汽的干度。

在冷卻的過(guò)程中，工質(zhì)的容積、質(zhì)量不變，故冷卻前蒸汽的比容等于冷卻后濕蒸汽的比容即

式中：v2為大氣壓下飽和水的比容，m3/kg；v2為大氣壓下飽和蒸汽的比容，m3/kg。

在計(jì)算蒸汽系統(tǒng)疏水量時(shí)，首先對(duì)起動(dòng)期間和系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后這2種情況分別求解凝結(jié)水量，然后選取較大值并作為蒸汽系統(tǒng)吹除工況下的計(jì)算疏水量。在進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)吹除時(shí)，各個(gè)疏水接口處的疏水量可能存在較大差別，所以在對(duì)疏水器進(jìn)行選型時(shí)，通常將蒸汽系統(tǒng)的計(jì)算疏水量乘以安全系數(shù)作為蒸汽系統(tǒng)的疏水量，即

式中：G為系統(tǒng)吹除工況下的疏水量，kg/h；K為安全系數(shù)，蒸汽系統(tǒng)吹除工況通常取1～10。

1.3疏水器的應(yīng)用需求及選型

自動(dòng)實(shí)現(xiàn)阻汽疏水的設(shè)備稱(chēng)為疏水器，隨著科技的發(fā)展，疏水器已在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用，但其是否能應(yīng)用且如何應(yīng)用于蒸汽動(dòng)力船舶的管道吹除工況仍是值得研究的問(wèn)題。另外，疏水器種類(lèi)繁多，針對(duì)蒸汽系統(tǒng)的吹除工況，如何選擇合適的疏水器也是一個(gè)亟待研究的課題。

1）疏水器的應(yīng)用需求分析。

前文已詳細(xì)論述了疏水器在大型蒸汽動(dòng)力船舶上的應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)，但疏水器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)隱蔽在其內(nèi)部，操作員很難從外界判斷出其是否正常工作。當(dāng)疏水器因故障不能排水時(shí)，可能造成系統(tǒng)損害。為了規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)，部分關(guān)系設(shè)備安全運(yùn)行的疏水管路（如汽輪輔機(jī)新蒸汽進(jìn)口管路的疏水管路）仍采取手動(dòng)疏水，且凝水直接排至艙底，這種人為監(jiān)督的設(shè)計(jì)可使操作員容易判斷出凝水是否排凈，保證管路或設(shè)備運(yùn)行安全、可靠。人為監(jiān)督式疏水管路上不設(shè)置疏水器，因?yàn)槭杷鞯墓收喜粍?dòng)作和凝水的二次閃蒸均會(huì)給操作員的判斷帶來(lái)誤導(dǎo)，在管道仍有凝水的情況下認(rèn)為暖管結(jié)束，所以該管路上只設(shè)置截止閥。

2）疏水器的選型。

疏水器種類(lèi)繁多，但每種疏水器都有其應(yīng)用范圍［6-7］，其中杠桿浮球式、熱靜力式、熱動(dòng)力式疏水器較多地應(yīng)用在船舶上。現(xiàn)對(duì)這幾類(lèi)疏水器性能進(jìn)行比較（表1），以便針對(duì)蒸汽系統(tǒng)吹除工況更好地開(kāi)展疏水器選型。

通過(guò)對(duì)上述3種疏水器性能的比較，不難發(fā)現(xiàn)，熱動(dòng)力式和熱靜力式外形尺寸相對(duì)于杠桿浮球式的疏水器較小，便于疏水系統(tǒng)的管路布置，這對(duì)于布置空間寶貴的動(dòng)力艙來(lái)說(shuō)具有很大優(yōu)勢(shì)。熱靜力式疏水器動(dòng)作延遲，可能因凝水不能及時(shí)排除造成管道或設(shè)備損傷；除此之外，熱靜力式疏水器前需布置較長(zhǎng)的冷卻段，且冷卻管段不允許包覆絕緣，這對(duì)于空間有限且溫度控制要求較高的動(dòng)力艙難以實(shí)現(xiàn)，故不建議將其用于蒸汽系統(tǒng)吹除工況的疏水。熱動(dòng)力式疏水器間歇?jiǎng)幼?，且?dòng)作時(shí)存在一定聲音，可使操作員容易判斷出其是否正常工作，但其存在一定的蒸汽泄漏量。綜上分析，杠桿浮球式疏水器雖然性能滿(mǎn)足船舶蒸汽系統(tǒng)吹除工況的疏水要求，但因其外形尺寸較大，很少用于船舶吹除工況的疏水；熱靜力疏水器雖然外形尺寸較小，但性能不能滿(mǎn)足船舶蒸汽系統(tǒng)的吹除工況；熱動(dòng)力式疏水器雖存在蒸汽泄漏，但能很好地應(yīng)用于蒸汽管道和設(shè)備吹除工況的疏水。

表1　各類(lèi)疏水器性能比較Tab.1　The com parison of different typesof steam traps'per formance

1.4凝水去向分析

管道或設(shè)備中凝水經(jīng)疏水管路后的去向主要分為收集和泄放，選擇哪種去向主要取決于設(shè)備安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮。凝水手動(dòng)排艙底雖然造成了凝水和人力的浪費(fèi)，但利于確保設(shè)備的安全運(yùn)行，所以將重要設(shè)備或受凝水沖擊較大管道的疏水管路設(shè)計(jì)成直接排至艙底。蒸汽系統(tǒng)中的凝水是由海水耗費(fèi)能量制成，若直接排至艙底或舷外則造成能量的浪費(fèi)。管道中的凝水由蒸汽直接冷凝而成，幾乎不包含任何溶解性固形物（TDS），鍋爐需排污以減少TDS，增加凝水回收量意味著減少鍋爐排污次數(shù)，進(jìn)而減少能量損失。此外，凝水中的鹽度達(dá)到了鍋爐給水的要求，可免去爐水過(guò)濾所消耗的能量。凝水回收的好處眾多，若對(duì)這些凝水進(jìn)行回收，勢(shì)必會(huì)增加疏水系統(tǒng)的建造和維護(hù)費(fèi)用，所以在回收凝水時(shí)，需綜合權(quán)衡回收凝水的價(jià)值及為回收凝水所付出的代價(jià)。通過(guò)對(duì)船舶蒸汽系統(tǒng)中凝水回收價(jià)值的分析和計(jì)算，可得出凝水回收的價(jià)值高于為回收凝水所付出的代價(jià)，所以船舶蒸汽系統(tǒng)中凝水以回收為主。綜上所述，對(duì)凝水的處理首先需保證設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上再對(duì)凝水進(jìn)行合理回收，提高系統(tǒng)熱力的經(jīng)濟(jì)性。

收集后的凝水鹽度達(dá)到了鍋爐給水的要求，可將其排至凝水系統(tǒng)中的容器內(nèi)，但需避免凝水的排入破壞容器內(nèi)的壓力平衡。此外，為方便凝水的回收，凝水回收管道應(yīng)水平或下行，故收集容器的位置應(yīng)不高于管道或設(shè)備吹除接口的位置。依據(jù)上述原則，對(duì)凝水系統(tǒng)中可能用于收集凝水的容器進(jìn)行了分析（表2）。

表2　　凝水收集容器比較Tab.2　The com parison of d rain water reservoir

可見(jiàn)，收集后凝水的去向?yàn)槌跗骱臀劾淠?，不建議將其排至冷凝器。另外，若回收的凝水中含有較多雜質(zhì)（如系統(tǒng)管路首次使用），則凝水需排至舷外或艙底。

1.5疏水系統(tǒng)管路的布置

疏水系統(tǒng)管路布置不僅關(guān)系到蒸汽管中的凝水能否順利流至疏水系統(tǒng)，也影響到疏水管道中的凝水排出的流暢性。其中蒸汽管路上疏水接口布置對(duì)凝水能否流至疏水系統(tǒng)至關(guān)重要，疏水管路的布置對(duì)凝水在管路中流動(dòng)的狀態(tài)有較大影響。某蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)未明確系統(tǒng)布置原則和要求，不僅造成蒸汽管路中的凝水不能排出帶來(lái)的管路振動(dòng)和噪音，還導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組軸承因凝水的沖擊而多次損壞。結(jié)合實(shí)船疏水系統(tǒng)布置帶來(lái)的問(wèn)題及后期的改進(jìn)措施，提出疏水接口和疏水管路的布置方案。

1）疏水接口的布置。

疏水接口是蒸汽管路或汽輪設(shè)備上為疏泄凝水所預(yù)留的接口。系統(tǒng)中蒸汽逐漸冷凝成水并匯至管路低凹處，然后凝水依靠管中的壓力或凝水自重經(jīng)疏水接口流入疏水系統(tǒng)，故疏水接口應(yīng)布置在管路的低凹處；為防止凝水被蒸汽吹進(jìn)設(shè)備，通常在設(shè)備入口處的管路上添加疏水接口；蒸汽系統(tǒng)橋管通常布置在狹窄的管路通道內(nèi)，為了便于橋管疏水，一般將橋管中部抬高，兩邊降低，并在至橋管隔離閥兩端均加裝疏水接口；在蒸汽系統(tǒng)中存在低凹處的管路附件（如蒸汽集管、閥門(mén)等）的低處加裝疏水接口，以便于這些部位的凝水排至疏水系統(tǒng)。若蒸汽減壓閥內(nèi)被吹進(jìn)凝水，則減壓閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)降壓功能，所以蒸汽管道中減壓閥需高位布置或閥前設(shè)置疏水接口，確保減壓閥前管道中凝水排凈。

2）凝水回收管道布置。

凝水回收管道分為至疏水器的排水管（圖2中細(xì)實(shí)線(xiàn)）和疏水器排放管（圖2中粗實(shí)線(xiàn)）。其中蒸汽管道至疏水器的排水管口徑選型應(yīng)正確且長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)2m，才能保證設(shè)備的壓力和疏水器內(nèi)的壓力相近［8-9］，避免冷凝水閃蒸引起的疏水器“汽鎖”現(xiàn)象。設(shè)備排水口至疏水器之間的管道應(yīng)垂直布置且垂直管道應(yīng)大于10倍管徑，該布置方式不僅可以排出設(shè)備底部的積水，還提供一個(gè)小的勢(shì)能，在起動(dòng)蒸汽壓力較小的情況下，幫助凝水排出。疏水器排放管指疏水器與凝水接收容器之間的管道，當(dāng)凝水由疏水器前的高壓管路排至低壓容器時(shí)，部分凝水閃蒸成蒸汽，蒸汽的體積比水大許多，需按照蒸汽的流速確定管徑。若疏水器排放管管徑偏小，則蒸汽流速增大，管路背壓增大，不僅會(huì)造成凝水回收不暢，還可能導(dǎo)致水錘現(xiàn)象；若管徑偏大，則管路布置困難且管路成本增高。為解決上述問(wèn)題，在接近凝水接收容器的排放管總管上加裝降壓作用的多級(jí)節(jié)流孔板。多級(jí)節(jié)流孔板至凝水接收容器間管路的管徑增大，使得管內(nèi)閃蒸蒸汽的流速不大于20m/s，降低蒸汽閃蒸帶來(lái)的影響。另外，疏水器排放管布置應(yīng)下行或向下傾斜；若不可避免疏水器排放管上行，則上升管應(yīng)盡量短且在排放管總管頂部接入，同時(shí)上升管的管徑應(yīng)大些（圖2）。

圖2　蒸汽系統(tǒng)及其疏水系統(tǒng)布置圖Fig.2　The arrangementp lan of the steam system and the drain system

2　大型蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

某船舶飽和蒸汽系統(tǒng)原理如圖2虛線(xiàn)所示，其工作壓力為2.45 MPa，溫度為225℃。暖管用蒸汽壓力為0.8 MPa（飽和溫度175℃），飽和蒸汽管路保溫材料為二氧化硅氣凝膠，保溫層厚度為50mm，氣凝膠密度為180 kg/m3；蒸汽管道的材料為合金鋼，密度為7 850 kg/m3；其余參數(shù)取值或計(jì)算值如表3所示。

表3　某型船舶飽和蒸汽系統(tǒng)疏水量計(jì)算Tab.3　The calcu lation of d rain water volum e of the saturated steam system

根據(jù)某船舶飽和蒸汽管路的布置情況，每10m管路設(shè)置一個(gè)疏水器，結(jié)合疏水量的計(jì)算值選擇的熱動(dòng)力式疏水器的性能指標(biāo)如表4所示。

表4　某型船舶飽和蒸汽系統(tǒng)疏水器性能指標(biāo)Tab.4　The steam trap per formance of the saturated steam system

該型船舶疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了操作人員的認(rèn)可，通過(guò)對(duì)疏水系統(tǒng)長(zhǎng)期使用情況的跟蹤和回訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，該疏水系統(tǒng)能及時(shí)順暢地疏泄掉蒸汽系統(tǒng)中的凝水，很好地實(shí)現(xiàn)其功能。

3　結(jié)語(yǔ)

1）在對(duì)蒸汽系統(tǒng)吹除工況分析的基礎(chǔ)上，提出了蒸汽系統(tǒng)疏水量的計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)某船舶飽和蒸汽系統(tǒng)疏水量的計(jì)算，驗(yàn)證了本文提出的疏水量計(jì)算方法的合理性。

2）通過(guò)對(duì)多種疏水器性能的比較，提出熱動(dòng)力式疏水器能很好地應(yīng)用于蒸汽動(dòng)力船舶疏水系統(tǒng)。某蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)船舶對(duì)于熱動(dòng)力式疏水器的廣泛應(yīng)用也進(jìn)一步驗(yàn)證了疏水器選型的正確性。通過(guò)對(duì)疏水系統(tǒng)凝水去向的分析，給出了凝水去向的設(shè)計(jì)原則。

3）疏水系統(tǒng)的布置對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，結(jié)合實(shí)船疏水系統(tǒng)布置中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)措施，提出了疏水接口和疏水管路布置的要求和方案。

［1］ 劉亞昆，肖增弘.300 MW機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)優(yōu)化［J］.沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，9（3）：235-237，241.

LIU Yakun，XIAO Zenghong.Optimization for the low pressure heater drain system of 300 MW unit［J］.Journal of Shenyang Institute of Engineering（Natural Science），2013，9（3）：235-237，241.

［2］ 于淑梅，董志國(guó)，李金磊，等.200 MW機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)改造熱經(jīng)濟(jì)性分析［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（6）：471-473.

YU Shumei，DONG Zhiguo，LI Jinlei，et al.The thermoeconom ic analysis for reconstructing drain system of low pressure heatersof200 MW unit［J］.Turbine Technology，2008，50（6）：471-473.

［3］黃興德，游喆，趙泓，等.超（超）臨界鍋爐給水疏水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕特征和風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)［J］.中國(guó)電力，

2011，44（2）：37-42. HUANG Xingde，YOU Zhe，ZHAO Hong，et al.Discrimination of FAC features and threats in feed water and drainage systems of supercritical and u ltra-supercriticalunits［J］.Electric Power，2011，44（2）：37-42.

［4］ 譚雪梅，李凌.600 MW超臨界機(jī)組疏水系統(tǒng)改造［J］.水電能源科學(xué)，2010，28（6）：157-159，63.

TAN Xuemei，LI Ling.Drain system reformation for 600 MW supercritical unit［J］.W ater Resources and Power，2010，28（6）：157-159，63.

［5］ 王衛(wèi)良，李永生.350 MW超臨界供熱機(jī)組熱網(wǎng)疏水系統(tǒng)優(yōu)化［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55（4）：303-305，246.

WANG W eiliang，LI Yongsheng.The optimization of draining system of heating network in 350 MW supercritical heat supp lying unit［J］.Turbine Technology，2013，55（4）：303-305，246.

［6］ 張曉暉，余成長(zhǎng).電廠疏水管路失效原因分析及改進(jìn)［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，39（1）：99-104.

ZHANG Xiaohui，YU Chengchang.Analysisand retrofitting of leakage on drainagewater pipe lines［J］.Journalof North China Electric Power University，2012，39（1）：99-104.

［7］ 關(guān)南強(qiáng)，霍鵬，陳強(qiáng)，等.低壓加熱器疏水問(wèn)題研究及內(nèi)部改造［J］.中國(guó)電力，1998，31（9）：68-69，72.

GUAN Nanqiang，HUO Peng，CHEN Qiang，et al. Study on drain problemsof low pressure heatersand its internal retrofit［J］.Electric Power，1998，31（9）：68-69，72.

［8］嚴(yán)家.工程熱力學(xué)［M］.4版.北京：高等教育出版社，2006.

［9］陳喆，俞國(guó)平.給水管網(wǎng)雙向流管段水力計(jì)算分析［J］.蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版，2012，25（3）：9-12.

CHEN Zhe，YU Guoping.Hydraulic analysis of the pipemodel of two flow directions in water supply networks［J］.Journalof University of Science and Technology of Suzhou：Engineering and Technology，2012，25（3）：9-12.

［責(zé)任編輯：胡文莉］

Design study of the d raining system of steam power ships

SONGZhenguo1，XIE Xiao2，CHEN Rugang1，SHIHao1
1 China Ship Developmentand Design Center，Wuhan 430064，China 2 Dalian Branch of China Classification Society，Dalian 116013，China

The reasonable design of the draining system of ships is of paramount importance to improve the cost-efficiency and operation safety of equipments.As few paper discusses the design of the ship's draining system，amethod to calculate the drained water volume and the drained water direction is presented on the basis of b low-off operating condition analysis.The thermal steam trap that applies to the b low-off operating condition of the steam system is selected through the comparison ofmany steam traps.Finally，the practicality，efficiency，and rationality of the proposed designmethod are validated.

steam system；blow-offoperating condition；drained water volume；steam trap

U664.84

ADOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2015.05.017

2014-12-24網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-8 10∶44

宋振國(guó)（通信作者），男，1985年生，碩士，工程師。研究方向：蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。E-mail：570706684@qq.com

陳汝剛，男，1975年生，博士，高級(jí)工程師。研究方向：蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http∶//www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20151008.1044.008.htm l