浅谈船舶热井的设计要点

郭叶叶　马蒙

摘 要：船舶的热井主要用于船用锅炉给水系统，本文简要介绍了热井的作用，结构，工作原理，布置要求以及一些设计要点。其中，主要设计要点为热井的容积应满足不小于锅炉最高水位和最低水位之间的容积的1.25倍。

关键词：船舶；热井；设计要点

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

1 引言

随着现代工业的发展，节能、环保、降耗已被越来越多的船东所关注，在船舶蒸汽系统中，相同的热负荷需要带来更大的效益，已成为各船舶单位关注的突破口，那么对锅炉水质的要求也越来越高。水的杂质包括可溶固体、悬浮固体、可溶气体、泡沫。这些杂质会对水系统使用的设备产生一定的危害，比如，水垢， 腐蚀， 发沫和汽水共腾。 所以，必须对锅炉水进行处理。

热井是燃油废气锅炉组合系统的重要组成部分之一，是锅炉给水系统中不可或缺的一环。热井是存放回收的凝水，阻隔少量浮油星，过滤杂质，通过浮球补水阀，及时补充新鲜水，保持热井的正常水位。其主要功能是把废气锅炉内循环作功后的工作介质—蒸汽通入热井冷凝成水，供系统继续循环使用，以节约船用淡水和蒸汽余热再利用，且工作介质在系统中循环，不可避免地会被油等杂质污染，而热井也是系统循环工作介质的净化设备。

2 船舶热井的工作原理及结构

船舶热井的工作原理是船舶蒸汽系统的循环原理，船舶蒸汽系统由锅炉（废气锅炉）、蒸汽减压阀组、蒸汽分配站、输送管路、大气冷凝器、热井、锅炉给水泵等组成。船舶蒸汽系统管道把锅炉产生的蒸汽经过减压阀组减压后输送出去，蒸汽经分配站为各油舱、设备、蒸汽伴行管等需要加热的地方提供高温的蒸汽等加热后回到凝水管，再经过大气冷凝器由低温淡水冷却后，直接流入大气冷凝器下面的热井，另外当废气锅炉产生过量蒸汽时（如主机运行时）会通过过量蒸汽阀自动将多余蒸汽排至大气冷凝器再回到热井。当锅炉需要补水时给水泵就从热井抽水从而形成闭口循环。

通过介绍热井的作用和工作原理，我们知道，要想达到预期的作用，必须具备一定的基本结构，一般船舶热井设计为无压力容器，包含以下附件：凝水观察柜、滤筒、油份检测仪、补水阀、水位计、水温计、浮子开关、多余蒸汽喷射器、泄放阀、溢流等，有的热井还设有盐度计。

凝水观察柜，一般与热井做成一起，在凝水观察柜上一般会有观察镜及油份检测仪，观察柜通过观察镜发现油份。在观察镜的观视水面应有灯光照亮，观察镜应经常抹清晰，便于发现浮动的油星，热井的观察柜底部建议设放泄阀，以便应急时放掉带油的凝水。凝水首先进入观察柜，如果凝水有油星，会浮现在观察镜的水面上，机舱人员就会监测到。在加热油路的蒸汽凝水中，加热管或者接头不严可能会把油液带入热井中，送进锅炉内，不但会影响锅炉受热面的传热性能，而且会引起锅炉传热管的过热而损裂。由于油份可能带到机舱热井，所以装载危险品易挥发性成品的油轮，必须装配一个隔离阀及蒸汽—油的分离器，或带油份监测报警的观察柜。

滤筒，随着蒸汽管路使用年限的增加，管路锈蚀严重，锈渣会随着蒸汽凝水一起流回热井，会不同程度的造成炉水的污染，滤筒的设置可以有效控制悬浮物的数量。补水阀，锅炉水舱和淡水压力柜可以分别通过浮球阀向热井加水，并且设一条旁通浮球阀的管子直接向热井加水，便于维修浮球阀时临时使用。多余蒸汽喷射器，用于多余蒸汽的泄放，蒸汽喷射器一般能够使热井中的水提高至少30℃，现在大部分船舶通过蒸汽喷射器取代加热盘管给热井加热。泄放阀，锅炉经过工作一段时间后，炉水中含盐量增加，底部积聚坭渣，水面又有油污及悬浮物，必须予以定期排除。热井设有溢流管，但正确的热井设计是不会产生溢流的，否则造成一种浪费。发生溢流的原因主要是锅炉高低水位之间的容量与热井正常有效水位之间的容量不匹配，浮球阀不适时的补水导致补满水之后，将持续回收的凝水当作多余的水溢流出去。如果现场经常发生热井溢流的话，要考虑热井的结构是否合理性。

3 船舶热井的布置

一般船舶锅炉布置在机舱棚主甲板以上，锅炉给水泵布置在机舱内，热井通常也布置在机舱内，布置高度肯定要低于锅炉。至于给水泵和热井的布置位置，为了保护给水泵，防止汽蚀，锅炉给水泵的吸入应确保有正压头，对于要求90℃给水温度的给水泵，要注意厂家对给水泵距热井高度的要求，如要求放在热井的下一层甲板等，保证给水泵不会因为汽化汽导致吸空烧损。在满足汽蚀余量的情况下，热井尽可能靠近锅炉给水泵，这样方便布置而且可以相应减少管系的长度。

锅炉给水泵低于热井，这个是为了保护给水泵，防止汽蚀，但这个高度差是有一定的要求的，除满足厂家要求外，具体位置应考虑管系阻力及水泵的NPSH，也可按下列公式计算安装高度：

泵最大安装高度Hg max=Ho-ΔHs-Hv-ψΔhr

其中：Ho=Po/ρxg； Po为当地大气压；ρ输送液体密度；吸入管路的阻力水头ΔHs；Hv为工作温度下输送液体的饱和蒸汽压；Δhr为泵必需汽蚀余量。

4 船舶热井设计要点

综上所述，结合实际设计工作中的经验和相关理论知识，在船舶热井的设计中，有以下几个设计要求：

（1）确保热井有足够的容积，保证锅炉水位的稳定；（2）合理设计热井的基本结构，确保实现热井（包括凝水观察柜）应有的功能；（3）合理布置热井所属附件，确保附件满足功能需求；（4）仔细核对厂家资料，保证热井、锅炉给水泵、锅炉的布置合理。

在设计过程中，应熟悉厂家资料，结合锅炉热井日常使用的实际经验，不断完善热井的设计，找出现行设计的不足，分析改进，有效改进锅炉用水水质，提升锅炉及蒸汽系统的可靠性。

参考文献：

[1]Alfa Laval锅炉资料.

[2]顾桃芳.船用热井模块的开发与研制[J].舰船标准化与环境条件， 1994.

作者简介：郭叶叶（1988-），女，助理工程师，主要从事船舶设计。