资讯详情

导读

近几年我国海上风电业飞速发展，海上“大风车”的安装离不开风机安装船，其中，插桩式风电安装船是主流的风机安装装备。

为了在短暂的海上施工窗口期提升风机安装的工效，插桩式风电安装船自身设备的维护保养及高效运行显得尤为重要。

冬季环境温度通常低于0 ℃，某插桩式风电安装船在海上站桩施工时，为避免各油/水舱温度过低或结冰，需利用热水循环系统对舱室进行加热。

但原船所配备的热水锅炉功率偏低，锅炉出水温度根本达不到设计的 90℃，油水舱温度无法达到5℃以上的防冻条件，给船舶运营及船舶安全带来一定的风险，因而有必要对热水锅炉加热循环系统进行改造。

冯楚隆等对某航站楼供热系统进行了优化研究，提出了热水循环旁通管的方案并进行了实验验证[1]；

赵世明对热水循环泵配置容量和运行时间对节能情况进行了研究[2]；

徐传诏等对水管热水锅炉在运行中频发爆管事故问题提出了改进措施[3]；

卢爱华等阐述了大型循环流化床热水锅炉的水循环方式、水流程及受热面结构设计布置[4]。

本文根据某插桩式风电安装船 （以下简称某船） 实际情况，旨在提供一种锅炉热水循环系统增加热水泵的改造设计，并对改造结果进行对比分析。

一、方案设计

1、热水循环系统

某船锅炉热水循环系统原理图如图1 所示，夏季环境温度高时，系统可仅为生活区提供热水，而冬季环境温度低时，系统有3个作用，即给各油/水舱加热、生活区热水供应、生活区供暖等。

▲图1 某船锅炉热水循环系统原理图

从图1中可以看出 3个功能为并联运行，环境温度过低时，对热量的需求较大。

2、加装热水泵方案设计

某船热水锅炉加热功率仅900 kW，根据几个月的使用统计，至少需增加 100 kW 才能满足全船冬季的热量需求。

由于锅炉已安装到船，无法通过更换大功率锅炉对加热循环系统进行升级改造，所以可从电热水柜加热锅炉出水反向供热考虑。

原船配备有2个电热水柜，每个电热水柜有 3 组电加热器，每个加热器功率 50 kW，2 个电热水柜总加热功率达到 300 kW，可以弥补热水锅炉功率不足的问题，且该插桩式风电安装船配备了6台3 320 kW的发电机，主电站电能富余，可保证多组电热水柜的电力供应。

如用热水柜加热炉水反向供热，就需要对锅炉热水循环管路系统进行改造。

改造方案为：

在热水柜回水总管上加装流量为10~20m³/h的热水泵（额定流量15 m³/h；扬程40 m；

转速2 950 r/min；电机功率4.0 kW；

电压380V/50 Hz），新增的热水泵与原锅炉热水循环泵并联运行，热水锅炉和电热水柜同时给各油/水舱加热、生活区供暖。

当各油/水舱不需要加热，热水锅炉停用情况下，电热水柜也可单独给生活区供暖。

改造后的锅炉热水循环系统原理图如图2所示。

▲图2 改造后的锅炉热水循环系统原理图

改造所需材料除热水泵外，还需 3 只 DN50 截止阀和总长度约 10m 的连接管路及法兰，需提前对管路进行装配试验，改造工期为3~5天。

3、故障报警设计

为保证热水锅炉加热循环系统正常工作并提供压力报警服务，对热水泵的控制箱原控制线路进行设计改造，在热水泵进/出口分别加装高/低压力控制器，增加报警和停止功能。

控制箱内增加了延时继电器 KT，热水泵启动时，延时继电器KT的常闭开关触点KT1延时5s断开，以保证水泵顺利启动；

在控制箱内加装一个故障报警延伸继电器KA，通过其常闭开关触点，延伸报警信息到集控室；

高压开关常闭触点控制电机停机，常开触点控制报警灯，低压开关常开触点控制电机停机，常闭触点控制报警灯；

停止状态下，热水循环泵管路封闭压力约 0.1 MPa，低压开关常开触点为闭合状态，常闭触点为断开状态；

当循环泵出口压力大于 0.3 MPa时高压开关动作，断开电机控制回路，高压报警指示灯亮，KA 失电发出停机报警；

当循环泵进口压力低于 0.5 MPa时，低压开关动作，断开电机控制回路，低压报警指示灯亮，KA 失电发出停机报警；

当启动水泵时，通过延时继电器KT常闭触点KT1延时5s后断开，保证水泵顺利启动，压力报警及热水泵控制电路原理图如图3所示。

▲图3 压力报警及热水泵控制电路原理图

二、热水泵操作规程

1、启动前准备

首先打开新增的取暖热水泵进、出口阀；关闭进、出口联通阀；打开热水柜进、出口阀、温控阀及旁通阀；打开取暖热交换器进、出口阀。

锅炉进、出口阀开关手轮打开 （逆时针旋转）1～2 圈，回水总阀打开；

关闭各油水舱、污油舱加热进、出口总阀。

闭合电控箱内热水泵电源和取暖热水泵控制箱内电源开关。

2、热水泵启动

点击启动按钮，启动热水泵；

检查热水泵进、出口压力，出口压力在 0.2MPa左右，进口压力在0.1MPa左右为正常，如压力不正常，则立即停机，进行管路系统检查。

调整热交换器温控阀温度，调节温度在45℃左右，以保证温控阀开度足够。

3、热水泵停机

点击停机按钮，关闭热水泵运行，而后关闭热水泵进、出阀门。

根据环境温度及生活区实际情况，打开或者关闭取暖热水泵联通阀，热水柜进、出口阀，取暖热交换器进、出口阀，锅炉和油水舱进、出口阀。

关闭电控箱内电源和取暖热水泵控制箱内电源。

三、改造后效果分析

1、系统功能分析

当电热水柜单独给生活区供暖时，热水锅炉进、出口阀手轮需打开1～2圈，此时锅炉只作为新加热水泵的膨胀水柜用，用于热水循环系统补水和循环水受热后膨胀提供空间。

电热水柜把循环水加热后，由热水泵加压流至取暖热交换器，再与空调冷媒水进行热交换，冷媒水吸收热量温度升高，循环水释放热量温度降低，循环水完成热交换后被热水泵抽回泵至电热水柜，电热水柜再对循环水重新进行加热，从而进行下一个加热循环。

当空调冷媒水温度升高，循环水温度调节阀开度就会变小，当开度过小，热水泵出口压力就会升高，达到设定压力（0.3 MPa） 时，水泵就会发出高压报警并停止运行。

当热水循环系统由于泄漏，水泵流量就会减小，进出口压力都会降低，当进口压力低于达到设定压力（0.5MPa）时，水泵就会发出低压报警并停止运行。

此外，当热水泵过载或电机本身故障导致电机电流过大时，水泵电机也会发出过载报警并停止运行。

报警信息经故障延伸报警继电器常闭开关触点传至集控室，集控室值班人员第一时间收到报警信息后，就会处理热水泵故障，尽快恢复热水泵运行。

通过这些保护设置和延伸报警，不但保护了热水泵的安全运行，而且避免了热水泵出现故障而集控室值班人员却不知情导致热水泵长时间停止运转，影响生活区取暖。

2、舱室加热及生活区供热效果

在冬季，根据热水锅炉为各油/水舱加热的实际状态，基本可保证各舱室 （淡水舱、油渣舱、燃油舱等） 加热盘管出水口的温度达到 25 ℃以上，可有效降低各油水舱在低温环境下结冰的风险。

使用电热水柜单独为生活区供暖的实际状态，完全能够达到预计的取暖用途。

在外界环境温度0℃左右的情况下，2 个电热水柜各开一组 50kW电加热器即可完全满足生活区取暖需要；当外界环境温度低于 0 ℃的情况下，根据生活区取暖需要，2 个电热水柜可各开 2 组或 3 组 50 kW 电加热器，而且还可以把电热水柜加热设定温度升高，用以提高循环热水温度，增加循环热水与冷媒水之间的温度差，提高了热交换效率，使得取暖效果更好。

3、节能减排效果

某船锅炉热水循系统原有的2个电加热器主要功能是给生活区提供热水，改造前不能给生活区空调取暖，新增热水泵的目的就是给生活区空调取暖提供热水。

不仅如此，还可以作为热水锅炉辅助加热使用。

电热水柜生活区热水循环系统里还有一组专用的热水循环泵，这一路热水只在生活区与电热水柜之间循环，主要为洗澡间、餐厅等位置供应热水。

用热水锅炉单独给生活区供暖时，在小功率状态下燃烧，燃油锅炉监测系统的燃油流量计可实时检测锅炉燃烧前和燃烧时的燃油实际消耗，锅炉的燃油消耗率为50.0kg/h左右。

而用电热水柜给生活区供暖时，开2组50 kW电加热器可提供足够的热量，按主发电机组油耗率 0.2kg/kW·h 计算，电加热器的燃油消耗率约为 20 kg/h （估算量）。

为得到电热水柜所需热量耗用的准确燃油量数据，参考发电机监测系统上电热水器开启前后的燃油数据差，经实测差值为 21~22 kg/h，与估算量相近。

对比实际情况下用热水锅炉供热和电热水柜供热的燃油消耗，生活区供暖燃油消耗对比如表1所示。

根据表1可知，每个小时约节省燃油30kg，每天各按18h使用来计算，每个月节省16200kg。

冬季环境温度低时，如果电热水柜使用2～3个月，可节省燃油 30～50t，节省燃油费用 25～40 万元（0#柴油价格按8000元/吨左右计算），其具有较好的经济效益。

而且由于减少了燃油锅炉的使用频次和时间，大大降低了燃油锅炉的故障率。

不仅如此，采用电热水柜给生活区供暖，由于减少了燃油的使用量，排入大气中的氮氧化物和硫化物等废气物相应减少，有利于保护大气环境。

四、结束语

本文介绍了某船锅炉热水循环系统加装热水泵方案设计，并对改造方案进行了使用效果分析，实际使用结果表明：

①锅炉热水循环系统加装热水泵，节约燃油消耗，降低碳排放，减少燃油消耗成本。

通过估算，每年可为船舶节约燃油费用25～40 万元；

②对热水泵的控制系统 （管路及电路） 进行了设计改造，增加了水泵进、出口压力报警及故障报警，降低了供热管路水压过高浪费热量或水压过低导致供热不足的风险；

③该改造方案弥补了热水锅炉功率不足的缺陷，在冬季可保证舱室加热盘管出水温度达到 25 ℃以上，降低了各油/水舱由于加热温度不够而结冰的风险；

④为生活区供暖提供热能增加了备选方案，尤其是在锅炉故障停炉后，可由电热水柜提供热能给生活区供暖。

参考文献

[1] 冯楚隆，周振峰，成庙生，等.热水循环系统旁通管功能研究与优化[J]科技资讯，2012（9）：138-140.

[2] 赵世明，高峰 . 热水循环泵节能探讨[J]. 给水排水，2009（3）：78-80.

[3] 徐传诏，赵博宇.热水锅炉的水循环故障分析及改进措施[J] 应用能源技术，2001（6）：35-36.

[4] 卢爱华，冯啸虎.大型循环流化床热水锅炉热水循环系统设计分析[J] 锅炉制造，2007（4）：25-27.

原创作者系：

交通运输部烟台打捞局

杨绍春，孔 帅

免责申明：本文来自船机帮；仅代表作者观点，不代表中国海员之家立场。其真实性及原创性未能得到中国海员之家证实，在此感谢原作者的辛苦创作，如转载涉及版权等问题，请作者与我们联系，我们将在第一时间处理，谢谢！联系邮箱：cnisu@54seaman.com