Судовая система отопления

Система отопления служит для обогревания жилых и служебных помещений судна. На современных судах применяют паровую, водяную, воздушную и электрическую системы отопления.

Система парового отопления. Систему парового отопления применяют на морских и речных судах. Основные ее преимущества — простота и сравнительно малая масса. Теплоносителем в системе служит насыщенный пар низкого давления, получаемый от главных, вспомогательных или утилизационных котлов.

Принцип действия системы парового отопления заключается в том, что пар по специальным трубопроводам поступает в грелки, установленные почти во всех жилых и служебных помещениях, кроме специальных, где отопление не предусматривается. Проходя по грелкам, пар конденсируется, отдавая теплоту парообразования воздуху помещения. Образовавшаяся в результате конденсации пара в грелках вода отводится обратно в котел для его питания. Теплоотдача пара тем выше, чем меньше он содержит влаги. Поэтому для уменьшения влаги пар до входа в грелки пропускается через специальные влагоуловители (сепараторы), действующие на основе резкого изменения направления движения пара.

На рис. 3.39, а показан проходной сепаратор. Пар, поступая в сепаратор через отверстие фланца 2, ударяется об отбойную перегородку с корытцем 4 и опускается вниз. Изменив свое направление и обойдя перегородку, пар поднимается в верхнюю полость 3 и уходит через отверстие фланца, а вода, отделившись от пара, стекает через решетку 5 в нижнюю полость 1.

В связи с тем что давление пара в паровых котлах высокое, а работа системы парового отопления осуществляется при давлении до 0,2—0,3 МПа, для понижения давления пар пропускается через редукционный клапан. При прохождении через клапан скорость пара увеличивается и соответственно уменьшается его давление. В случае повреждения редукционный клапан заменяют предохранительным, который при повышении давления в отопительной сети выше 0,2—0,3 МПа перепускает излишний пар в теплый ящик.

Проходя через грелки, пар конденсируется в них, однако эта конденсация является неполной. Чтобы сконденсировалась большая часть пара, за грелкой устанавливают конденсационный горшок, а перед теплым ящиком — специальный конденсатоотводчик. На рис. 3.39, б изображен конденсационный горшок с крышкой 8. Между корпусом 6 горшка и мембраной находится прокладка 9. Когда в горшок вместе с конденсатом поступает пар, сильфон 7 под действием высокой температуры удлиняется и закрывает выход пару в конденсатный трубопровод. Задержанный пар конденсируется, и сильфон по мере снижения температуры пара укорачивается, поднимая при этом игольчатый клапан 10 и пропуская конденсат по трубопроводу в питательную цистерну и теплый ящик или возвращая конденсат в парогенератор. В настоящее время разработаны малогабаритные конденсационные горшки, которые для повышения эффективности системы можно устанавливать на выходе за каждой грелкой.

Площадь нагревательной поверхности грелок и их количество определяются тепловым расчетом. Грелки изготовляют из меди, чугуна и стали. Ребра грелок бывают круглые и прямоугольные. На рис. 3.40 изображены применяемые на судах грелки и радиаторы. Ребристые грелки с малым шагом ребер хорошо передают теплоту, но недостаточно гигиеничны, так как между ребрами забивается пыль, которая пригорает и дает неприятный запах. Этот недостаток менее присущ стальным вертикальным грелкам и радиаторам.

Конструктивно система парового отопления может выполняться по групповому или централизованному вариантам. На судах малого водоизмещения обычно, применяется централизованный вариант построения, во всех остальных случаях — групповой. При групповом варианте вся система разбивается на отдельные участки, обслуживающие палубы, платформы, надстройки и т. д.

В зависимости от способа подвода пара к грелкам и отвода от них конденсата системы парового отопления выполняются однопроводными (рис. 3.41) и двухпроводными (рис. 3.42). Из рисунков видно, что при двухпроводной системе все грелки данной группы помещений включаются между трубопроводом свежего пара и магистралью отработавшего пара параллельно, а при однопроводной системе — последовательно.

При однопроводной системе отопления не нужен трубопровод отработавшего пара (конденсат), благодаря чему при его монтаже требуется значительно меньшее количество труб, чем при двухпроводной системе. Конструктивно однопроводная система проще, однако клапаны у нее более сложной конструкции, чем обычные клапаны, устанавливаемые перед грелками и предназначенные для впуска пара в грелку и выпуска из нее конденсата.

Система водяного отопления. Если в системе парового отопления теплоносителем является пар, то в системе водяного отопления — горячая вода с температурой 80—95 °С. Нагретая до этой температуры вода циркуляционными насосами или вследствие разницы в плотности до и после прохождения нагревательных приборов циркулирует по системе. Системе водяного отопления не нужны сепараторы, редукционные клапаны, конденсационные горшки и предохранительные клапаны. Характерным для этой системы является наличие расширительных бачков, которые устанавливают в наиболее высоких точках системы. На рис. 3.43 приведена схема водяного отопления. Вода, нагреваясь в котле, поступает по трубе 9 в расширительный бак 8. Этот бак принимает часть воды и обеспечивает отвод пара при нагреве через атмосферную трубу 7, предотвращая образование в системе паровых мешков. Из расширительного бака вода поступает к клапанной коробке 6 и грелкам 5, откуда направляется по трубопроводу 3 к насосу 2, который подает воду обратно в котел 1.

Для естественной циркуляции воды при выключенном насосе, возникающей вследствие разности температур нагретой в котле и охлажденной в грелках воды, предусмотрен обводной канал. Вода пополняется из запасных цистерн насосом 13, подающим ее в бак 11. Из бака вода поступает в котел через клапан 10, автоматически действующий от поплавка расширительной цистерны. В случае необходимости вода может отбираться из расширительного бака на хозяйственные нужды по трубопроводу 12. Излишек воды в расширительном баке отводится по трубе 4.

К преимуществам водяного отопления по сравнению с паровым относятся: долговечность и гигиеничность, бесшумность работы, невысокое давление теплоносителя и простота устройства. Наряду с этим имеются и недостатки: большая масса системы, опасность замерзания воды в трубах вследствие невысокой температуры теплоносителя и медленного перемещения его по трубам (до 0,3 м/с), медленное нагревание помещений.

Система воздушного отопления. При подогреве воздуха, подаваемого в судовые помещения системой общесудовой вентиляции, системы парового и водяного отопления можно заменить воздушным отоплением. В холодное время система используется для отопления и вентиляции, в теплое — только для вентиляции и охлаждения.

Совмещение вентиляции и отопления в одной системе позволяет изменять температуру в помещениях в широких пределах. Система воздушного отопления проще, чем системы парового и водяного отопления. Конструктивно ее выполняют по автономному или групповому варианту в зависимости от количества, назначения и расположения обслуживаемых помещений. Воздух в системе подогревается в воздухоподогревателях, а охлаждается в воздухоохладителях.

На рис. 3.44 показана схема высоконапорной системы воздушного отопления для группы помещений. Схема позволяет применять для отопления наружный, а также рециркуляционный воздух или их смесь. Первичный подогрев воздуха производится в групповом воздухоподогревателе, а вторичный до требуемой температуры — в самих помещениях, где установлены регулируемые вручную воздухоподогреватели. Из группового воздухоподогревателя воздух поступает по магистрали в каютные отопительно-воздухораспределительные шкафчики с эжекционными головками и нагревательными элементами, регулируемыми клапанами.

Эжекционная головка за счет энергии выходящего из нее воздуха, поступающего под большим напором от вентилятора, подсасывает воздух помещения в шкафчик. Регулируя работу нагревательного элемента, можно регулировать температуру воздуха в помещениях. С помощью таких шкафчиков можно также регулировать и количество засасываемого рециркуляционного воздуха. При использовании воздухораспределительного шкафчика без нагревательного (вторичного) элемента регулировать температуру воздуха в помещении можно только путем изменения количества воздуха, эжектируемого из помещения и подаваемого от центрального воздухоподогревателя. Такой шкафчик фактически является воздухосмесительным прибором.

В отдельных помещениях по условиям обитаемости предпочтительно иметь шкафчики с нагревательными элементами, так как в летний период они могут быть использованы для вторичного охлаждения воздуха в помещениях. Для этого к шкафчику дополнительно подводят трубу для удаления влаги, скапливающейся на охлаждаемом воздухоэлементе. Каютные воздухонагреватели размещают с учетом санитарно-гигиенических требований, а также в соответствии с архитектурой помещения. Регулирование нагревательных приборов-шкафчиков можно производить дистанционно.

Система электрического отопления. Электрическое отопление применяется сравнительно редко, главным образом для отопления тех помещений, где установлены приборы, которые надо защищать от влажности. К числу таких помещений относятся штурманская и ходовая рубки, помещения судовых телефонных станций и др. Принцип действия электрической системы отопления заключается в преобразовании электрической энергии в тепловую. Для получения большого количества теплоты в электроприборы (грелки) вводят нихромовые сопротивления. Грелки устанавливают обычно на переборках, а иногда, чтобы не загромождать помещения, и на подволоке. Система электрического отопления проста по устройству и допускает свободное перемещение грелок с одного места на другое; однако стоимость такой системы высока.

Литература

Судовые системы и трубопроводы — Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]

Принцип работы судовых котлов: классификация и эксплуатация

Принцип работы судового котла

На судах различного назначения неотъемлемым и важным ресурсом является водяной пар, который служит для разных целей. Если на судне предусмотрена паросиловая установка, то пар необходим для вращения паровых турбин валопровода судна и, как следствие, передачи энергии движителю.

Если на судах установлены дизельные или газотурбинные двигатели, то пар требуется для выработки электроэнергии в турбогенераторах, а также для целей отопления и бытовых хозяйственных нужд. За производство водяного пара отвечает паровой котёл, который производит перегретый и влажный водяной пар под давлением.

Принцип работы заключается в подведении тепла, полученного путём сгорания органического топлива, к воде и образовании пара.

Судовые котлы классифицируются по следующим характеристикам:

1. Обтекание теплообменника горячими газами (водотрубные, огнетрубные, комбинированные);
2. Назначение (главные, вспомогательные);
3. Способ циркуляции воды (естественная, принудительная);
4. Тяга и дутьё (естественная или принудительная тяга и дутьё);
5. Вид топлива (жидкое, твёрдое, газообразное);
6. Параметры пара (низкого давления – до 150 кН/кв.м., среднего давления – от 160 до 280 кН/кв.м., высокого давления – от 610 до 1000 кН/кв.м.)

Со структурой судового парового котла можно ознакомиться на рисунке 1, где указаны схемы судовых котлов разных типов.
Основные части парового котла это топка (I) и несколько рекуперативных теплообменников, находящихся за ней: пароперегреватель (II), испаритель (III), водоподогреватель (IV) и воздухоподогреватель (V). Конструкция котла судового подразумевает разделение горячих дымовых газов и холодных пара, воздуха и воды герметичной перегородкой для того, чтобы среды обменивались теплотой, не смешиваясь.
Функция пароперегревателя заключена в его названии, испаритель образует пар из воды,водо- и воздухоподогреватели соответственно названию. Основная нагреваемая поверхность это испаритель, а остальные теплообменники представляют собой дополнительную.

Узлы и системы котельной установки:

• паровой котёл;
• питательная система, включающая подогреватели воды, насоса, трубопрово¬дов, из¬мерительных приборов и арматуры;
• паровую систему для раздачи пара потребителям;
• топливную систему;
• газовоздушную систему (газоход, дымовая труба, вентилятор, воздушные коробы и др.)

Помимо прочего котельная установка снабжена системами автоматического регулирования подачи воды, топлива и воздуха в котёл, системами водоподготовки, защиты парового котла.
Если на корабле установлен утилизационный котёл, то благодаря использованию теплоты исходящих газов – утилизации – обеспечиваются технологические процессы, не связанные с движением судна.

Подготовка котельной к работе

Удостовериться в наличии необходимого количества воды и проверить топку на отсутствие мазута. Также нужна вентиляция топки, чтобы избежать воспламенения накопившихся газов. При подаче топлива в топку розжиг его осуществляется электрическим запалом или от горящего источника.

Пар распределять следует медленно для равномерного прогревания частей котла. Перед подъёмом пара нужно убедиться, что воздушный клапан открыт. Во время подогрева воды и подъёма пара проверяется герметичность люков, лазов и крышек. Включают подпиточные насосы, запускают автоматические котельные установки с включением топливного насоса, вентилятора и подачей тока к зажигающим электродам.
По достижению давления пара 1 кг/кв.см. закрывают воздушные краны и продувают водоуказательные приборы. После достижения паром давления 3 кг/кв.см. обследуют фланцы и лазы, обжимая их гайки. При давлении 5 кг/кв.см. включается подпитка водой и продувка.

При давлении в половину рабочего убеждаются в состоянии предохранительных клапанов. После чего ожидается подъём пара, время от розжига топлива до его первого появления занимает от трети до половины общего времени подъёма. Когда давление достигает рабочих параметров снова осматриваются клапаны, манометры и приборы.

Эксплутационные особенности

Важным условием бесперебойной работы котельных агрегатов является обеспечение достаточного уровня воды иначе недостаток воды чреват пережогом теплообменников и поломкой и снижением срока службы.

Необходимо постоянно контролировать уровень воды в тёплом ящике, работу подпиточных насосов, работу автоматического управления подпиткой. Если температура воды вырастает более, чем на 50° С, то это грозит выходом из строя насоса подачи из-за заполнения его паром. Заполнение котла выше нормы приводит к нестабильной работе паровых механизмов.

В случае использования газового оборудования избежать перегрев воды способно автоматическое газовое регулирование.

Процесс горения топлива

Качество горения в топочной камере осуществляется путём регулярного наблюдения в оборудованный глазок или при помощи газоанализатора.Чтобы обеспечить правильный теплотехнический процесс горения, следует добиться верного соотношения подаваемых в топку топлива и воздуха определённого давления.

Поставщики топлива обязаны предоставить сертификаты, составленные по результатам лабораторного анализа. Форсунки нужно очищать от отложений и нагара 3 раза в сутки при непрерывной работе. Если горение прекращается, то мгновенно закрывается клапан подачи топлива, чтобы оно не скапливалось в топке, что небезопасно.

Прекращение работы котла

При остановке котельной установки нужно выключить систему автоматического управления, прекратить подачу топлива, воздуха и воды. При ручном управлении сначала отключаются форсунки топливный насос, дутьё и подпитка водой. Затем стравливается пар и продувание. Из остывшего котла удаляется вода. Перекрывается запорная арматура и из трубопроводов удаляются вода, воздух и пар.

Очистка котла

В случае несоблюдения требований по водоподготовке на теплообменниках могут образовываться большие объёмы накипи спустя первые 1000 часов работы, что влияет на теплопотери, перегреву и необходимости механической и химической чисток. Процедуры проводятся при условии стоянки судна обеспеченной якорными и швартовными устройствами.
Механическая чистка выполняется кирками, скребками и электроинструментом. Также могут использоваться металлические щётки.
Химическая чистка подразумевает щелочение котла или промывка кислотными средствами. Щелочение это процесс заполнения водотрубного котла выше нормы водным раствором средства против накипи и при давлении в 2 Бар проведение верхней и нижней продувки. Продолжительность процедуры до 10 часов.
Практическая очистка дымогарных и водогрейных труб от сажи выполняется банником.

Производители

Когда дело доходит до модернизации котельных установок на судах, то перед покупателем открывается широкий выбор мировых производителей котлов (Германия, Италия, Корея). На российском рынке популярностью пользуется отечественный котёл марки КОАВ (КВС)-200 — водогрейная автоматизированная тепловая установка предназначенная для обслуживания судовых закрытых систем отопления. Его теплопроизводительность 200 Гкал/час, рабочее давление 0,18 Мпа.

Нормы и правила

Обслуживание судовых паровых котлов регулируется Правилами технической эксплуатации судовых паровых котлов Министерства морского флота. Согласно Правилам использование корабельных котлов должно производиться с учётом максимальной теплопроизводительности, без нанесения ущерба их техническому состоянию, обеспечивая безопасную работу и наименьший расход топлива.

Правильная организация труда и следование Правилам технической эксплуатации судовых котлов играет главную роль в выполнении вышеупомянутых требований. Нарушение Правил чревато авариями и нестабильной работой.