Судовые системы отопления

Системы отопления обеспечивают обогрев судовых помещений в холодное время года. Система парового отопления представляет собой совокупность трубопроводов, аппаратов, приборов и устройств, предназначенных для подачи водяного пара к отопительным приборам (паровым грелкам) и отвода от них отработавшего пара и конденсата. До второй мировой войны эта система являлась основным средством отопления жилых и служебных помещений судов. С появлением в 50-х годах систем комфортного кондиционирования воздуха она стала использоваться в основном для отопления МО (при стоянке судна), механических мастерских, хозяйственных кладовых, санитарно-бытовых и санитарно-гигиенических помещений, коридоров и тамбуров.

В системе парового отопления в качестве теплоносителя применяется сухой насыщенный пар давлением не более 0,3 МПа. Воздух в помещениях подогревается теплотой, поступившей от пара через стенки теплообменных приборов (радиаторов). Система парового отопления часто выполняется совмещенной с системой хозяйственного пароснабжения, обеспечивающей паром с давлением 0,5 МПа следующие потребители: кипятильники, пищеварочные котлы, водонагреватели, стиральные машины, воздухоподогреватели, кондиционеры и др.

По количеству трубопроводов, подводящих пар к радиаторам и отводящим от них конденсат, различают одно- и двухпроводные системы парового отопления. В двухпроводной системе по одной магистрали к радиаторам подводится пар, а по другой от них отводится конденсат. В однопроводной системе конденсат из радиаторов отводится в ту же паровую магистраль, по которой подводится к ним пар.

На рис. 5.66 представлена схема двухпроводной системы отопления. Система состоит из паровых радиаторов, трубопроводов свежего пара и конденсата, коллектора и сепаратора пара, редукционного и предохранительного клапанов, конденсатоотводчиков и измерительных приборов. К коллектору пар подводится от парогенератора. В сепараторе и редукционном клапане происходят отделение влаги и понижение давления до требуемого значения. Если давление за редукционным клапаном по каким-либо причинам превысит допустимое, то срабатывает предохранительный клапан, через который выпускается некоторое количество пара, и давление в системе снижается до допустимого. Из коллектора пар по трубопроводам подводится к радиаторам, от которых теплота передается воздуху помещений, его температура повышается, а пар в радиаторах конденсируется. Конденсат из радиаторов стекает в конденсатоотводчики, препятствующие выходу пара вместе с конденсатом. Применяют конденсатоотводчики нескольких типов.

Рис. 5.66. Система парового отопления
1 — отвод конденсата в парогенератор; 2 — охладитель конденсата; 3 — невозвратно-запорный клапан; 4 — конденсатная магистраль; 5 — производственные мастерские; 6 — невозвратный клапан; 7 — конденсатоотводчик; 8 — паровой радиатор; 9 — трубопровод свежего пара; 10, 11, 29 — запорные клапаны; 12 — трубопровод конденсата; 13 — МО; 14 — кладовая; 15 — паровая магистраль от парогенератора; 16 — трубопровод пара с берега; 17 — манометры; 18 — трубопровод хозяйственного пароснабжения; 19 — камбуз; 20 — прачечная; 21 — редукционный клапан; 22 — предохранительный клапан: 23 — сепаратор пара; 24 — трубопровод сброса пара; 25 — распределительный коллектор пара; 26 — пусковые клапаны; 27 — душевая; 28 — трубопровод сброса конденсата за борт

На рис. 5.67 показан термостатический конденсатоотводчик. Сильфон заполнен легкоиспаряющимся жидким эфиром. Если через конденсатоотводчик пойдет конденсат в смеси с паром, то несколько повышенная температура смеси вызовет кипение эфира с образованием паров. Давлением паров эфира сильфон растягивается, перемещая игольчатый клапан вниз и перекрывая выход пара с конденсатом из конденсатоотводчика. Содержащийся в конденсате пар будет отдавать теплоту через стенки радиаторов и труб воздуху помещений и конденсироваться. Когда весь пар сконденсируется, то начнется обратный скоротечный процесс теплопередачи через тонкие стенки сильфона от эфира к конденсату. При этом пары эфира сконденсируются, давление в сильфоне упадет и он несколько сожмется. В результате клапан откроет проход конденсату из конденсатоотводчика.

На отечественных судах широко применяют конденсатоотводчик термодинамического типа (рис. 5.68).

Рис. 5.67. Термостатический конденсатоотводчик 1 — корпус; 2 — сильфон; 3 — крышка; 4 — прокладка; б — игольчатый клапан

Рис. 5.68. Тарельчатый термодинамический конденсатоотводчик

Корпус 1, крышка 6 и дисковая тарелка 7, свободно лежащая на плоскости седла 4, выполнены из нержавеющей стали, а уплотнительная прокладка 8 — из паронита. При поступлении конденсата тарелка под действием давления приподнимается над седлом и открывает проход конденсату по кольцевому пазу в выходной канал 2. Когда конденсат идет с паром, то вследствие большой скорости истечения пара в зазоре между тарелкой и седлом давление понижается и тарелка начинает прижиматься к седлу. Часть пара попадает в камеру 5 над тарелкой. Вследствие разницы площадей тарелки и входного канала 3 сила, действующая на тарелку сверху, оказывается больше силы, действующей на нее снизу. В результате тарелка плотно прижимается к седа у и выход пара из конденсатоотводчика прекращается.

Паровые радиаторы изготовляют гладкотрубные или оребренные (рис. 5.69). Последние при одинаковом теплосъеме имеют меньшие габариты.

Рис. 5.69. Паровой радиатор

Рис. 5.70. Схема установки эжектора у паровой грелки 1 — магистраль парового отопления; 2 — эжектор; 3 — регулирующий запорный клапан; 4 — паровой радиатор; 5 — отвод пара с конденсатом; 6 — горло эжектора

Оребренный радиатор представляет собой трубу 2 с приваренными или припаянными тонкими ребрами 3. К трубопроводу радиатор присоединен штуцерными гайками 1.

В однопроводной системе отопления циркуляция пара и конденсата в радиаторах осуществляется эжектором (рис. 5.70). Эжектор создает некоторое разрежение в трубопроводе на выходе из радиатора, предотвращая застой в нем пара. Масса однопроводной системы на 25—30 % меньше массы двухпроводной. Радиаторы размещают на холодных стенках помещений. Для предохранения людей от ожогов их закрывают дырчатыми кожухами. Трубопроводы свежего пара прокладывают по переборкам и подволокам коридоров с помощью подвесок. Трубопроводы и радиаторы выполняют из меди или стали, а арматуру — из бронзы. Прокладываемые через неотапливаемые помещения и коридоры паропроводы изолируют для уменьшения потерь теплоты.

Назначение и типы систем отопления

Водяные, паровые, воздушные системы отопления служат для поддержания определенной положительной температуры в судовых помещениях в холодное время года.

В системе водяного отопления теплоносителем является вода, нагретая до температуры 80÷90°С, которая циркулирует по трубопроводам и через нагревательные приборы (грелки) отдает теплоту окружающему воздуху. Циркуляция воды в системе может быть естественной и принудительной. В первом случае охлажденная в системе вода вытесняет из водогрейного котла горячую воду, которая поднимается в расширительный бак и оттуда растекается по системе. Во втором случае горячая вода прокачивается через систему циркуляционным насосом.

Система водяного отопления благодаря большой аккумуляции теплоты создает устойчивый тепловой режим в помещениях, проста в изготовлении и эксплуатации, безопасна в пожарном отношении, однако элементы ее имеют большую массу.

К основным узлам системы водяного отопления относятся водогрейный котел, трубопровод, грелки, циркуляционный насос и расширительный бак. Водогрейный котел служит для снабжения системы отопления горячей водой. Горячую воду получают также в утилизационных котлах, использующих теплоту отработавших газов главных двигателей, на пароходах – в паровых водонагревателях. Иногда горячую воду берут из замкнутой системы охлаждения двигателя.

На водоизмещающих судах трубопровод водяного отопления изготовляют из стальных водогазопроводных труб, на СПК и СВП – из алюминиевого сплава.

Система водяного отопления может быть однотрубной, когда горячая и отработавшая вода циркулирует по одному трубопроводу, и двухтрубной, когда горячая вода подводится по одному трубопроводу, а отработавшая – отводится по другому трубопроводу. Диаметр труб определяется расчетом из условия заданной скорости движения воды в системе.

Систему с естественной циркуляцией называют гравитационной (рис. 36). Нагретая в котле вода поднимается по стояку в расширительный бак, от которого отходят воздушная и переливная трубы. Из бака горячая вода по магистральным трубопроводам подводится к грелкам, расположенным в носу и на корме. Отработавшая вода из грелок опускается по трубам вниз и поступает обратно в котел. Для создания циркуляции в системе во время ее прогрева служит ручной насос.

Рисунок 36 – Система водяного отопления с естественной циркуляцией 1. ручной насос; 2. водогрейный котел; 3. термометр; 4. водоподогреватель; 5. расширительный бак; б. грелка; 7. кран; 8. автоматический воздуховыпускной клапан (вантуз); – – – – – – – трубопровод горячей воды; – · – · – · – · трубопровод отработавшей воды; – ·· – ·· – ·· – переливная труба.

Системой парового отопления разрешается оборудовать только хозяйственные и бытовые судовые помещения. В качестве теплоносителя используют сухой насыщенный пар температурой 120÷130°С и давлением 3·10 5 Па, получаемый в паровых котлах. Пар, проходя через грелки, отдает свою теплоту воздуху и конденсируется. При паровом отоплении судовых помещений обеспечивается их более быстрый обогрев по сравнению с водяным отоплением. Однако пригорание пыли на грелках вследствие высокой температуры пара и создаваемый при работе шум ограничивают применение на судах системы парового отопления.

Основным элементом системы (рис. 37) является паровой котел. Пар из котла по трубопроводу 2 через редукционный и предохранительный клапаны поступает в сепаратор, где происходит его осушение. Редукционный клапан снижает давление пара, поступившего из котла, до рабочего значения. Предохранительный клапан предотвращает повышение давления пара более допустимого в случае выхода из строя редукционного клапана. Излишки пара при повышении давления стравливаются из системы через предохранительный клапан в атмосферу или в теплый ящик, предназначенный для сбора конденсата. Осушенный пар пропускается в распределительную коробку, откуда распределяется по трубопроводам отопительной магистрали.

Пар, поступивший в грелки, частично конденсируется, и смесь его с конденсатом через конденсатную коробку и далее через клапан 13 поступает в конденсатоотводчик и отводится в теплый ящик. Поступление пара в грелки регулируется клапанами 8, а выход пара из грелки – клапанами 10. Для отвода пара за борт служит трубопровод 11.

Рисунок 37 – Однопроводная система парового отопления 1. паровой котел; 2, 11, 16. трубопроводы; 3, 4. редукционный и предохранительный клапаны; 5. сепаратор; 6. распределительная коробка; 7. отопительная магистраль; 8, 10, 13. клапаны; 9. грелки; 11. конденсатная коробка; 14. конденсатоотводчик; 15. теплый ящик

Рассмотренная система парового отопления, выполненная по одно-проводной схеме, по массе на 25÷30% легче двухпроводных. Однако нагревательная способность грелок при первой схеме значительно ниже, чем при двухпроводной, вследствие увлажнения пара движущимся вместе с ним конденсатом.

Трубопровод парового отопления выполняют из бесшовных стальных труб; арматура может быть стальной или бронзовой.

В системе воздушного отопления теплоносителем является воздух, который подается в обогреваемое помещение предварительно подогретым примерно до 40°С в специальных теплообменных аппаратах, называемых калориферами. Система воздушного отопления может быть без рециркуляции и с циркуляцией воздуха. В первом случае системы воздушного отопления и вентиляции совмещены и в помещение поступает свежий подогретый воздух. Во втором случае осуществляется внутренняя циркуляция воздуха обогреваемого помещения через воздухоподогреватели. Последняя система более экономична.

В воздухоподогревателях воздух подогревается горячей водой, паром или электричеством. Свежий воздух через вентиляционные головки нагнетается электровентилятором в воздухоподогреватель, по трубам которого циркулирует пар или горячая вода. Нагретый воздух через воздухораспределитель по трубопроводам подводится в каюты. Поступление в обогреваемое помещение подогретого воздуха регулируется при помощи шиберов (заслонок), установленных на приемных воздухопроводах.

В некоторых системах воздушного отопления окончательный подогрев воздуха может осуществляться калориферами, установленными непосредственно в обогреваемом помещении. Регулируют отопление посредством регулировочного клапана, ограничивающего поток горячей воды через калорифер.

На плавучих кранах получила распространение электрическая система отопления. Особенностью данной системы является то, что обогрев происходит за счет установленных в помещениях масляных электрических радиаторов, теплоносителем в которых является как правило, трансформаторное масло.

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]