陳 瑞

（江蘇筑港建設(shè)集團有限公司，江蘇 連云港 222046）

1 研究背景及研究內(nèi)容

1.1 研究背景

耙吸式挖泥船是一種帶有泥艙和挖泥設(shè)備的船舶，可以自行裝卸，在海上或內(nèi)河中自行航行。它通過船體兩側(cè)的耙頭吸泥，能夠邊吸泥邊航行。耙吸式挖泥船具有靈活、高效、抗風(fēng)浪能力強等特點。它適合在沿海港口、寬闊的河流和船舶停泊區(qū)作業(yè)。5 000 m3耙吸式挖泥船于2007年交付，為連云港航道疏浚工程的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。如圖1所示，該挖泥船為雙耙式挖泥船和底門式挖泥船。耙頭采用液壓主動耙頭，配備高壓沖洗系統(tǒng)輔助松土。耙管系統(tǒng)布置在船體中部，作業(yè)時采用三點吊裝。當(dāng)耙管與水底呈45°時，最大設(shè)計開挖深度為26 m。

圖1 鍋爐及鍋爐熱井裝置

1.2 研究內(nèi)容

1.2.1 主要技術(shù)問題

1）電熱式蒸發(fā)器接線工藝。

2）電熱式蒸發(fā)器運行后的絕緣維護。

3）加熱功率的計算及確定。

1.2.2 難點

1）連接電熱式蒸發(fā)器的耐高溫電纜鋼性比較大，安裝難度大。

2）電熱蒸發(fā)器內(nèi)部的電器絕緣和外殼防水性能工藝要求高。

3）精確控制溫度，保障船員生活環(huán)境及身體健康。

2 電熱式蒸發(fā)器

2.1 電熱式蒸發(fā)器工作原理及結(jié)構(gòu)

電熱蒸發(fā)器實際上是MVR蒸發(fā)器，它是機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器。工作原理為利用高能蒸汽壓縮機的壓縮蒸汽產(chǎn)生的二次蒸汽，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，提高二次蒸汽的焓。具有增加熱能的二次蒸汽被泵送到蒸發(fā)室中進行加熱，從而實現(xiàn)二次蒸汽現(xiàn)有熱能的循環(huán)利用。因此，蒸發(fā)器無需外部新鮮蒸汽，即可實現(xiàn)蒸發(fā)濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶[1-2]。

電熱蒸發(fā)器通過PLC控制系統(tǒng)溫度、壓力和電機速度，以保持系統(tǒng)的蒸發(fā)平衡。從理論上講，與傳統(tǒng)的蒸發(fā)器相比，電動蒸發(fā)器可以節(jié)省80%以上的能源，90%以上的冷凝水和50%以上的占地面積。

電熱蒸發(fā)器由單效或雙效蒸發(fā)器、分離器、壓縮機、真空泵、循環(huán)泵、操作平臺、電氣儀表控制柜、閥門和管道等系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便。

2.2 使用安全問題

操作員應(yīng)熟悉蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、原理和性能，并能熟練操作應(yīng)用，對蒸發(fā)器進行日常維護，檢查和排除常見故障[3]。本文主要從驅(qū)動器的蒸發(fā)器、蒸發(fā)器操作以及蒸發(fā)器本身的問題三個方面進行分析。

國企自1978年改革，至今已經(jīng)有30多年。在改革中，我們已經(jīng)逐漸摸清了改革的方向。所有制結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，政企關(guān)系得到調(diào)整，社會經(jīng)濟運行效率得到提升，國家經(jīng)濟效益得到增長。

1）對驅(qū)動器的蒸發(fā)器要嚴格遵守操作程序，在電熱式蒸發(fā)器啟動之前，仔細檢查加熱室內(nèi)是否有水，檢查并準(zhǔn)備泵，儀器，蒸汽和冷凝水管。根據(jù)不同的控制裝置，按預(yù)設(shè)程序進行操作和監(jiān)控。

2）蒸發(fā)器操作時必須小心操作并嚴格控制。操作人員應(yīng)根據(jù)操作時間間隔檢查和調(diào)整蒸發(fā)器，并進行記錄。當(dāng)設(shè)備處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，不容易更改參數(shù)。

3）長時間未啟動設(shè)備或由于維護需要排空時，應(yīng)完全停止蒸發(fā)器。小修時設(shè)備處于待機狀態(tài)。

通過對三個方面的安全問題進行分析，最終得到關(guān)于電熱式蒸發(fā)器在使用過程中的安全問題。

2.3 蒸發(fā)器支架

蒸發(fā)器支撐件的上底板、下底板、左框架和右框架形成具有弧形彎曲的框架結(jié)構(gòu)，并且在上底板和下底板之間布置有縱向支撐件以及橫向支撐件。在左框架和右框架之間布置有加熱器，在上部底板上設(shè)有加熱器的第一固定部分，在下部底板上設(shè)有加熱器的第二固定部分，加熱器的第一固定部分和加熱器的第二固定部分被構(gòu)造成固定加熱器。

一種新的框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)通過上底板、下底板，左框架和右框架彎曲成弧形。加熱器布置在蒸發(fā)器的弧形彎曲中，并且兩端固定在上下底板上，以實現(xiàn)加熱器的固定。一方面，蒸發(fā)器支撐架與后殼穩(wěn)定連接，保證了對蒸發(fā)器的可靠支撐。另一方面，保證了導(dǎo)熱的可靠性和加熱器連接的穩(wěn)定性，并節(jié)省了空間，提高了空調(diào)柜內(nèi)利用率。

2.4 溫度控制器

在對電熱式蒸發(fā)器進行設(shè)計的時候，溫度控制的精度存在問題。電熱式蒸發(fā)器對外界的溫度反應(yīng)時間較慢，通過設(shè)計溫度控制器，對整體電熱式蒸發(fā)器進行控制，減少反應(yīng)時間，增加室內(nèi)的舒適時間，電熱式蒸發(fā)器的使用效果更好[4-6]。

通過對溫度控制器進行設(shè)計，可以更加精確地得到中央空調(diào)設(shè)置的室內(nèi)溫度，方便船舶內(nèi)部工人以及軍隊的生活體驗，提升船舶內(nèi)部的舒適度。

2.5 電纜線

當(dāng)今的高分辨率視頻顯示器需要使用低信號延遲和低回波損耗的高性能電纜。通常，在這些系統(tǒng)中使用的是集束同軸電纜。但是與同軸電纜相比，非屏蔽雙絞線（UTP）具有更好的經(jīng)濟性，因此，系統(tǒng)設(shè)計人員采用UTP傳輸設(shè)備進行RGB分量視頻信號傳輸。同時，用戶可以在LAN布線中使用相同的UTP，無需使用兩條獨立的電纜。為了滿足視頻和數(shù)據(jù)UTP電纜的新要求，Belden開發(fā)了一個新產(chǎn)品系列——Brilliance VideoTwistTM電纜，包括BrillianceVideoTwistTM7987R和7987P、Brilliance VideoTwistTM 7988R和7988P、Brilliance VideoTwistTM7989R和7989P三種型號。

市場上大多數(shù)UTP的傳輸距離限制為328～600 ft，否則將使用昂貴的延遲補償設(shè)備。根據(jù)不同的傳輸設(shè)備參數(shù)，Belden CDT的新型VideoTwist UTP電纜可以將視頻傳輸距離擴展到1 300 ft以上，從而提供市場上最佳的低信號延遲和低回波損耗特性，確保完美的視頻質(zhì)量。另外，Brilliance VideoTwistTM電纜在分量視頻信號顯示、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)安裝和刀片計算/KVM應(yīng)用中具有可靠、穩(wěn)定的性能。Brilliance VideoTwistTM的應(yīng)用超越了傳統(tǒng)，直接進入了前沿技術(shù)領(lǐng)域。因其簡單的配置，能支持數(shù)據(jù)共享和傳輸功能，刀片式計算機在實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)備份管理方面發(fā)揮了促進作用。越來越多的公司將CPU功能集中在隔音區(qū)域或配有空調(diào)系統(tǒng)的房間。刀片式計算和KVM技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。Belden公司的Brilliance VideoTwistTM視頻電纜具有出色的電氣特性，該公司為其員工配備刀片式計算機，并將KVM功能直接轉(zhuǎn)移到獨立的工作站。

2.6 空間尺寸

對電熱式蒸發(fā)器進行設(shè)計，采用新型螺紋形狀電加熱管，熱效率更高。其尺寸主要結(jié)合兩方面進行設(shè)計，一是根據(jù)電熱式蒸發(fā)器內(nèi)部的零件數(shù)量以及零件大小，結(jié)合實際散熱空間大小，確定最終的設(shè)計尺寸。二是要結(jié)合現(xiàn)有的放置空間，對設(shè)計尺寸進行分析，最終得到關(guān)于尺寸的限制。

3 結(jié)論與展望

3.1 總結(jié)

本文通過對挖泥船中央空調(diào)取暖裝置的背景和意義進行分析，結(jié)合國內(nèi)外對于中央空調(diào)取暖裝置應(yīng)用現(xiàn)狀進行研究，對公司現(xiàn)有挖泥船及其它公司的挖泥船進行實船調(diào)研，了解電熱式蒸發(fā)器的實際使用情況以及安全問題。對空調(diào)風(fēng)箱內(nèi)部現(xiàn)有蒸發(fā)器支架和格柵進行優(yōu)化和再利用。電加熱蒸發(fā)器的電源控制箱安裝的位置和電纜線使用的類型。對中央空調(diào)取暖加熱板裝置安裝位置及空間尺寸進行測量、定位，對空調(diào)控制箱功能及電子元器件進行選型。中央空調(diào)由蒸汽式蒸發(fā)器改造為電熱式蒸發(fā)器，節(jié)能減排，降低了船舶的運營成本。環(huán)境溫度更加穩(wěn)定、可控，船員的生活環(huán)境得到了有效改善，船舶生活更加環(huán)保、舒適。

1）通過對挖泥船中的中央空調(diào)進行分析，結(jié)合環(huán)境溫度以及國內(nèi)外對于電熱式蒸發(fā)器的研究進行分析，本文針對船舶在行駛過程中遇到的主要技術(shù)問題以及難點進行研究，最終得到本文的研究內(nèi)容。

2）通過對項目情況進行了解，確定項目需求，最終得到關(guān)于項目開發(fā)的過程。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，使用電熱式蒸發(fā)器可以減少能源消耗，并且電力能源對環(huán)境污染較小，可實現(xiàn)節(jié)能減排的目的[7]。

3）基于電熱式蒸發(fā)器的工作原理和使用安全要求，對蒸發(fā)器支架、電源控制箱安裝、線路設(shè)計以及空間尺寸進行設(shè)計，最終得到需求的設(shè)計方案。

3.2 展望

電熱式蒸發(fā)器與燃油鍋爐相比，整體的能源消耗較少，電能是清潔能源，而使用輕油會對環(huán)境造成污染。因此，在未來蒸發(fā)器的選擇上，將會逐漸向電熱式方向。

未來，電發(fā)熱裝置的設(shè)計時要結(jié)合蒸發(fā)器的安全問題進行設(shè)計，并將逐漸走向節(jié)約資源的路線。通過使用節(jié)能化電熱式蒸發(fā)器，提高熱轉(zhuǎn)換效率，增強熱轉(zhuǎn)換功率，有利于節(jié)約電能，達到節(jié)能減排的目的。

3.3 創(chuàng)新點

1）電熱式蒸發(fā)器控制中加裝一個精密的溫度控制器，可以精準(zhǔn)地控制回風(fēng)溫度。

2）電加熱管采用新型螺紋形狀，加熱效率更高。

安裝電熱式蒸發(fā)器后，對兩組加熱管試運行一段時間，駐艙的環(huán)境溫度能夠達到一個舒適的溫度，艙內(nèi)溫度為21℃，甲板溫度為5℃。在外面環(huán)境溫度為-10℃時進行測試，在開啟兩組加熱管的情況下，室內(nèi)溫度能接近20℃。如圖2所示。

圖2 電熱式蒸發(fā)器由三組25 kW的電熱管組成及溫度控制

對電熱式蒸發(fā)器過熱保護采用兩級安全保護，一級為高溫溫度開關(guān)，二級就是溫度控制器。兩級安全保護裝置經(jīng)過多次測試，工況安全、可靠。