5000m3耙吸式挖泥船中央空调冬季取暖电加热装置改造与创新

陈 瑞

（江苏筑港建设集团有限公司，江苏 连云港 222046）

耙吸式挖泥船是一种带有泥舱和挖泥设备的船舶，可以自行装卸，在海上或内河中自行航行。它通过船体两侧的耙头吸泥，能够边吸泥边航行。耙吸式挖泥船具有灵活、高效、抗风浪能力强等特点。它适合在沿海港口、宽阔的河流和船舶停泊区作业。5 000 m3耙吸式挖泥船于2007年交付，为连云港航道疏浚工程的发展奠定了良好的基础。如图1所示，该挖泥船为双耙式挖泥船和底门式挖泥船。耙头采用液压主动耙头，配备高压冲洗系统辅助松土。耙管系统布置在船体中部，作业时采用三点吊装。当耙管与水底呈45°时，最大设计开挖深度为26 m。

图1 锅炉及锅炉热井装置

1.2.1 主要技术问题

1）电热式蒸发器接线工艺。

2）电热式蒸发器运行后的绝缘维护。

3）加热功率的计算及确定。

1.2.2 难点

1）连接电热式蒸发器的耐高温电缆钢性比较大，安装难度大。

2）电热蒸发器内部的电器绝缘和外壳防水性能工艺要求高。

3）精确控制温度，保障船员生活环境及身体健康。

电热蒸发器实际上是MVR蒸发器，它是机械蒸汽再压缩蒸发器。工作原理为利用高能蒸汽压缩机的压缩蒸汽产生的二次蒸汽，将电能转化为热能，提高二次蒸汽的焓。具有增加热能的二次蒸汽被泵送到蒸发室中进行加热，从而实现二次蒸汽现有热能的循环利用。因此，蒸发器无需外部新鲜蒸汽，即可实现蒸发浓缩和蒸发结晶[1-2]。

电热蒸发器通过PLC控制系统温度、压力和电机速度，以保持系统的蒸发平衡。从理论上讲，与传统的蒸发器相比，电动蒸发器可以节省80%以上的能源，90%以上的冷凝水和50%以上的占地面积。

电热蒸发器由单效或双效蒸发器、分离器、压缩机、真空泵、循环泵、操作平台、电气仪表控制柜、阀门和管道等系统组成，结构简单、操作维护方便。

操作员应熟悉蒸发器的结构、原理和性能，并能熟练操作应用，对蒸发器进行日常维护，检查和排除常见故障[3]。本文主要从驱动器的蒸发器、蒸发器操作以及蒸发器本身的问题三个方面进行分析。

国企自1978年改革，至今已经有30多年。在改革中，我们已经逐渐摸清了改革的方向。所有制结构得到优化，政企关系得到调整，社会经济运行效率得到提升，国家经济效益得到增长。

1）对驱动器的蒸发器要严格遵守操作程序，在电热式蒸发器启动之前，仔细检查加热室内是否有水，检查并准备泵，仪器，蒸汽和冷凝水管。根据不同的控制装置，按预设程序进行操作和监控。

2）蒸发器操作时必须小心操作并严格控制。操作人员应根据操作时间间隔检查和调整蒸发器，并进行记录。当设备处于稳定运行状态时，不容易更改参数。

3）长时间未启动设备或由于维护需要排空时，应完全停止蒸发器。小修时设备处于待机状态。

通过对三个方面的安全问题进行分析，最终得到关于电热式蒸发器在使用过程中的安全问题。

蒸发器支撑件的上底板、下底板、左框架和右框架形成具有弧形弯曲的框架结构，并且在上底板和下底板之间布置有纵向支撑件以及横向支撑件。在左框架和右框架之间布置有加热器，在上部底板上设有加热器的第一固定部分，在下部底板上设有加热器的第二固定部分，加热器的第一固定部分和加热器的第二固定部分被构造成固定加热器。

一种新的框架结构，该框架结构通过上底板、下底板，左框架和右框架弯曲成弧形。加热器布置在蒸发器的弧形弯曲中，并且两端固定在上下底板上，以实现加热器的固定。一方面，蒸发器支撑架与后壳稳定连接，保证了对蒸发器的可靠支撑。另一方面，保证了导热的可靠性和加热器连接的稳定性，并节省了空间，提高了空调柜内利用率。

在对电热式蒸发器进行设计的时候，温度控制的精度存在问题。电热式蒸发器对外界的温度反应时间较慢，通过设计温度控制器，对整体电热式蒸发器进行控制，减少反应时间，增加室内的舒适时间，电热式蒸发器的使用效果更好[4-6]。

通过对温度控制器进行设计，可以更加精确地得到中央空调设置的室内温度，方便船舶内部工人以及军队的生活体验，提升船舶内部的舒适度。

当今的高分辨率视频显示器需要使用低信号延迟和低回波损耗的高性能电缆。通常，在这些系统中使用的是集束同轴电缆。但是与同轴电缆相比，非屏蔽双绞线（UTP）具有更好的经济性，因此，系统设计人员采用UTP传输设备进行RGB分量视频信号传输。同时，用户可以在LAN布线中使用相同的UTP，无需使用两条独立的电缆。为了满足视频和数据UTP电缆的新要求，Belden开发了一个新产品系列——Brilliance VideoTwistTM电缆，包括BrillianceVideoTwistTM7987R和7987P、Brilliance VideoTwistTM 7988R和7988P、Brilliance VideoTwistTM7989R和7989P三种型号。

市场上大多数UTP的传输距离限制为328～600 ft，否则将使用昂贵的延迟补偿设备。根据不同的传输设备参数，Belden CDT的新型VideoTwist UTP电缆可以将视频传输距离扩展到1 300 ft以上，从而提供市场上最佳的低信号延迟和低回波损耗特性，确保完美的视频质量。另外，Brilliance VideoTwistTM电缆在分量视频信号显示、标准以太网安装和刀片计算/KVM应用中具有可靠、稳定的性能。Brilliance VideoTwistTM的应用超越了传统，直接进入了前沿技术领域。因其简单的配置，能支持数据共享和传输功能，刀片式计算机在实现良好的数据备份管理方面发挥了促进作用。越来越多的公司将CPU功能集中在隔音区域或配有空调系统的房间。刀片式计算和KVM技术已经出现。Belden公司的Brilliance VideoTwistTM视频电缆具有出色的电气特性，该公司为其员工配备刀片式计算机，并将KVM功能直接转移到独立的工作站。

对电热式蒸发器进行设计，采用新型螺纹形状电加热管，热效率更高。其尺寸主要结合两方面进行设计，一是根据电热式蒸发器内部的零件数量以及零件大小，结合实际散热空间大小，确定最终的设计尺寸。二是要结合现有的放置空间，对设计尺寸进行分析，最终得到关于尺寸的限制。

本文通过对挖泥船中央空调取暖装置的背景和意义进行分析，结合国内外对于中央空调取暖装置应用现状进行研究，对公司现有挖泥船及其它公司的挖泥船进行实船调研，了解电热式蒸发器的实际使用情况以及安全问题。对空调风箱内部现有蒸发器支架和格栅进行优化和再利用。电加热蒸发器的电源控制箱安装的位置和电缆线使用的类型。对中央空调取暖加热板装置安装位置及空间尺寸进行测量、定位，对空调控制箱功能及电子元器件进行选型。中央空调由蒸汽式蒸发器改造为电热式蒸发器，节能减排，降低了船舶的运营成本。环境温度更加稳定、可控，船员的生活环境得到了有效改善，船舶生活更加环保、舒适。

1）通过对挖泥船中的中央空调进行分析，结合环境温度以及国内外对于电热式蒸发器的研究进行分析，本文针对船舶在行驶过程中遇到的主要技术问题以及难点进行研究，最终得到本文的研究内容。

2）通过对项目情况进行了解，确定项目需求，最终得到关于项目开发的过程。通过对比可以发现，使用电热式蒸发器可以减少能源消耗，并且电力能源对环境污染较小，可实现节能减排的目的[7]。

3）基于电热式蒸发器的工作原理和使用安全要求，对蒸发器支架、电源控制箱安装、线路设计以及空间尺寸进行设计，最终得到需求的设计方案。

电热式蒸发器与燃油锅炉相比，整体的能源消耗较少，电能是清洁能源，而使用轻油会对环境造成污染。因此，在未来蒸发器的选择上，将会逐渐向电热式方向。

未来，电发热装置的设计时要结合蒸发器的安全问题进行设计，并将逐渐走向节约资源的路线。通过使用节能化电热式蒸发器，提高热转换效率，增强热转换功率，有利于节约电能，达到节能减排的目的。

1）电热式蒸发器控制中加装一个精密的温度控制器，可以精准地控制回风温度。

2）电加热管采用新型螺纹形状，加热效率更高。

安装电热式蒸发器后，对两组加热管试运行一段时间，驻舱的环境温度能够达到一个舒适的温度，舱内温度为21℃，甲板温度为5℃。在外面环境温度为-10℃时进行测试，在开启两组加热管的情况下，室内温度能接近20℃。如图2所示。

图2 电热式蒸发器由三组25 kW的电热管组成及温度控制

对电热式蒸发器过热保护采用两级安全保护，一级为高温温度开关，二级就是温度控制器。两级安全保护装置经过多次测试，工况安全、可靠。