一种计算全船蒸汽总耗量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种计算全船蒸汽总耗量的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，常规船舶均配置了重油舱，污油舱等内部介质比较粘稠的舱柜，这些舱通常 需要加热才能正常工作，而大部分船舶均采用了饱和蒸汽作为加热介质，蒸汽又是通过废 气锅炉或燃油锅炉加热后产生。因此船上要配置多大容量的锅炉取决于全船的蒸汽耗量计 算结果。
[0003] 而目前蒸汽耗量舱柜加热的计算的方法一般将舱柜的状态分为保温和加热两部 分，对于保温部分的计算主要是认为加热量与散热量相等，对于加热部分的计算主要采用 舱柜介质升温所需的热量与舱柜对外界散失的热量之和作为估算结果。行业主流公式如 下：
[0004] 1.对于舱柜保温计算：
[0005]
[0006] 2.对于舱柜加热的计算：
[0007]
[0008] 其中，S&单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h) ;SH为单位时间内加 热舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h) ;K为各表面传热系数（KJ/°C·πι2 *h) ;F为各表面的表 面积（m2) ;TA为舱柜初始温度（°C) ;TB为舱柜终止温度（°C) ;Τε为环境温度（°C) ;1 5为 一定工作压力下的蒸汽洽（KJ/kg) ;ID为一定工作压力下的凝水洽（KJ/kg) ;T为加热时间 (h);C:舱柜内介质的比热（KJ/kg·°C) ;W。为舱柜内介质的总质量（kg);
[0009]?
为舱柜温升所需要的蒸汽量；为舱 柜在加热过程中的热损失。
[0010] 此公式中取了舱柜初始温度ΤΑ和加热后温度τΒ的平均值作为该舱在加热过程中 向外界散热的平均温度，但由于舱柜在升温过程中，供给舱柜的加盘蒸汽盘管数量是不变 的，也就是说无论液舱温度多高，供给加热的热量是不变的，那么在外界环境温度不变的情 况下，理论上液舱的温度越高，应该对外界的散热量越快，此变化并非是一个线性的关系。 因此通过上式计算出来的结果，在同样的条件下，会与实际情况有比较多的偏差。
[0011] 同时，该计算方法没有形式有效的计算软件，而船舶通过舱柜较多，因此计算起来 耗时较长，效率低下，对计算的周期要求较长。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种船舶舱柜加热蒸汽耗量的计算方 法，为船舶锅炉的选型提供更加可靠的依据和保证。
[0013] 本发明的目的是这样实现的：
[0014] 一种计算全船蒸汽总耗量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015] 1)计算出船舶舱柜在保温状态下的蒸汽耗量，此时散热量等于加热量，成立式1 :
[0016] XKF(Ta-Tc) =SK(Is_ID) 式 1
[0017] 式1中，&为单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h)，K为各表面传热 系数，F为各表面的表面积（m2)，TA为舱柜温度（°C)为Τε为环境温度（°C)，I5为一定工 作压力下的蒸汽洽（KJ/kg)，ID为一定工作压力下的凝水洽（KJ/kg);
[0018] 通过对式1进行计算，得到单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量
[0019] 2)计算出船舶舱柜在加热状态下的蒸汽耗量，此时加热量等于散热量与介质温升 需要的热量之和，由于此时舱柜的温度是不断变化的，所以设某一段极小的时间dt，相应的 温度变化为dτ，在这段时间内认为舱柜的温度为τ恒定，成立式2 :
[0020] XKXF(τ-Tc)dt+CXW0dτ=SH(Is_ID)dt 式 2
[0021] 式2中，SH为单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h) ;K为各表面传热系 数（Κχ/°Οπι2·1ι) ;F为各表面的表面积（m2) ;1\为舱柜初始温度（°C) ;1\为舱柜终止温度 (°C) ;TC为环境温度（°C)IS为一定工作压力下的蒸汽焓（KJ/kg) ;ID为一定工作压力下的 凝水焓（KJ/kg) ;T为加热时间（h) ;C为舱柜内介质的比热（KJ/kg*°C) ;W。为舱柜内介质 的总质量（kg);
[0022] 通过对式2进行积分运算，得到单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量
[0023] 3)将步骤1和步骤2中计算出的船舶舱柜在保温和加热状态下的蒸汽耗量乘以船 舶舱柜的使用系数，得到船舶舱柜的总蒸汽耗量；
[0024] 4)将设备在保温和加热状态下的蒸汽耗量乘以设备的使用系数，得到设备的总蒸 汽最大耗量；
[0025] 5)将船舶舱柜和设备在同一时间使用的总蒸汽耗量相加，再加上3%的管路损失 和5%的锅炉选型余量，计算出全船蒸汽总耗量。
[0026] 本发明的有益效果为：本方法能够在计算舱柜加热状态的蒸汽耗量时得到更为准 确的结果，大幅提高了全船蒸汽耗量计算的精确性，为船舶锅炉的选型提供了更加可靠的 依据和保证。
【附图说明】
[0027] 图1为船舶舱柜在保温状态和加热状态时的蒸汽耗量计算结果。
[0028] 图2为设备的蒸汽总耗量计算结果。
[0029] 图3为全船的蒸汽总耗量计算结果。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
[0031] 在船舶设计过程中，通常是经过对设备及船舶舱柜在各种工况下进行蒸汽耗量的 估算，再将其结果作为组合锅炉选型的重要依据。一般船舶舱柜有两种状态，即保温状态和 加热状态，并假定舱柜是一个均匀体，认为散发到外面媒介中的热量和温差成正比。因此， 在某一不变的负荷下耗汽量不变。
[0032] 因此，计算全船蒸汽总耗量的具体步骤如下：
[0033] 步骤1 :当船舶舱柜在保温状态时，散热量等于加热量，成立式1 :
[0034] XKF(Ta-Tc) =SK(Is-ID) 式 1
[0035] 式1中，&为单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h)，K为各表面传热 系数，F为各表面的表面积（m2)，TA为舱柜温度（°C)为Τε为环境温度（°C)，I5为一定工 作压力下的蒸汽洽（KJ/kg)，ID为一定工作压力下的凝水洽（KJ/kg);
[0036] 通过对式1进行计算，得到单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量
[0037] 步骤2 :当船舶舱柜在加热状态时，加热量等于散热量与介质温升需要的热量之 和，由于此时舱柜的温度是不断变化的，所以设某一段极小的时间dt，相应的温度变化为 (1τ，在这段时间内认为舱柜的温度为τ恒定，成立式2:
[0038] XKXF(τ-Tc)dt+CXW0dτ=SH(Is_ID)dt 式 2
[0039] 式2中，SH为单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h) ;K为各表面传热系 数（Κχ/°Οπι2·1ι) ;F为各表面的表面积（m2) ;1\为舱柜初始温度（°C) ;1\为舱柜终止温度 (°C) ;TC为环境温度（°C)IS为一定工作压力下的蒸汽焓（KJ/kg) ;ID为一定工作压力下的 凝水焓（KJ/kg) ;T为加热时间（h) ;C为舱柜内介质的比热（KJ/kg*°C) ;W。为舱柜内介质 的总质量（kg);
[0040] 通过对式2进行积分运算，得到单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量SH，具体 运算过程如下：
[0041] 将式2变形为
，当dt在（0~T)变 化时，dτ在（TA~TR)变化，再通过对该式两边积分的方式得到微分方程式
[0042] 求解后得到
[0043] 步骤3 :根据步骤1和步骤2计算出的船舶舱柜在保温和加热状态下的蒸汽耗量， 如图1所示，再乘以船舶舱柜的使用系数，得到船舶舱柜的总蒸汽耗量。
[0044] 步骤4 :从设备说明书上获得设备在保温和加热状态下的蒸汽耗量，再乘以设备 的使用系数，得到设备的总蒸汽最大耗量，如图2所示；
[0045] 步骤5 :将船舶舱柜和设备在同一时间使用的总蒸汽耗量相加，再加上3%的管路 损失和5%的锅炉选型余量，就得到全船蒸汽总耗量，如图3所示。
[0046] 此计算方法，由于采用了微积分方式进行了计算，通过微分方程进行分析和求解， 考虑了舱柜温度的不断变化，计算结果比较精确，对新造船的锅炉选型提供了非常大的帮 助和坚实的技术保证。
[0047] 而且，根据此计算方法可以开发全船蒸汽总耗量的计算软件，在提高计算精度的 同时，还能节约计算所需时间，大幅提高工作效率，具有广阔的应用前景。
【主权项】
1. 一种计算全船蒸汽总耗量的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 计算出船舶舱柜在保温状态下的蒸汽耗量，此时散热量等于加热量，成立式1 : xkf(ta-tc) =SK(Is-ID) 式 1 式1中，&为单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h)，K为各表面传热系数，F为各表面的表面积（m2)，TA为舱柜温度（°C)为Τε为环境温度（°C)，15为一定工作压力 下的蒸汽洽（KJ/kg)，ID为一定工作压力下的凝水洽（KJ/kg); 通过对式1进行计算，得到单位时间内保温舱柜内油所消耗的蒸汽量2) 计算出船舶舱柜在加热状态下的蒸汽耗量，此时加热量等于散热量与介质温升需要 的热量之和，由于此时舱柜的温度是不断变化的，所以设某一段极小的时间dt，相应的温度 变化为dτ，在这段时间内认为舱柜的温度为τ恒定，成立式2 : EKXF(τ-Tc)dt+CXW0dτ=SH(Is_ID)dt式 2 式2中，SH为单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量（kg/h) ;K为各表面传热系数 (KJ/°C·m2 ·h) ;F为各表面的表面积（m2) ;1\为舱柜初始温度（°C) ;1\为舱柜终止温度 (°C) ;TC为环境温度（°C)IS为一定工作压力下的蒸汽焓（KJ/kg) ;ID为一定工作压力下的 凝水焓（KJ/kg) ;T为加热时间（h) ;C为舱柜内介质的比热（KJ/kg*°C) ;W。为舱柜内介质 的总质量（kg); 通过对式2进行积分运算，得到单位时间内加热舱柜内油所消耗的蒸汽量3) 将步骤1和步骤2中计算出的船舶舱柜在保温和加热状态下的蒸汽耗量乘以船舶舱 柜的使用系数，得到船舶舱柜的总蒸汽耗量； 4) 将设备在保温和加热状态下的蒸汽耗量乘以设备的使用系数，得到设备的总蒸汽最 大耗量； 5) 将船舶舱柜和设备在同一时间使用的总蒸汽耗量相加，再加上3%的管路损失和 5%的锅炉选型余量，计算出全船蒸汽总耗量。
【专利摘要】本发明涉及一种计算全船蒸汽总耗量的方法，属于船舶技术领域。这种计算船舶舱柜蒸汽总耗量的方法，首先计算出处于保温状态下的船舶舱柜的蒸汽耗量，接着采用微积分方法并通过对微分方程的分析和求解计算出处在加热状态下的船舶舱柜的蒸汽耗量，最后将计算出的蒸汽耗量数据乘以船舶舱柜的使用系数，得到船舶舱柜的总蒸汽耗量。本方法能够在计算舱柜加热状态的蒸汽耗量时得到更为准确的结果，大幅提高了全船蒸汽耗量计算的精确性，为船舶锅炉的选型提供了更加可靠的依据和保证。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105389422
【申请号】CN201510690733
【发明人】袁鹤
【申请人】上海船舶研究设计院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月22日