109 關務特考三等 輪機工程 輔機 考古題詳解

核心觀念

本題考查液體管路中的兩種氣體阻塞現象，以及它們對船舶各項設備運轉的影響。兩者都可能使管路流量下降或中斷，但成因不同：

• 汽鎖（Vapor lock）：液體因壓力降低或溫度升高而汽化，產生的蒸氣聚集於管路或泵內，妨礙液體流動。
• 氣鎖（Air lock）：空氣或其他非凝結氣體進入管路或泵內並聚集，形成氣囊，阻礙液體流動。

判斷重點在於氣體的來源：汽鎖中的蒸氣由工作液體汽化而成；氣鎖中的氣體則通常是外界空氣、殘留空氣或由系統其他部位混入的氣體。

解題方法

可依序說明「形成原因、作用機制、設備影響、預防處置」，並比較兩者的不同。解題時應特別指出，兩種現象都會影響泵浦吸入與管路輸送，但汽鎖與液體的汽化條件有關，氣鎖則與氣體進入或滯留有關。

一、汽鎖（Vapor lock）的形成與作用

液體在一定溫度下具有對應的飽和蒸氣壓。當泵浦吸入側壓力降至液體的飽和蒸氣壓以下，或液體溫度升高使其蒸氣壓上升至接近局部壓力時，液體便會汽化，形成蒸氣泡。蒸氣泡進入泵內或聚集在管路高處後，會占據流道，使泵浦無法順利吸入並輸送足量液體。

常見成因包括：

• 吸入高度過大、吸入管路阻力過高，造成泵入口壓力過低。
• 液體溫度過高，或泵浦所需的有效汽蝕餘裕不足。
• 吸入管路堵塞、閥門未全開，或濾器髒污造成壓降增加。
• 液體中原有的蒸氣在低壓區析出，並於下游重新凝結。

二、氣鎖（Air lock）的形成與作用

空氣或其他非凝結氣體進入泵浦、管路或設備後，若滯留於高點、泵殼或局部腔室，便會形成氣囊。氣體可壓縮，泵浦運轉時會先壓縮或移動氣體，無法有效建立液體流量與壓力；若泵浦未能自行排氣，便會出現流量不足或完全不出水的情形。

常見成因包括：

• 吸入管路、法蘭、填料函或接頭漏氣。
• 系統充液或灌注不完全，啟動前未將泵浦及管路內空氣排除。
• 管路高點未設排氣措施，或管路配置使氣體容易滯留。
• 液位不足，使吸入口吸入空氣；回流、渦流或攪動也可能將空氣帶入液體。

對船舶操作的影響

一、泵浦及管路輸送

核心觀念

本題考查船用油水分離器（oily water separator, OWS）的分離原理，以及哪些油水性質、操作條件和設備狀況會影響分離效果。一般油水分離器先利用油與水的密度差，使油滴上浮，再透過聚結元件使細小油滴合併、增大後浮出。

重力分離的上升速度可用 Stokes 定律表示：

其中，$v$ 為油滴上升速度，$d$ 為油滴直徑，$\rho_w$、$\rho_o$ 分別為水與油的密度，$\mu$ 為水的動力黏度。此式說明：油水密度差越大、油滴越大、水的黏度越低，油滴越容易上浮；反之，分離所需時間越長。

解題方法與主要影響因素

作答時可依「油水性質、污水狀態、操作條件、設備狀況」四方面整理，並說明各因素如何影響油滴上浮、聚結及停留時間。

1. 油水密度差 油與水的密度差越大，油滴上浮越快，較容易分離。若兩者密度接近，上浮速度降低，分離效率便會下降。

2. 油滴大小及分散狀態 大油滴較容易上浮；細小油滴上升慢，必須依靠聚結元件使其合併。若油滴被攪拌打散成細滴，分離就更困難。依 Stokes 定律，上升速度與油滴直徑平方成正比，因此油滴大小的影響尤其顯著。

3. 水的黏度與操作溫度 水的黏度越高，油滴上升越慢。適當提高水溫通常可降低水的黏度，並使油的黏度下降，有利於油滴移動與聚結；但操作溫度仍須符合設備設計與操作手冊要求。

核心觀念

本題考查船舶蒸氣壓縮冷凍系統中，各安全裝置如何在異常壓力、潤滑不足、液態冷媒回流或冷卻失效時，保護壓縮機、管路、冷凝器及人員。作答時可按「壓力保護、潤滑保護、液擊保護、冷卻與人員安全」分類，並說明每項裝置的動作條件與保護目的。

解題方法

先辨認冷凍系統中可能造成損壞的異常狀況，再配對相應的保護裝置：

• 排氣壓力過高：高壓切斷開關及安全閥。
• 吸氣壓力過低：低壓切斷開關。
• 潤滑油壓力不足：油壓差切斷開關。
• 液態冷媒進入壓縮機：液擊安全閥或液擊防護裝置。
• 冷卻水供應不足、冷媒洩漏或機艙通風不良：警報、連鎖停機及通風防護。

安全切斷開關通常負責在危險發生前停機；安全閥則在壓力超過設定值時排放流體，以限制設備承受的壓力。兩者功能不同，作答時應分別說明。

各項安全裝置

一、高壓切斷開關（High-pressure cut-out）

裝設於壓縮機排氣側或高壓側，監測排氣壓力。當冷凝器冷卻水不足、冷凝器污垢或管路堵塞，造成冷凝壓力與排氣壓力升高至設定值時，開關動作並切斷壓縮機電源，使壓縮機停止運轉。

此裝置主要避免壓縮機、冷凝器及高壓管路因壓力過高而損壞。故障排除後，通常須人工復歸，避免系統在故障原因尚未消除時反覆啟動。

二、低壓切斷開關（Low-pressure cut-out）

裝設於壓縮機吸氣側，監測吸氣壓力。當蒸發器供液不足、冷媒不足或蒸發器負荷下降，使吸氣壓力低於設定值時，開關會使壓縮機停機或控制其啟停。

低壓切斷開關也常用於冷凍室溫度控制：當室溫達到設定值，供液電磁閥關閉，壓縮機繼續抽除低壓側冷媒，待吸氣壓力降至停機設定值後停止；室溫回升、吸氣壓力上升後，壓縮機再啟動。它能避免系統在冷媒不足或異常低壓下長時間運轉。

三、潤滑油壓差切斷開關（Oil differential pressure cut-out）

此裝置比較壓縮機潤滑油壓力與曲軸箱或吸氣壓力，監測實際可供潤滑的油壓差。油泵失效、油量不足、濾器堵塞或油路異常時，油壓差會低於設定值；若在設定延遲時間內未恢復，開關便切斷壓縮機，使其停機。

採用油壓差而非只看油壓表讀值，是因為潤滑是否有效，取決於油壓相對於曲軸箱壓力的差值。此開關可防止軸承、曲軸等運動部件因潤滑不足而磨損或咬死。

核心觀念

本題考查板式真空淡水製造機如何利用低壓降低海水沸點，以船舶主機缸套冷卻水等低品位廢熱蒸發海水，再將水蒸氣冷凝成淡水。設備主要包括蒸發器板組、冷凝器板組、噴射器、除霧器、淡水泵及鹽度監測裝置。

水的沸騰條件是液體的飽和蒸氣壓等於周圍壓力；降低壓力，沸點便隨之下降。因此，蒸發器維持在真空狀態時，海水可在低於常壓沸點的溫度下蒸發，適合利用約 $60$ 至 $80^\circ\mathrm{C}$ 的主機缸套冷卻水作為熱源。實際蒸發溫度依機型與運轉條件而定。

工作原理與流程

1. 建立真空 海水噴射器以具有足夠壓力的海水作為工作流體，產生抽吸作用，抽除裝置內的空氣與其他不凝結氣體，並協助排出濃縮鹽水，使蒸發器與冷凝器維持低壓。真空度提高後，海水沸點降低。

2. 海水預熱與供水 海水先流經冷凝器板組，吸收水蒸氣凝結時放出的熱量而預熱；其中一部分再送入蒸發器作為製水原料。海水在蒸發過程中逐漸濃縮，剩餘濃鹽水由噴射器抽走排出。

3. 板式蒸發 主機缸套冷卻水流經蒸發器板組的一側，海水流經另一側，兩種流體由板片隔開、互不混合。冷卻水的熱量透過板片傳給海水，使海水在真空下沸騰，產生水蒸氣。熱源冷卻水降溫後回流至原冷卻系統。

4. 除霧與冷凝 產生的水蒸氣上升並通過除霧器，除霧器截留夾帶的鹽水液滴，降低鹽分隨蒸氣進入產品水的機會。水蒸氣再流至冷凝器板組，在板片另一側較冷的預熱海水作用下凝結成淡水。

核心觀念

本題考查船舶輔機與輪機作業的英文表達，重點是掌握設備名稱、故障描述、狀態詢問，以及祈使句的用法。句子可依「設備或對象＋狀態／動作」組織，不須逐字翻譯中文語序。

解題方法與逐題解析

(一) 緊急救火泵是否定期測試？

英文：Is the emergency fire pump tested regularly?

「緊急救火泵」是 emergency fire pump；詢問設備是否定期接受測試，可用被動語態 is ... tested，再以 regularly 表示「定期」。

(二) 我可以看你們的油料紀錄簿嗎？

英文：May I see your oil record book?

以 May I ...? 有禮貌地詢問「我可以……嗎？」；「油料紀錄簿」使用專有名稱 Oil Record Book，句中作一般名詞時也可寫成小寫。

(三) 空氣壓縮機的卸壓電磁閥故障。

英文：The air compressor’s unloading solenoid valve is faulty.

「空氣壓縮機」是 air compressor；「卸壓電磁閥」是 unloading solenoid valve。以 is faulty 表示該閥故障；也可寫作 has failed，表示已發生故障。

(四) 淨油機的出水口有油。

英文：There is oil at the water outlet of the purifier.