115 高普考高考三級 輪機技術 輔機 考古題詳解

核心觀念

節熱器（Economizer）是設置在鍋爐煙氣通道中的受熱面，利用離開鍋爐的高溫煙氣，預熱送入鍋爐的給水。它的主要目的，是回收原本會隨煙氣排出的熱量，降低排煙溫度與燃料消耗，提升鍋爐效率。

節熱器與空氣預熱器不同：節熱器加熱的是給水，空氣預熱器加熱的是燃燒空氣。本題考查船用輔助鍋爐的熱回收設備，並非法律條文題。

解題方法

作答時依序說明「回收哪一側的熱量、加熱哪一側的流體、如何傳熱、帶來哪些效益與代價」。

煙氣流經節熱器管外，給水在管內流動。煙氣的熱量經管壁傳給給水，使給水進入鍋爐前升溫；煙氣則降溫後排出。其熱量平衡可概略表示為：

其中，$\dot{m}_{w}$、$\dot{m}_{g}$ 分別為給水與煙氣質量流率，$c_p$ 為比熱，$T$ 為相應流體溫度。實際傳熱量也可用下式估算：

其中 $U$ 為總傳熱係數、$A$ 為傳熱面積，$\Delta T_{\mathrm{lm}}$ 為對數平均溫差。

主要功能與運作原理

節熱器通常配置於鍋爐受熱面下游的煙道，利用鍋爐排煙的餘熱，將鍋爐給水預熱。給水溫度升高後，鍋爐將給水加熱至所需蒸汽狀態所需的熱量減少，因此可降低燃油消耗；

核心觀念

本題考查兩項鍋爐作業安全：進入爐膛維修時的密閉空間危害控制，以及點火前清除爐膛內未燃油氣、避免回火或爐膛爆燃的吹掃與點火程序。鍋爐爐膛屬於應納入船舶密閉空間管理的場所；進入前須隔離危險能源、確認大氣安全，作業中持續監測並確保外部看守與救援安排。

本題未要求推導公式。法規及程序以命題當年（民國 115 年）規定及船舶安全管理程序為準；具體吹掃時間、換氣量及檢測標準應遵循設備製造商手冊與船上程序。

解題方法

依作業流程分段作答：

1. **入爐維修：**作業前完成停爐、隔離、通風、檢測、許可與救援準備；作業中維持監控、通風、聯絡及防護。
2. **點火準備：**先確認爐膛與燃燒系統安全，再依程序吹掃，最後以低負荷點火；未成功點燃或熄火時，先切斷燃油並重新吹掃，禁止直接重試。

（一）進入爐內維修前與作業中的安全防護措施

作業前

1. **停爐並冷卻洩壓：**停止燃燒、切斷燃油，待爐體及爐內設備降至可安全作業的溫度；確認鍋爐已洩壓，避免蒸汽或熱水灼傷。
2. **隔離危險能源與管路：**關閉並鎖定、掛牌燃油、蒸汽、給水及其他可能導入爐內的管路與設備；隔離送風機、引風機、燃燒器、 soot blower（吹灰器）及自動啟動控制，防止誤操作或突然送入介質。
3. **設置警示與管制：**於相關控制位置掛上「爐內有人工作，禁止啟動」等警告標示，控制進出口，並由負責人確認隔離狀態。
4. **通風及大氣檢測：**充分通風後，以適用且功能正常的檢測儀測量氧氣、可燃氣體或蒸氣，以及有毒氣體（如一氧化碳、硫化氫）；依船上密閉空間程序確認符合進入標準。爐內環境可能改變時，安排連續或定時複測。
5. **辦理進入許可與工作交底：**完成密閉空間進入許可，說明工作內容、危害、通訊方式、撤離條件及緊急應變程序；確認作業人員了解不得擅自恢復隔離設備。
6. **備妥監視與救援：**爐外安排專責看守人員，保持通訊，不得離崗；備妥救援器材、適當呼吸防護裝備及可用的緊急聯絡方式。救援人員不得未經評估及防護便貿然入內。

作業中

1. **持續通風與監測：**維持有效通風，依程序持續或定時檢測爐內大氣；若氧氣、可燃氣體或有毒氣體數值超出安全標準，立即停止作業並撤出。
2. **維持看守與聯絡：**爐外看守人員持續掌握入內人數及狀況，保持約定通訊；人員失聯或不適時，立即啟動應變程序。
3. **防止誤送能量：**維持鎖定掛牌與隔離，不任意操作燃燒器、風機、閥件或自動控制；若需變更隔離或測試設備，先清點人員並按程序確認。
4. **使用合適照明與防護具：**採用適合環境的低電壓或防護型照明，配戴安全帽、手套、安全鞋及工作性質所需的護具；管理電纜、工具及出入口，避免絆倒、觸電或妨礙撤離。
5. **控制熱作及污染物風險：**若涉及焊接、切割或使用化學品，另行評估火災、煙霧及氣體危害，取得相應許可並採取防火與通風措施。

核心觀念

本題考查船舶燃油中水分與固體雜質的去除方式，以及離心式淨油機在大型主機燃油處理流程中的作用。三種方法的分別在於：過濾利用濾材攔截、沉澱利用密度差在重力下分離、離心利用高速旋轉造成的離心力加速分離。

解題方法

按「分離原理—適用範圍—侷限—淨油機必要性」作答。說明離心分離時，應指出離心加速度與轉速平方及旋轉半徑成正比：

其中 $\omega$ 為角速度，$r$ 為旋轉半徑。離心場遠大於重力場，因此能在短時間內分離細小、密度不同的油、水與固體雜質。

三種淨化方法的主要原理

一、過濾法

使燃油通過具有一定孔隙大小的濾網或濾芯，較大的固體顆粒被濾材截留，燃油則通過濾材。其分離效果受濾材孔徑、濾材狀態、油品黏度及流量影響。濾芯積污後會使壓差增加，需清洗或更換。

過濾主要用於去除超過濾材截留能力的固體雜質，不能有效去除已溶解於油中的物質，也不適合作為大量水分及細微雜質的唯一處理方式。

二、沉澱法

將燃油置於沉澱櫃中靜置，使密度大於燃油的水分與固體雜質在重力作用下向下沉降，再由櫃底排放。沉降速度與顆粒大小、油水密度差及油品黏度有關；顆粒越小、油品越黏，沉降越慢。加熱可降低燃油黏度，並有助於水分和固體雜質沉降。

沉澱法設備簡單、適合初步分離，但需要足夠的停留時間與櫃體容量，對細小懸浮物的分離能力有限。

三、離心法

使燃油在高速旋轉的分離機內形成離心場。密度較大的水分與固體雜質受到較大的離心作用，移向轉鼓外側；密度較小的燃油則分布於較內側，依分離機的流道排出或收集。離心式淨油機可連續或定期排出分離出的水分與污泥，適合處理含水及細小固體雜質的燃油。

微小金屬粉末與前兩種方法的侷限

核心觀念

船舶操舵裝置（Steering Gear）的主要功用，是把駕駛台發出的舵令轉換為舵葉的轉動，使舵葉在水流中產生側向力與轉船力矩，以控制船舶的航向、轉向及航行穩定。裝置通常包括舵令控制系統、動力設備、舵機與傳動機構，以及舵柄、舵桿和舵葉等部分。

本題考查操舵裝置的操縱功能與機械性能要求。作答時應分別說明主操舵裝置的正常操船能力、輔助操舵裝置的緊急備援能力，以及兩者的強度、舵角與轉舵時間、故障隔離等特性。

解題方法

依「功能—主操舵性能—輔助操舵性能—可靠與安全」的順序作答。性能數值須連同適用的船舶狀態與航速一起寫出；只背誦舵角和秒數，容易漏掉法規要求的測試條件。

操舵裝置的主要功用

1. 控制航向與操縱船舶：依舵令改變舵角，利用舵葉受水流作用所產生的力，使船舶維持航向或轉向。
2. 提供快速、準確的舵角反應：在船舶航行中，將駕駛台舵令傳至舵機，使舵葉能按要求移動並保持所需舵角。
3. 維持操舵能力與航行安全：主操舵裝置負責正常操船；輔助操舵裝置在主裝置故障時，提供緊急操舵能力。

應具備的機械性能特性

一、主操舵裝置

• 強度足夠、能承受工作負荷：主操舵裝置及相關舵系應具有足夠強度，能在船舶最大前進航速下操舵。
• 舵角範圍足夠：船舶處於最大航海吃水、以最大前進航速航行時，應能使舵由一舷 $35^\circ$ 轉至另一舷 $35^\circ$。
• 轉舵速度符合要求：在相同船舶狀態與航速下，舵由一舷 $35^\circ$ 轉至另一舷 $30^\circ$，所需時間不得超過 28 秒。
• 倒車時不致損壞：裝置應能承受船舶最大後退速度下的作用，不因倒車而破損。
• 大型舵系採動力操舵：舵柄接合處舵頭材直徑超過 120 毫米時，主操舵裝置應採動力操作。

二、輔助操舵裝置

• 主裝置失效時可迅速投入：輔助操舵裝置應能在緊急情況下迅速作動，並提供足以操縱船舶的能力。