民國115年 高考三級 輪機技術 輔機考古題
民國115年 高考三級 輪機技術 輔機收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請闡述船用鍋爐「節熱器（Economizer）」的主要功能與運作原理及其優
缺點。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義與裝設位置：節熱器（Economizer，省煤器）係裝設於鍋爐本體後方煙道之熱交換設備，一般位於過熱器或蒸發器之後、空氣預熱器之前，利用離開鍋爐之高溫排煙餘熱，加熱進入汽鼓前之給水；其屬對流式換熱器，為船舶鍋爐提升熱效率之關鍵輔機。
- 二、運作原理：給水經給水幫浦加壓後先送入節熱器管內，煙氣在管外橫向沖刷，熱量由煙氣傳至管壁再傳給給水，使給水升溫後進入汽鼓。依出口狀態可分非沸騰式（出口水溫低於飽和溫度約20～30℃）與沸騰式（出口含部分蒸汽）；管型常見光管、鰭片管及H型鰭片管，以增大傳熱面積。
- 三、主要優點：（1）回收排煙餘熱，排煙溫度每降低約20℃可提升鍋爐效率約1%，節省燃油；（2）給水預熱後與汽鼓金屬之溫差減小，降低熱應力與熱疲勞；（3）提高給水溫度可減少含氧量，減輕腐蝕；（4）無轉動件、結構簡單，維護成本低，並可縮小鍋爐體積、提高單位重量之蒸汽產量。
- 四、缺點與限制：（1）低溫腐蝕：管壁溫度若低於煙氣露點（含SO3時約120～150℃），易生成硫酸腐蝕管壁，須控制進口水溫或設再循環；（2）積灰與堵塞：鰭片管易積灰，增加煙道阻力，須裝吹灰器；（3）管內結垢影響傳熱，對給水水質要求高；（4）沸騰式易生汽塞與流動不穩，須維持最低流量。
- 五、操作要點與建議：點火初期或低負荷時應走旁通，避免無水流動致管壁過熱燒損；應設置給水進出口溫度、煙氣壓差及流量警報；定期吹灰、水洗並量測管壁厚度。整體而言，節熱器以「回收餘熱、降低排煙溫度」為核心價值，惟須在防腐蝕與防積灰之間取得平衡。
請針對船用鍋爐的「運轉操作」說明下列動作安全防護與運作要點：
進入爐內執行維修作業前與作業中，應採取那些具體的安全防護措
施？（10 分）
鍋爐點火前，應如何落實安全準備作業以預防回火（Back Fire）與火
災？（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、作業前之隔離與確認：應依掛牌上鎖（LOTO，Lock Out Tag Out）程序，關閉燃油、蒸汽、給水及排污閥並加裝盲板或鎖定，電源開關切斷並掛牌；確認鍋爐已洩壓至大氣壓、水溫降至安全範圍（一般低於40～50℃），且與並聯鍋爐完全隔離，防止誤操作造成進油、進汽或進水。
- 二、通風換氣與氣體檢測：作業前須以通風機強制通風，檢測爐膛含氧量（應維持19.5～23.5%）、可燃氣體（油氣、甲烷，應接近零）及一氧化碳濃度；檢測應由爐外人員於不同深度與死角取樣，作業中持續通風並定時複測，嚴禁以純氧通風或僅憑嗅覺判斷。
- 三、作業中之人員防護與監視：爐外須指定監視人員全程守候並保持通訊，預先訂定救援程序；照明採安全電壓（24V以下）之防爆燈具；動火作業須另申請熱工作業許可，清除油污並備滅火器；人員應穿戴安全帽、防護手套與呼吸防護具，工具以繩索傳遞並清點，避免遺留爐內。
- 四、點火前之爐膛吹掃（Purge）：點火前必須以燃燒空氣對爐膛及煙道徹底吹掃，風量應達額定風量一定比例（一般不小於25～30%）並維持規定時間（通常5～10分鐘或爐膛容積3～5倍換氣量），將殘留油氣排出，此為預防回火與爐膛爆炸最關鍵之步驟，吹掃期間不得點火或投入油槍。
- 五、燃燒系統與附件檢查：確認油壓、油溫、霧化蒸汽壓力正常，燃燒器霧化片清潔無堵塞，火焰偵測器（flame scanner）清潔且功能正常；測試火焰安全系統（FSS）與熄火保護、燃油快關閥動作；並確認水位正常、給水系統可用、安全閥與壓力錶良好、煙道擋板開啟。
- 六、點火程序與失敗處理：點火應「先點火、後開油」，即以點火槍建立火焰後再開啟燃油閥，嚴禁先噴油後點火；點火失敗應立即切斷燃油，重新吹掃後再試，不可連續多次嘗試；點火時人員不得正對窺視孔，並備妥滅火器材，防止燃油噴濺至高溫耐火材引發火災。
請闡述船舶燃油淨化常見過濾法、沉澱法及離心法三種方法的主要原
理。對於油中含有微小金屬粉末之燃油，單純使用過濾法與沉澱法的侷
限性為何？並請說明淨油機（離心式分離機）在大型主機供油系統中不
可或缺的原因。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、過濾法（Filtration）原理：利用濾材（金屬網、濾芯、濾紙）之孔隙攔截燃油中固體顆粒，兼有表面過濾與深層過濾作用；粒徑大於孔徑者被截留，較小者靠吸附與架橋作用去除。優點為設備簡單、成本低、壓降可控；缺點為僅能去除固體、無法分離水分，且濾芯易堵塞，須定期清洗或更換。
- 二、沉澱法（Settling）原理：利用油、水與雜質之密度差，在沉澱櫃中靜置，使水滴與固體顆粒受重力沉降到底部，再由洩放閥排出。加熱可降低黏度、增大密度差而加速沉降（重油常加熱至50～60℃）。特點為無須動力、操作簡單，但佔空間大、停留時間長，僅能分離較大粒徑之水滴與雜質。
- 三、離心法（Centrifugal Separation）原理：淨油機將燃油高速旋轉（數千至上萬轉），產生遠大於重力之離心力場，依油、水、固體之密度差使其分層，水與固體被甩向外側經特定通道排出，潔油由中心引出。分為淨油（purifier，同時分水）與澄清（clarifier，僅分固）兩種操作方式，並須以比重環（gravity disc）調整分離界面位置。
- 四、過濾與沉澱對微細金屬粉末之局限：依斯托克斯定律（Stokes' law），顆粒沉降速度與粒徑平方成正比，數微米級金屬粉末沉降極慢，且受油流對流與布朗運動干擾，沉澱法實務上難以去除；過濾法孔徑過小則壓降劇增、濾芯迅速堵塞，孔徑過大則無法攔截，且金屬粉末具磨蝕性，會加速高壓噴油泵柱塞與噴油嘴磨損。
- 五、淨油機不可或缺之原因：大型主機供油量大且須連續處理，淨油機可線上循環淨化，藉加熱與離心有效去除水分、水溶性鹽類、灰分及微細固體（含金屬粉末與催化劑細粉）；可依燃油密度選配比重環控制分離效果，處理高黏度重油時配合加熱維持分離效率；並可減輕濾器負荷、延長濾芯壽命、保護昂貴之噴油設備，避免卡閥與異常磨耗。
請闡述船舶操舵裝置（Steering Gear）的主要功用與應具備的機械性能特
性。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、主要功用：操舵裝置（Steering Gear）係依駕駛台舵令驅動舵葉偏轉，利用舵葉所受流體動壓力產生迴轉力矩，使船舶改變或保持航向；並須在各種海況與負荷下迅速、準確、可靠地將舵轉至所需舵角（一般左右各35°），遇緊急情況能立即反應，確保操縱性與航行安全。
- 二、規範性能要求：依SOLAS公約及相關規範，主操舵裝置須能在最大前進速度下，於28秒內將舵自一舷35°轉至另一舷30°；輔助操舵裝置須能在半速或7節（取較大者）下，於60秒內將舵自一舷15°轉至另一舷15°；並應具備兩套以上獨立動力系統或雙迴路，任一迴路故障時仍能維持操舵能力。
- 三、機械與安全特性：須具備足夠轉舵扭矩與抗過載能力，設液壓安全閥防止波浪衝擊造成超壓；具液壓鎖固（hydraulic locking）以抵抗舵葉受浪擊回中；並設舵角限制器、追隨（follow-up）與非追隨（non-follow-up）操舵模式、應急手動操舵泵、儲油櫃低油位警報、油溫與油污染警報、失電警報，以及駕駛台與舵機房通話設備與舵角指示器。
- 四、型式與配置：常見電動液壓式，包括柱塞式（ram type）、撥叉式（Rapson slide）與轉葉式（rotary vane），其中轉葉式體積小、扭矩大、反應快；另有電動機械螺桿式。舵機房應與機艙以A級防火分隔，並考量通風、照明、防滑與維修空間，舵桿填料函須防止海水入侵。
- 五、操作與維護要點：定期檢查液壓油品質、油位、濾器與泵組磨耗，測試各項警報與應急操舵功能；避免長時間壓舵造成油溫過高；自動舵（autopilot）與手動操舵須能迅速切換，舵角指示器應定期校正。整體而言，操舵裝置須兼顧足夠扭矩、快速反應、可靠冗餘與安全保護四大面向。