Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

張亮

摘 ? ?要：本文以某40500DWT散貨船為載體，對(duì)新型Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及工作原理等，與傳統(tǒng)燃油艙蒸汽加熱系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，為后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：新型 Shifter；燃油艙加熱；構(gòu)成

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.83?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Characteristics and Application of Marine Shifter Fuel Oil Tank Heating System

Zhang Liang

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.，Ltd， Jiangmen 529145 ）

Abstract： This paper is based on the 40 500 DWT bulk carrier to analyze and compare the new fuel tank Shifter system with the common fuel tank steam heating system， research on the composition and working principle of the new Shifter oil tank heating system， and for reference of subsequent similar projects.

Key words： New Shifter; ? Fuel oil tank heating; ?Composition

為保證船舶營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，目前大多數(shù)民用運(yùn)輸船上的主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐主要使用重質(zhì)燃油，最高粘度可達(dá)700cSt（50 ℃）。為滿足燃油日常使用要求，需對(duì)舶舶重燃油沉淀艙、燃油日用艙及儲(chǔ)存艙中的燃油加熱至設(shè)定的油溫。

1 ? ? 傳統(tǒng)燃油艙蒸汽盤(pán)管加熱系統(tǒng)

目前大多數(shù)民用船舶仍采用傳統(tǒng)的燃油艙蒸汽盤(pán)管加熱方式，即以輔助鍋爐作為蒸汽熱源，在各燃油艙內(nèi)設(shè)置足夠面積的蒸汽加熱盤(pán)管。此種加熱型式熱效率較高，技術(shù)成熟可靠，使用簡(jiǎn)單，但也存在嚴(yán)重的缺陷和不足：

（1）蒸汽加熱的是整個(gè)油艙尤其是其底部，油艙與艙壁間有熱傳遞，盡管油艙外壁敷設(shè)有隔熱材料，但仍存在熱損耗；

（2）當(dāng)油艙液位較低時(shí)，部分蒸汽加熱盤(pán)管暴露在空氣中，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使盤(pán)管表面積炭，影響其傳熱效率；長(zhǎng)期使用會(huì)使油艙中的殘?jiān)饾u堆積在油艙底部，影響泵的抽吸；此外，在液位較低時(shí)可能存在油艙底部燃油無(wú)法被加熱的情況，影響油的流動(dòng)性，從而進(jìn)一步影響泵的抽吸，或是因吸入管內(nèi)阻力增大造成濾器的堵塞；

（3）貨艙部分的燃油艙存在與壓載艙相鄰的情況，油艙加熱時(shí)，油艙和鄰近的壓載水艙持續(xù)進(jìn)行熱傳遞，壓載艙表面油漆長(zhǎng)時(shí)間被溫度升高的海水浸泡，油漆容易脫落破損，加劇壓載艙的涂層腐蝕；

（4）燃油艙中的蒸汽盤(pán)管一旦破損，燃油會(huì)隨蒸汽凝水管進(jìn)入熱水井單元，進(jìn)一步給鍋爐給水系統(tǒng)造成污染。如需修理，則要將油艙清空找出破損的蒸汽盤(pán)管并更換之，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，維護(hù)成本巨大。

2 ? ?新型Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)

Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)，是針對(duì)蒸汽盤(pán)管加熱系統(tǒng)存在的以上問(wèn)題，以節(jié)能為目的的一種新型燃油艙加熱系統(tǒng)。

Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念：通過(guò)Shifter泵，將燃油沉淀艙或日用艙內(nèi)的已加熱燃油駁運(yùn)至燃油儲(chǔ)存艙艙內(nèi)吸入口處，將這部分熱油與儲(chǔ)存艙中小部分冷油進(jìn)行混合，從而提高吸口處油溫，降低油的運(yùn)動(dòng)粘度，滿足輸送系統(tǒng)的要求。

采用Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)，可以取消燃油儲(chǔ)存艙內(nèi)蒸汽加熱盤(pán)管，仍能將艙內(nèi)燃油通過(guò)輸送泵駁運(yùn)至燃油沉淀艙。這種加熱方式只需對(duì)儲(chǔ)存艙中吸入口周?chē)俨糠秩加瓦M(jìn)行加熱，無(wú)需如傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)一樣加熱整個(gè)油艙的燃油，相比蒸汽盤(pán)管加熱，熱損耗有一定程度的降低。

2.1 ? 基本構(gòu)成

Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)，是基于使用廢氣或燃油鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為熱源，燃油日用艙和沉淀艙內(nèi)仍按常規(guī)設(shè)計(jì)加熱盤(pán)管，在Shifter泵出口側(cè)設(shè)置蒸汽加熱器。

Shifter泵單位時(shí)間的駁油量，可根據(jù)燃油日用系統(tǒng)單位時(shí)間的耗油量來(lái)確認(rèn)，即Shifter泵單位時(shí)間內(nèi)駁回的油量應(yīng)能將儲(chǔ)存艙中日用系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)消耗的那部分冷油加熱到可泵溫度；燃油輸送泵則需要將Shifter泵駁回的燃油量及其需要消耗的燃油，利用日用系統(tǒng)從儲(chǔ)存艙輸送到沉淀艙以維持沉淀艙中液位的穩(wěn)定。

Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)中，燃油沉淀艙中的油溫通過(guò)溫控閥維持在約60 ℃，燃油日用艙油溫通過(guò)溫控閥維持在約90 ℃。一般情況下，系統(tǒng)只將沉淀艙中的熱油駁回儲(chǔ)存艙中用于混合加熱，日用艙用作應(yīng)急情況。

2.2 ?工作過(guò)程

如圖1所示：Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)工作過(guò)程，主要為加熱和輸送兩個(gè)過(guò)程，兩個(gè)過(guò)程相互獨(dú)立。

（1）加熱工況

燃油輸送泵停止工作， Shifter泵將燃油沉淀艙或日用柜中的熱油抽出至系統(tǒng)的加熱器處，進(jìn)行二次加熱后再駁運(yùn)至燃油儲(chǔ)存艙內(nèi)吸入口處，與原有的冷油進(jìn)行充分混合以提高油溫；

（2）輸送工況

Shifter泵停止工作，燃油輸送泵將燃油儲(chǔ)存艙內(nèi)的加熱燃油駁運(yùn)至燃油沉淀艙。

船舶航行過(guò)程中，兩種工況通過(guò)燃油Shifter泵和燃油輸送泵的電氣互鎖功能來(lái)實(shí)現(xiàn)交替和持續(xù)運(yùn)行，達(dá)到在燃油儲(chǔ)存艙不設(shè)置加熱盤(pán)管就能夠持續(xù)加熱燃油及供應(yīng)燃油的目的。

圖1 ?Shifter加熱系統(tǒng)工作過(guò)程

2.3 ? 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1） 燃油儲(chǔ)存艙內(nèi)可不設(shè)置加熱盤(pán)管，或是只設(shè)置極少的部分盤(pán)管；

（2） 熱損失非常小，熱循環(huán)利用效率較高，節(jié)省燃油；

（3） 用熱油加熱燃油，相對(duì)傳統(tǒng)加熱方式效率更高；

（4）油渣較傳統(tǒng)加熱方式最多可減少一半；

（5）燃油儲(chǔ)存艙保溫時(shí)間較短，可避免加熱盤(pán)管表面產(chǎn)生硬垢；

（6）燃油表面溫度不會(huì)升至太高，避免貨物受熱損壞及相鄰近貨艙貨物表面受熱；

（7） 避免相鄰壓載艙涂層破損。

2.4 ? ? 油艙設(shè)計(jì)

（1）由于Shifter燃油艙加熱系統(tǒng)采用熱油與冷油相混合的方法來(lái)達(dá)到將燃油加熱的目的，被加熱的燃油進(jìn)入油艙后，冷熱油在進(jìn)行混合的同時(shí)，熱油的熱量將會(huì)向周?chē)h(yuǎn)的冷油擴(kuò)散。為減小熱損失，確保吸口附近的冷油能夠被混合溫度升高至可泵溫度，必須在吸口附近采取適當(dāng)?shù)拇胧┮苑乐篃崃康臄U(kuò)散。對(duì)于雙層底油艙，因其艙高一般不超過(guò)2 m，且橫向一般每隔幾個(gè)肋位均有實(shí)肋板結(jié)構(gòu)，自身就可阻止混合油的熱量向遠(yuǎn)處冷油散發(fā)，故這種類(lèi)型的油艙無(wú)需采取額外措施；而對(duì)于貨艙處燃油深艙，因其艙高通常都遠(yuǎn)大于2 m，需要在吸入口周?chē)O(shè)計(jì)形成一個(gè)相對(duì)較小的空間，該空間的容積約為1 h內(nèi)Shifter泵駁回吸入口的熱油量與日用系統(tǒng)燃油消耗量之和的2.5～5倍。該空間處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要針對(duì)儲(chǔ)存艙的結(jié)構(gòu)進(jìn)行通盤(pán)考慮，以便于燃油的透氣及流動(dòng)。

（2） 常規(guī)設(shè)計(jì)下的儲(chǔ)存艙中油溫會(huì)比沉淀艙低約20 ℃～30 ℃，燃油的密度會(huì)隨溫度的升高而變大，當(dāng)燃油輸送泵將燃油從儲(chǔ)存艙輸送至沉淀艙中時(shí)，剛駁入艙內(nèi)的冷油會(huì)下沉，艙內(nèi)原有熱油會(huì)上升，為避免未進(jìn)行充分混合的冷油被Shifter泵駁回燃油沉淀艙，Shifter泵吸入口高度處所對(duì)應(yīng)的沉淀艙的艙容，需大于Shifter泵1 h內(nèi)駁運(yùn)至燃油艙的油量加上燃油日用系統(tǒng)（主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐等）1 h內(nèi)的燃油消耗量。如果沉淀艙的高度足夠，可將Shifter泵的吸油口設(shè)置在沉淀艙艙高的約1/2處，以便系統(tǒng)能夠抽出相對(duì)更多的熱油以用于燃油艙加熱；如果Shifter泵的吸油管受到沉淀艙表面布置的影響而無(wú)法合理設(shè)置時(shí)，可通進(jìn)艙內(nèi)管路的其它設(shè)計(jì)來(lái)確保出油高度，且最好設(shè)置在加熱盤(pán)管上方附近。

2.5 ?節(jié)能情況及成本回收

（1）節(jié)能情況

見(jiàn)表1。

表1為一個(gè)航次內(nèi)各燃油儲(chǔ)存艙保溫蒸汽消耗量的加權(quán)平均值，蒸汽耗量轉(zhuǎn)化成燃油消耗量，按下式計(jì)算：

（1）

式中：Gb——蒸汽耗量對(duì)應(yīng)的燃油消耗量（kg/h）;

qk——保溫蒸汽耗量（kg/h）；

I' ——0.7 MPa下飽和蒸汽的焓值（660 kcal/kg）；

iw ——60 ℃飽和水的焓值（60 kcal/kg ）；

uL ——燃油的低發(fā)熱值（9 600 kcal/kg）；

ηb——燃油轉(zhuǎn)換為蒸汽的效率，取ηb=0.85。

電機(jī)功率消耗量轉(zhuǎn)換為燃油消耗量，按下式計(jì)算：

（2）

式中：gM——電功率消耗耗量所對(duì)應(yīng)的燃油消耗量（kg/h）；

P ——Shifter的電功率消耗量；

ge——發(fā)電機(jī)內(nèi)柴油機(jī)的燃油消耗率（192 g/kW.h）；

ηe——發(fā)電機(jī)效率，取ηe=0.95。

（2）成本回收

本文主要針對(duì)現(xiàn)有燃油艙加熱的不足之處提出新的解決思路，為后續(xù)進(jìn)一步研究及進(jìn)行實(shí)船推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]油艙蒸汽加熱系統(tǒng)的計(jì)算方法[S]，北京：中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)

濟(jì)研究院，2014.