多主機機艙混流式冷卻水系統(tǒng)設(shè)計分析

劉琳杰，李兆虎

● （江蘇舜天船舶股份有限公司，南京 210012）

多主機機艙混流式冷卻水系統(tǒng)設(shè)計分析

劉琳杰，李兆虎

● （江蘇舜天船舶股份有限公司，南京 210012）

目前，船舶混流式冷卻水系統(tǒng)在設(shè)計中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但實際中卻由于沒有綜合考慮管路的損失等原因而未被廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)某船的混流式冷卻水系統(tǒng)在實際調(diào)試中出現(xiàn)的問題，分析問題的原因，為以后船舶混流式冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計提供借鑒的依據(jù)以及解決方案。

混流式冷卻水系統(tǒng)；多主機；管路損失

0 引言

船舶中央冷卻水系統(tǒng)分為獨立式的中央冷卻水系統(tǒng)和混流式的中央冷卻水系統(tǒng)。混流式采用高低溫水混合的方式，通過溫控三通閥將高溫淡水與低溫淡水聯(lián)通，根據(jù)高溫淡水的溫度要求，控制低溫淡水系統(tǒng)中進(jìn)入高溫淡水系統(tǒng)中的流量，對高溫水進(jìn)行冷卻。所有的淡水的熱量通過中央冷卻器中的海水進(jìn)行熱交換，因此每套系統(tǒng)里面只有一個和海水直接接觸的冷卻器。相對于獨立式冷卻形式而言，這種型式的冷卻水系統(tǒng)，少了一個高溫冷卻器，高溫水通過低溫水來進(jìn)行的冷卻。在相同的熱負(fù)荷情況下，混流式的經(jīng)濟(jì)性要好[1]，但控制進(jìn)出主機及中央冷卻器的水溫，控制好每個用戶的冷卻水量比較困難。

1 分析實例

在實船設(shè)計和建造中如何綜合考慮確定整個混流式冷卻水系統(tǒng)的各個用戶的冷卻水量，一直是困擾著船廠的技術(shù)人員的一個難題。根據(jù)這個問題，以某公司建造的多主機的25000DWT重吊船的實例，提供解決問題的一個方案。

1.1 25000DWT重吊船的主要參數(shù)

表1 為某25000DWT重吊船的主要參數(shù)。

表1 25000DWT重吊船的主要參數(shù)

1.2 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計

本船的高溫冷卻水系統(tǒng)只用于冷卻主機（缸套水），增壓器和一級空冷器的冷卻；高溫淡水冷卻水系統(tǒng)在這里也作為缸套水冷卻系統(tǒng)，通過分配管，高溫冷卻水經(jīng)過每個缸的襯套，通過支管到渦輪增壓器進(jìn)行冷卻。

低溫淡水冷卻水系統(tǒng)用于冷卻空冷器、滑油和高溫淡水冷卻水系統(tǒng)。低溫淡水冷卻水系統(tǒng)通過一臺電動泵或者機帶泵，對空冷器、滑油和淡水冷卻器進(jìn)行循環(huán)。

高溫水是通過裝在低溫水系統(tǒng)管路上的三通溫控閥進(jìn)行冷卻[2]。低溫水系統(tǒng)是通過中央板式冷卻器，跟海水進(jìn)行熱交換。根據(jù)壓差，通過流量控制閥或者節(jié)流孔板控制冷卻水量的多少。

25000DWT重吊船簡化后的混流式冷卻水系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。

圖1 25000DWT重吊船簡化后的混流式冷卻水系統(tǒng)的示意圖

對于多主機機艙的布置來說，由于機艙空間的限制，設(shè)備的布置很困難。特別是一些重要設(shè)備，不得不把一些設(shè)備布置到機艙前壁或者機艙上平臺，比如 25000DWT重吊船。由于本船有二臺中速機，配有齒輪箱、CPP和一臺軸發(fā)，尾部空間比較窄小，造成機艙底層的空間非常有限，只得把中央冷卻器放到了4800BL平臺上[3]。

盡管根據(jù)熱平衡計算書，每個用戶需要的冷卻水量都可以計算出來。但是在實際的生產(chǎn)設(shè)計過程中，要保證每個用戶的正常工作中所需要的冷卻水量和壓力是很難做得到的。

圖2為25000DWT重吊船實船的冷卻水系統(tǒng)圖。在這個混流式冷卻水系統(tǒng)中，發(fā)電機組、主空壓機組以及二臺主機的空冷器和滑油冷卻器是重要的用戶，要保證這些用戶正常運行時的冷卻水量。而在最初的設(shè)計階段，由于沒有綜合考慮到各個設(shè)備的冷卻水量以及設(shè)備布置的困難而造成的管路中的壓力損失，在試航初期，出現(xiàn)了各個設(shè)備的“搶水”的現(xiàn)象，設(shè)備不能正常運行，影響了船舶的航行。

1.3 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計出現(xiàn)的主要問題

冷卻水系統(tǒng)設(shè)計出現(xiàn)的主要問題包括主空壓機高溫報警和齒輪箱油溫高報警。

圖2 25000DWT重吊船實船的冷卻水系統(tǒng)圖

經(jīng)過分析，由于主空壓機是水冷的，為了保證主空壓機正常工作時候需要的冷卻水量和壓力，把主空壓機布置在機艙4800平臺，但從板冷到空壓機的冷卻水管路管徑的設(shè)計不合理，沒有考慮到管路的壓力降損失，造成進(jìn)入到主空壓機的冷卻水量不夠現(xiàn)象[4]。根據(jù)壓力損失的計算以及實際測出的流量，將原來的冷卻水管徑DN20增大到DN35。

齒輪箱高溫報警是由于沒有綜合考慮到所有用戶的水量，到齒輪箱的冷卻水管路管徑小造成的。

經(jīng)過對各個設(shè)備管路中壓力損失的計算，同時綜合考慮到整個系統(tǒng)的冷卻水量的要求，對整個混流式冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了重新進(jìn)行分配：1）在到 1、2#CPP冷卻器的冷卻水管路中增加節(jié)流孔板；2）到主發(fā)電機的管路中增加節(jié)流孔板：由于主發(fā)電機自帶冷卻水泵，可以從總的冷卻水管路中抽吸到更多的冷卻水量，而造成冷卻水大面積流向發(fā)電機，為了控制這個冷卻水量，在到發(fā)電機主管中增加了節(jié)流孔板，給予發(fā)電機額定的冷卻水量[5]；3）加大了到主空壓機組冷卻水管路的管徑。

經(jīng)過上述對管路的修改，圓滿完成了冷卻水系統(tǒng)的調(diào)試。

2 結(jié)論

通過對混流式的冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的問題并提出解決方案可以得到以下結(jié)論：

1）冷卻水管路的設(shè)計不能只是單單考慮每個用戶的用水量，還需要考慮到管路的壓力損失，根據(jù)這樣的要求，選取的管徑將更加合理；

2）冷卻水主管路的設(shè)計：需要考慮各個設(shè)備的機帶泵的問題，比如發(fā)電機會自帶冷卻水泵，那么這個機帶泵一旦運行起來，會從整個的冷卻水管路中抽吸大量的冷卻水，造成到其他用戶的冷卻水量不夠。

3）節(jié)流孔板的設(shè)置：在以前的設(shè)計中，通常選用節(jié)流孔板作為流量調(diào)節(jié)的方法，但是由于在設(shè)計的階段中冷卻水管的設(shè)計都是理論值，在實際操作中由于各種條件的限制，無法在系泊實驗中對整個冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行整體的調(diào)整，不得不在試航的時候根據(jù)具體的情況設(shè)計不同的節(jié)流孔板，延長了試航時間，增加了試航的難度。基于上述的考慮，建議在今后的混流式冷卻水管路中在每個用戶的進(jìn)出口管路中使用流量調(diào)節(jié)閥，這種閥可以對管路的流量進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，同時又可以作為截止閥，對管路起到啟閉的作用。這樣可以簡單快速的調(diào)整整個混流式冷卻水系統(tǒng)的各個用戶的冷卻水量。

[1]錢作勤,賈小俊.多主機機艙冷卻水系統(tǒng)設(shè)計研究[J].船海工程, 2004(5): 15-17.

[2]高鸚,任文江.船舶動力裝置設(shè)計[M].上海:上海交通大學(xué)出版社, 1991.

[3]張樂天.民用船舶動力裝置[M].北京:北京交通出版社, 1985.

[4]錢作勤,賈小俊.大型重載滾裝船機艙冷卻水系統(tǒng)設(shè)備選型與配置[J].船海工程, 2005(1): 32-37.

[5]陸靜芳.關(guān)于滾裝船輪機設(shè)計要點[J].船舶設(shè)計通訊,1996(6): 14-16.

拆船業(yè)“變綠”壓力大

當(dāng)前，盡管受世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢、航運市場持續(xù)低迷等因素的影響，拆船市場總體仍將比較活躍。但是，一些拆船行業(yè)專家在接受采訪時表示，《2009年香港國際安全與無害環(huán)境拆船公約》（《香港公約》）和《歐盟拆船新法案》等對拆船業(yè)提出了很多挑戰(zhàn)，拆船業(yè)仍然面臨著較大的“變綠”壓力。

波羅的海國際航運公會大中華區(qū)總經(jīng)理莊煒表示，目前，全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇雖然有一些起色，但是總體上依然脆弱；世界航運運力總體過剩的情況依然存在，航運業(yè)低迷的態(tài)勢仍將持續(xù)。預(yù)計未來，干散貨船市場的整體上升將依然十分緩慢；而未來集裝箱船運營商會更加追求盈利能力，中小型集裝箱船有可能進(jìn)一步被淘汰。

辛浦森航運咨詢有限公司分析師劉青知表示，目前，在三大主力船型中，干散貨船船隊的平均船齡最大。而油船和集裝箱船船隊的平均船齡相對較低。因此，從潛在拆船量分析，未來散貨船被拆解數(shù)量將明顯大于油船和集裝箱船。

在對拆船市場總體表示樂觀的同時，部分拆船行業(yè)專家也認(rèn)為，拆船企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也不少。來自印度拆船行業(yè)協(xié)會的專家Sukesh Balkrishna Aggarwal表示，近年來國際社會對拆船業(yè)的關(guān)注度日益提高，再加上整個國際社會對環(huán)境保護(hù)的重視，安全、環(huán)保的“綠色”風(fēng)潮在全球海事界已是大勢所趨，拆船業(yè)作為其中的一部分也面臨著很大的壓力。

對于當(dāng)前拆船企業(yè)如何積極探索“變綠”，Sukesh Balkrishna Aggarwal認(rèn)為，在材料處理和裝卸等環(huán)節(jié)，拆船企業(yè)可以采用更先進(jìn)的技術(shù)，包括化學(xué)領(lǐng)域的許多共處理技術(shù)等，還可以改進(jìn)生產(chǎn)場地和設(shè)施，配備先進(jìn)的室內(nèi)消防系統(tǒng)，采用具有更好的安全標(biāo)準(zhǔn)和施工能力的起重機和絞車，最好能做到一些有毒有害物質(zhì)的材料處理用起重機和吊車來進(jìn)行，以更利于安全生產(chǎn)和效率提高。同時，拆船企業(yè)要通過示范和密集的培訓(xùn)，提升人員素質(zhì)，形成良好的工作文化，為所有操作準(zhǔn)備好標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SOP）。他還表示，與過去相比，未來拆船企業(yè)必須更加重視對員工的保護(hù)，包括大量使用各種人員保護(hù)裝置。同時，通過培訓(xùn)讓人員了解環(huán)境管理體系和職業(yè)健康安全管理體系，包括對于不同階段的工作要求的技術(shù)培訓(xùn)，對于工作中存在的危險的特別培訓(xùn)等。目前，印度拆船行業(yè)協(xié)會正在積極倡導(dǎo)建立更好的健康安全環(huán)保體系，比如建議拆船企業(yè)定期對整個區(qū)域的氣體排放量、海水和土壤情況進(jìn)行檢測；定期對廠里的所有工人進(jìn)行體檢；對于那些涉及材料處理和移除項目比如石棉、玻璃棉等的員工還要進(jìn)行特殊的醫(yī)療檢查等。

（作者：嚴(yán)風(fēng)華）

Analysis for Compounding HT-LT Cooling Water System Design for Multi-engine Engine Room

LIU Lin-jie, LI Zhao-hu
(Jiangsu Sainty Marine Co.Ltd., Nanjing 210012, China)

Mixed-flow cooling water system is commonly seen in shipbuilding design, while it is not wildly used in practice due to the piping system pressure loss etc.Basing on the problems which occur during the adjustment of the mixed-flow cooling water system on one ship, the reasons for the problems are analyzed, which gives reference and solution for the design of mixed-flow cooling water system in future.

mixed-flow cooling water system; multi-engine; piping system pressure loss

U664

A

劉琳杰（1970-）女，工程師。研究方向：船舶輪機生產(chǎn)設(shè)計。