機艙熱交換器布置設計探討

王先鵬

摘 要：列舉了船舶機艙熱交換器布置設計要遵循滿足的原則：設備運行性能，船員的維護需求，船級社的檢查要求及降低船廠的制造成本。并以常用的殼管式熱交換器及板式熱交換器為例，圍繞著船舶熱交換器布置設計的原則歸納受限因素。

關鍵詞：熱交換器；布置設計；殼管式熱交換器；板式熱交換器

0.引言

用固體隔開兩種溫度不同的液體，實現在兩種液體之間的熱交換的設備叫熱交換器。按照結構特點分類常用的有：殼管式熱交換器、板式熱交換器。

船舶運行中，為保證主機、發電機、鍋爐等設備運轉燃油的粘度合適，有時要將燃油加熱到足夠的溫度；保證冷卻、潤滑系統溫度合適，要對冷卻水、滑油溫度進行調節；再利用完成加熱燃油、水或驅動葉輪后的過余蒸汽，要降低過余蒸汽溫度，將其冷凝成水。完成這些工作的核心設備是熱交換器，而好的熱交換器布置設計，即可以最大發揮熱交換器的換熱效率，又方便船員維護，還能降低船廠的建造成本。好的布置設計對增強船舶的操作性，和船廠的市場競爭力具有不可小窺的作用。本文以散貨船常用的板式熱交換器及殼管式熱交換器為例進行探討。

1布置位置設計的影響因素

1.1 大口徑管路走向

熱交換器布置位置的選取受多種因素影響，與之相連管路口徑的影響不可忽視。大口徑管路（例如主海水管、主冷卻單水管）體積大，可能占用其它設備布置空間，一般在機艙的總體布置階段就已規劃好其通行位置。管路的通行位置會影響與之關聯設備的位置，大型熱交換器布置應選取與主管路盡量近的，有足夠布置管路、閥門空間的位置。

1.2 安全對策及服務的設備

連接管路口徑較小的熱交換器位置要根據所屬系統的性質及服務對象決定。服務于油類系統的熱交換器要遠離主機、發電機、鍋爐的排煙管及大功率電器設備以避免火災的發生。服務于分油機的熱交換器要距離分油機盡量的近，這樣既減小從熱交換器到服務設備管路內流體的熱損失，又減少管材消耗。燃油加熱器盡量集中布置在一個區域以減少共通管路（廢油收集管路）的消耗。

1.3 熱交換性能

由于熱交換器的選型功率情況及所在系統參數設置不同，各熱交換器滿足所在系統需求受布置條件的影響也不同。但從精細設計角度考慮，盡量避免降低設備熱交換效率的布置。對于單路燃油加系統配置兩臺熱交換器（下文稱燃油加熱器）時，為保證最好的加熱效果，加熱器要水平布置，且相對于總管對稱；避免燃油加熱器被所在區域的供風口直吹。最好采取遠離供風口的布置，如不可避免的布置在風口附近，要為對應的風口設置可關閉的裝置。

2操作維護設計的影響因素

2.1 儀表讀取

為確認熱交換器所在系統運行工作是否正常及熱交換器本身工作是否正常，設備一般會自帶壓力計及溫度計。因此布置交換器單元時要保證熱交換器附屬的壓力計及溫度計能被讀取即留有讀數空間。如果不能通過調整設備及管路布置滿足讀數空間要求，可以通過調整儀表的結構形式，例如將棒型儀表由“I”型變更為“L”型，或將棒型儀表改為盤型儀表以滿足讀數要求。

2.2 拆解、安裝

板式熱交換器（后文稱板冷）通常從設備的兩側拆解。布置板冷時要保證板冷兩側有拆解空間，拆解空間大小以板片可以取出及方便扳手操作為宜。在可布置設備空間極小情況下可僅保證單側有拆解空間，拆解空間寬度不小于板片旋出的最小尺寸”A”，如圖1所示。對于設置內置濾器的板冷，還要保證板冷后面內置濾器的拆解空間。

板冷拆解后，由于單片板片出現輕微的變形，平整度變差，再組裝時這種變形經過多片板片的累加可能會導致板冷安裝完畢后前后長度相對于拆解前變大。單片板片面積越大，板片數量越多，組裝后板冷長度變化越明顯。因此有的板冷后板底腳的固定孔采用可以吸收前后長度變化的“U”型或橢圓形設計。板冷后板底座連接螺栓孔要采取與之匹配的設計，如圖2、圖3示意。

殼管式熱交換器通常從設備的軸線方向拆解，拆解空間長度尺寸不小于加熱內管的尺寸”B”，如圖4所示。用于燃油、滑油加熱的殼管式加熱器尺寸較小，一般要求僅一端有拆解空間；用于蒸汽冷凝系統的殼管式熱交換器尺寸相對較大，有可能要保證設備兩端都有拆解空間，要根據具體的廠家要求決定。殼管式熱交換器，在熱交換器的拆解區域上方要設置起重工具的掛孔，掛孔高度盡量低以不影響人員通行為宜。

3其它影響因素

3.1 板冷的振動防止

板冷采用貫穿螺栓擠壓板片的連接，整體剛性略差，在船舶運行時尤其主機高負荷運轉時會出現振動，尺寸大的板冷尤為明顯。因此需要預先設置合適的支撐以減小振動。一般考慮將防震支撐的一端連接在船體結構上，另一端借助于板冷的貫穿螺栓固定。對于板冷周圍沒有船體結構的，要考慮設置適當的舾裝結構或設置設置提高板冷自身的剛性舾裝件，具體方案因地制宜。

3.2 設置水盤、油盤

出于清潔、安全考慮，一般熱交換器單元的周圍需要設置水、油盤以收集泄漏的水、油。對于油類系統的熱交換器，船級社有設置油盤的要求“設置具有足夠深度的金屬溢油盤。如實際上不可能設置金屬溢油盤，則應設置圍板，以圍住溢出的油”。

4.結語

機艙內熱交換器布置設計受制于設備廠家要求，船東運營要求及船舶自身結構等因素，如何在設計作業時權衡個制約因素，是作業者要面對的問題。成功的設計需要作業者不斷的摸索、嘗試，頗為費時。本文圍繞熱交換器布置設計受制因素展開討論，歸納了解決方法，減少了作業過程中的調查、分析時間。另，熱交換器雖是機艙內結構較簡單的輔機，但本文展示的設計思路也可以為其它較為復雜的輔機布置設計提供參考。

參考文獻：

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