Shifter燃油艙加熱系統的特點及應用

張亮

摘 ? ?要：本文以某40500DWT散貨船為載體，對新型Shifter燃油艙加熱系統的組成、特點及工作原理等，與傳統燃油艙蒸汽加熱系統進行分析比較，為后續類似項目提供參考。

關鍵詞：新型 Shifter；燃油艙加熱；構成

中圖分類號：U664.83?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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

為保證船舶營運經濟性，目前大多數民用運輸船上的主機、發電機、鍋爐主要使用重質燃油，最高粘度可達700cSt（50 ℃）。為滿足燃油日常使用要求，需對舶舶重燃油沉淀艙、燃油日用艙及儲存艙中的燃油加熱至設定的油溫。

1 ? ? 傳統燃油艙蒸汽盤管加熱系統

目前大多數民用船舶仍采用傳統的燃油艙蒸汽盤管加熱方式，即以輔助鍋爐作為蒸汽熱源，在各燃油艙內設置足夠面積的蒸汽加熱盤管。此種加熱型式熱效率較高，技術成熟可靠，使用簡單，但也存在嚴重的缺陷和不足：

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

（2）當油艙液位較低時，部分蒸汽加熱盤管暴露在空氣中，長時間會使盤管表面積炭，影響其傳熱效率；長期使用會使油艙中的殘渣逐漸堆積在油艙底部，影響泵的抽吸；此外，在液位較低時可能存在油艙底部燃油無法被加熱的情況，影響油的流動性，從而進一步影響泵的抽吸，或是因吸入管內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，油艙和鄰近的壓載水艙持續進行熱傳遞，壓載艙表面油漆長時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）燃油艙中的蒸汽盤管一旦破損，燃油會隨蒸汽凝水管進入熱水井單元，進一步給鍋爐給水系統造成污染。如需修理，則要將油艙清空找出破損的蒸汽盤管并更換之，費時費力，維護成本巨大。

2 ? ?新型Shifter燃油艙加熱系統

Shifter燃油艙加熱系統，是針對蒸汽盤管加熱系統存在的以上問題，以節能為目的的一種新型燃油艙加熱系統。

Shifter燃油艙加熱系統的設計理念：通過Shifter泵，將燃油沉淀艙或日用艙內的已加熱燃油駁運至燃油儲存艙艙內吸入口處，將這部分熱油與儲存艙中小部分冷油進行混合，從而提高吸口處油溫，降低油的運動粘度，滿足輸送系統的要求。

采用Shifter燃油艙加熱系統，可以取消燃油儲存艙內蒸汽加熱盤管，仍能將艙內燃油通過輸送泵駁運至燃油沉淀艙。這種加熱方式只需對儲存艙中吸入口周圍少部分燃油進行加熱，無需如傳統加熱系統一樣加熱整個油艙的燃油，相比蒸汽盤管加熱，熱損耗有一定程度的降低。

2.1 ? 基本構成

Shifter燃油艙加熱系統，是基于使用廢氣或燃油鍋爐產生的蒸汽作為熱源，燃油日用艙和沉淀艙內仍按常規設計加熱盤管，在Shifter泵出口側設置蒸汽加熱器。

Shifter泵單位時間的駁油量，可根據燃油日用系統單位時間的耗油量來確認，即Shifter泵單位時間內駁回的油量應能將儲存艙中日用系統單位時間內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，利用日用系統從儲存艙輸送到沉淀艙以維持沉淀艙中液位的穩定。

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

2.2 ?工作過程

如圖1所示：Shifter燃油艙加熱系統工作過程，主要為加熱和輸送兩個過程，兩個過程相互獨立。

（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的加熱器處，進行二次加熱后再駁運至燃油儲存艙內吸入口處，與原有的冷油進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存艙內的加熱燃油駁運至燃油沉淀艙。

船舶航行過程中，兩種工況通過燃油Shifter泵和燃油輸送泵的電氣互鎖功能來實現交替和持續運行，達到在燃油儲存艙不設置加熱盤管就能夠持續加熱燃油及供應燃油的目的。

圖1 ?Shifter加熱系統工作過程

2.3 ? 系統特點

（1） 燃油儲存艙內可不設置加熱盤管，或是只設置極少的部分盤管；

（2） 熱損失非常小，熱循環利用效率較高，節省燃油；

（3） 用熱油加熱燃油，相對傳統加熱方式效率更高；

（4）油渣較傳統加熱方式最多可減少一半；

（5）燃油儲存艙保溫時間較短，可避免加熱盤管表面產生硬垢；

（6）燃油表面溫度不會升至太高，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 ? ? 油艙設計

（1）由于Shifter燃油艙加熱系統采用熱油與冷油相混合的方法來達到將燃油加熱的目的，被加熱的燃油進入油艙后，冷熱油在進行混合的同時，熱油的熱量將會向周圍更遠的冷油擴散。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的措施以防止熱量的擴散。對于雙層底油艙，因其艙高一般不超過2 m，且橫向一般每隔幾個肋位均有實肋板結構，自身就可阻止混合油的熱量向遠處冷油散發，故這種類型的油艙無需采取額外措施；而對于貨艙處燃油深艙，因其艙高通常都遠大于2 m，需要在吸入口周圍設計形成一個相對較小的空間，該空間的容積約為1 h內Shifter泵駁回吸入口的熱油量與日用系統燃油消耗量之和的2.5～5倍。該空間處的結構設計人員需要針對儲存艙的結構進行通盤考慮，以便于燃油的透氣及流動。

（2） 常規設計下的儲存艙中油溫會比沉淀艙低約20 ℃～30 ℃，燃油的密度會隨溫度的升高而變大，當燃油輸送泵將燃油從儲存艙輸送至沉淀艙中時，剛駁入艙內的冷油會下沉，艙內原有熱油會上升，為避免未進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應的沉淀艙的艙容，需大于Shifter泵1 h內駁運至燃油艙的油量加上燃油日用系統（主機、發電機、鍋爐等）1 h內的燃油消耗量。如果沉淀艙的高度足夠，可將Shifter泵的吸油口設置在沉淀艙艙高的約1/2處，以便系統能夠抽出相對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法合理設置時，可通進艙內管路的其它設計來確保出油高度，且最好設置在加熱盤管上方附近。

2.5 ?節能情況及成本回收

（1）節能情況

見表1。

表1為一個航次內各燃油儲存艙保溫蒸汽消耗量的加權平均值，蒸汽耗量轉化成燃油消耗量，按下式計算：

（1）

式中：Gb——蒸汽耗量對應的燃油消耗量（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 ——燃油的低發熱值（9 600 kcal/kg）；

ηb——燃油轉換為蒸汽的效率，取ηb=0.85。

電機功率消耗量轉換為燃油消耗量，按下式計算：

（2）

式中：gM——電功率消耗耗量所對應的燃油消耗量（kg/h）；

P ——Shifter的電功率消耗量；

ge——發電機內柴油機的燃油消耗率（192 g/kW.h）；

ηe——發電機效率，取ηe=0.95。

（2）成本回收

本文主要針對現有燃油艙加熱的不足之處提出新的解決思路，為后續進一步研究及進行實船推廣應用打下基礎。

參考文獻

[1]船舶設計手冊[M]. ?北京：中國交通科技出版社.

[2]油艙蒸汽加熱系統的計算方法[S]，北京：中國船舶工業綜合技術經

濟研究院，2014.