淺談某灘涂作業清障船冷卻水系統設計

中圖分類號： U664.81+4 文獻標志碼：A

Design of Cooling Water System for an Intertidal Obstacle Removal Vessel

HUANG Haibin'， WU Darong2， CHEN Jian1， WU Dong'， WANG Ning3 （1.GuangzhouMarineEngineringCorporation，Guangzhou51025o，China;2.AfaiSouthem Shipyard （PanyuGuangzhou）Ltd， Guangzhou51431，China;3.LiuzhouYufengDistrictAzureTechnologyPromotionServiceStudio，Liuzhou54506，China）

Abstract： The primary challenge for vessels operating in intertidal zones is cooling water system clogging， which impedes prolonged continuous operation. Particularly during beaching conditions，ensuring reliable domestic power supply becomes critical.Taking an intertidal obstacle removal vessel as an example，this paper outlines its cooling water system design， including sea chest arangement and strainer optimization methods.Solutions for maintaining power supply during beaching operations are presented， ofering references for similar vessel designs.

Key words： obstacle removal vessel; intertidal operations; vessel beaching; cooling water system

1 引言

灘涂作業船舶需在極淺水域航行，其在推進器作用下易使海床泥沙泛起，進入船舶冷卻水系統產生堵塞，導致無法長時間連續作業。另外，隨著海水的潮漲潮落，難免會頻繁地引起船舶坐灘現象，為此需考慮解決灘涂作業時冷卻系統受淤泥、雜物堵塞問題，以及船舶坐灘時船舶生活用電，滿足船上人員的正常生活需要。但船舶坐灘時往往無法連接岸電，需船舶自身供電，而其關鍵點是解決坐灘時發電機的冷卻問題。因此其冷卻系統設計方案的可行性將是灘涂作業船舶的重點和難點，需要基于其特殊性，有針對性提出解決方案，保證船舶在所要求的特殊工況下正常工作。本文以 30m 清障工程船為例，簡要介紹該型船動力系統冷卻設計方案。

2 船舶概況

本清障工程船主要功能是執法清理灘涂定置網。

本船為雙機、雙槳、雙舵、通長甲板排水型船，全船為鋼質焊接結構。船長約 30m ，滿載排水量約260t ，設計吃水約 1.1m ，滿載巡航速度約 8kn ，續航力 600nmile ，自持力3晝夜，航速約 10kn ，主機功率447kW×2 臺，發電機組功率 100kW×2 臺。

3 冷卻水系統設計

灘涂作業船舶的冷卻水系統設計是保障清障工程船在灘涂區域長期工作的關鍵，其主要與海底門布置、冷卻系統海水濾器設計及供發電機組冷卻水系統設計相關聯。本文將對此進行扼要介紹。

3.1機艙海底門布置方案

通常，機艙海底門布置位置有以下幾種常見型式：1）兩舷各設置高低位海底門；2）兩海底門布置在機艙前壁靠中部；3）海底門布置在機艙兩舷，同一水平面高度。

對于吃水深而常在深／淺水域交替航行的船舶，一般可采用設置高／低位海底門型式。當航行于淺水域時，使用高位海底門，以防其吸入海床泥沙，此案例多見于遠洋大中型海船。而本船吃水過淺，如設高位海底門與低位海底門，兩者間的高度相差將極小，無法體現高差優勢，因此采用高低位海底門作用不大。

本船底部為整體平板型，如采用兩海底門布置在機艙前壁靠中部型式，由于其吸入格柵將接近船體基線，更易吸入海床泥沙，且船舶坐灘時，灘涂的海泥會大量進人海水箱，海水箱里的海泥隨時間逐漸硬化，即使待潮起時有海水浸泡，用壓縮空氣也很難吹除。因此海底門布置在機艙前壁靠中部方案不適用本船。

采用海底門布置在兩舷側同一水平面高型式，且其位置盡量遠離船底基線，可以規避上述兩個問題。但海底門離吃水線很近，容易造成冷卻水吸空。為了解決該問題，需將吸入格柵面積盡量加大，提高其吸水效率。經上分析，該方案比較可行，如圖2所示。

海水濾器及濾網的合理配置，對保障船舶冷卻水系統長期正常運行有重要作用。如選擇不當，會嚴重影響其工作，且會增加船員作業期間的工作量。

通常情況下，一般在靠近海底門處各設置一個常規粗水濾器，其濾網孔徑應滿足主副機技術要求。但按本船的工作情況，如果泥沙泛起，水質渾濁，按常規要求通徑配置的粗水濾器，且濾網孔徑比標準小，其流通面積減小，阻力增大，嚴重影響進水效果，引起進水量不足問題，且濾網也很容易頻繁發生堵塞，大量增加清洗粗水濾器濾網工作。故按照常規要求通徑配置粗水濾器存在隱患。

通過以上分析可知，本船冷卻系統按常規的配置已不能適應該船工況需要，應針對本船工況，在海水濾器的通徑、數量、對應濾網孔徑上作出恰當優化，合理配置，方可達到理想效果。例如，適當加大機艙粗水濾器規格通徑，必要時采用非標準件，同時可適當加大海水總管內徑，延長發生堵塞時間；同時在每臺主副機的海水吸入支管路上各額外增設一只海水濾器，其濾網孔徑滿足設備廠家要求，而濾器本體的流通面積比管路加大一檔或以上。總之，冷卻水系統采用雙級過濾，并采用過濾流通面積加大一檔及以上的方式，以緩解堵塞頻繁發生的問題。

3.3供發電機組冷卻水系統設計

考慮到本船在灘涂或其附近作業、坐灘，需保證各工況的生活供電不受影響。而坐灘時，海水退潮后，無法為發電機組提供冷卻海水，為此常規的海水冷卻系統不能適應該船，為此本船發電機組的冷卻水系統需要特殊設計。本船基于發電機組柴油機冷卻型式，提出了以下幾種方案進行分析：1）2臺水冷主發電機組 + 內循環水艙[；2）2臺水冷主發電機組 +1 臺遠置風冷水箱停泊發電機組；3）2臺遠置風冷水箱主發電機組；4）1臺水冷主發電機組+1 臺遠置風冷水箱主發電機組。

1）2臺水冷主發電機組 + 內循環水艙方案

每臺發電機組設兩套冷卻水系統，舷外海水冷卻與內循環冷卻相互轉換使用。冷卻水系統需改裝，需增設溫控閥及轉換三通閥，船員按操作手冊指引操作。此改造需要向船檢申請并要取得CCS證書。

3.2冷卻系統海水濾器選擇及配置

船體需設液艙來儲存柴油機冷卻液（主要為干凈淡水），船上需增加約 12t～14t 冷卻液，對船舶排水量影響大。內循環冷卻水系統原理見圖3所示。

本方案主機機帶冷卻水系統需改裝并取證，另外在使用時，船員操作程序較復雜。

2）2臺水冷主發電機組 +1 臺遠置風冷水箱停泊發電機組方案

停泊發電機組的風冷水箱與發電機組分離，發電 機組布置在船艙內，風冷水箱放置在甲板上，采用風 冷替代海水冷卻，不受海水狀況影響。

水冷主發電機組與遠置風冷水箱停泊發電機組的冷卻水系統均按廠家標準配置，無需改裝。

發電機組冷卻液均為常規，2臺水冷發電機組采用舷外海水冷卻發電機組內淡水，停泊發電機組采用遠置風冷水箱冷卻發電機內的淡水。該方案需增配約30kW 停泊發電機組及風冷水箱1套。另外，還需增加日用燃油柜1只，燃油輸送管約 20m ，設備艙增設一套柴油機排氣管，設備艙風機能力加大。為避免風冷水箱的噪音對住艙影響，風冷水箱宜布置在遠離住艙位置。

3）2臺遠置風冷水箱主發電機組方案

由遠置風冷水箱冷卻發電機組機內淡水。該措施需增加遠置風冷水箱2套。因風冷水箱風量大，如布置在機艙其通風困難。本船2臺遠置風冷水箱布置在羅經甲板（頂甲板）尾部。船舶航行與坐灘時，上建住艙噪音源皆為輪機長室旁的機艙通風機與羅經甲板艉部風冷水箱風扇，噪聲大。

4）1臺水冷主發電機組 +1 臺遠置風冷水箱主發電機組方案

此為水冷和風冷發電機組各一臺組合方案。該方案需增加遠置風冷水箱1套。兩套主發電機組布置在機艙，1臺遠置風冷水箱布置在頂甲板。航行時上建住艙噪音源為輪機長室旁機艙通風機或羅經甲板風冷水箱風扇，坐灘時上建住艙噪音源為羅經甲板風冷水箱風扇，不管航行或是坐灘，噪聲都比較大。

5）方案確定

本船因工作需要在尖艙兩側各設一個壓載艙，可利用壓載艙兼做發電機組柴油機冷卻液儲存艙。但壓載艙容積較小，如用作內循環水艙，循環水艙內的水溫很快將升到較高溫度而失去冷卻作用，可持續運行時間短。

采用主發電機遠置風冷水箱方案，其風冷水箱占用甲板空間較大。本船擬以 的主發電機組進行試布置，但遠置風冷水箱尺寸較大，重量重，布置困難，且對船舶穩性有一定影響。

本船如采用風冷停泊發電機組方案，其功率可僅為 30kW ，風冷水箱外形尺寸（長 × 寬 × 高：1090mm×852mm×1300mm ）較小，可以布置在遠離居住區的f部甲板上，雖然占用了部分船舶工作甲板空間，但影響不大。

經對比分析，本船宜采用2臺水冷主發電機組 +1 臺遠置風冷水箱停泊發電機組方案，其布置見圖4所示。

3.4方案實施

本船海底門布置在機艙兩舷緊靠生活污水艙與污油水艙處，海水總管通徑計算值為 137.9mm ，實際取值DN200，濾器為DN200的粗水濾器，濾網孔徑為3mm （濾通比不小于3），單邊海底門流量可供全船海水用量，在灘涂淺水作業時，左右兩邊海底門可輪流使用；在2臺主機與2臺主發電機組的海水冷卻水吸入管路上各增設1個海水濾器，海水濾器通徑比管路大一檔，濾網孔徑為 1.6mm （濾通比不小于3），滿足設備對海水冷卻系統保護技術要求。同時，兩舷海底門上設有壓縮空氣吹除裝置，灘涂作業時，兩舷海底門及吸入格柵輪流使用壓縮空氣定期吹除清理，或船舶坐灘作業后、啟動海水冷卻水系統前可使用壓縮空氣對海底門內污物進行吹除清理。

停泊發電機組布置在設備艙，其遠置風冷水箱布置在設備艙區域所對應的甲板上，即主甲板前部。停泊發電機組采用風冷，即淡水冷卻柴油機，其高溫淡水由遠置風冷水箱冷卻，風冷水箱由1臺 3kW 風機與1個帶鰭片的膨脹水箱集成。

4結語

本文以灘涂作業的某清障工程船冷卻水系統為例，簡要介紹了該類船舶冷卻水系統配置設計方法和解決方案。經實船運行驗證，該型船主機、主發電機組、停泊發電機組的冷卻水系統運行正常，坐灘工況供電問題得到解決，滿足船舶各種使用工況需求。

參考文獻

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