漁船中速柴油機燃用重油的粘度控制系統(tǒng)

李碧桃

(福建交通職業(yè)技術學院，福建福州 350007)

在能源緊張的今天，船舶節(jié)能技術是全世界共同關注的問題。船舶消耗的主要能源是油料，在各種船用油料中，重油價格低廉，約是輕柴油價格的60%。漁船主機進行燃用重油改造，可大大降低船舶營運成本。但漁船運行工況變化頻繁，而且常用工況負荷較低，一般只有額定工況的65% ～80%，對燃用重油的適應性較差，特別是重油粘度高，在噴油時無法正常霧化而影響柴油機正常運行。通過對重油的粘度進行嚴格自動控制，并通過對柴油機的相關零部件和船舶動力管系進行燃用重油的改造設計及對柴油機的運行管理提高要求后，重油在中速柴油機漁船上使用的技術已經(jīng)十分成熟。本文主要介紹漁船中速柴油機改用重油時，對重油粘度自動控制方法及其控制系統(tǒng)。

1 燃油粘度自動控制原理

燃油粘度自動控制系統(tǒng)原理如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)的組成包括:燃油粘度測量裝置 (測粘計);溫度傳感器;控制燃油粘度的電動蒸汽調(diào)節(jié)閥;蒸汽加熱器;輕/重油切換閥;燃油粘度/溫度控制器。

當燃油粘度/溫度控制器接受來自粘度測量裝置、溫度傳感器的測量信號時，控制器軟件根據(jù)設定的工作狀態(tài)和粘度、溫度測量值輸出的控制信號，控制輕/重油切換閥和控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的動作。燃油粘度測量裝置采用壓差式測粘計和電動差壓變送器，電動差壓變送器將反映粘度大小的壓差信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流送給燃油粘度/溫度控制器，作為測量信號。

圖1 燃油粘度控制系統(tǒng)原理圖

溫度傳感器由Pt100熱電阻和電流變送器組成，電流變送器將反映溫度高低的阻值信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流送至控制器。燃油粘度/溫度控制器的自動模式分為粘度自動控制和溫度自動控制2種模式。粘度/溫度自動控制模式的工作過程如圖2所示。

圖2 粘度/溫度控制模式

當燃油粘度增大時，壓差式測粘計通過電動差壓變送器輸出的電流信號增大，該增大的信號送入燃油粘度/溫度控制器，經(jīng)過燃油粘度/溫度控制器輸出增大的信號使控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度增大，加強對燃油的加熱強度，降低燃油的粘度，該控制的調(diào)節(jié)過程經(jīng)過燃油粘度/溫度控制器的PID調(diào)節(jié)作用規(guī)律，直到燃油粘度回到給定值上。反之，當燃油粘度減小，調(diào)節(jié)作用相反，關小控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度，降低對燃油的加熱強度，燃油的粘度升高，直到燃油粘度回到給定值上。

當溫度傳感器的測量信號增大時，即油溫升高，則燃油粘度降低，該增大的信號送入燃油粘度/溫度控制器，經(jīng)過燃油粘度/溫度控制器輸出增大的信號使控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度減小，降低對燃油的加熱強度，燃油的粘度升高，該控制的調(diào)節(jié)過程經(jīng)過燃油粘度/溫度控制器的PID調(diào)節(jié)作用規(guī)律，直到燃油粘度回到給定值上。反之，當溫度傳感器的測量信號減小時，即油溫降低，則燃油粘度增大，調(diào)節(jié)作用相反，開大控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥，加強對燃油的加熱強度，燃油的粘度降低，直到燃油粘度回到給定值上。溫度傳感器的測量信號同時作為輕/重油切換閥的控制信號，當油溫達到切換的設定溫度時，燃油粘度/溫度控制器輸出信號去控制輕/重油切換閥，實現(xiàn)輕柴油/重油的自動切換。

當油溫未達到柴油機所需最佳粘度值對應的溫度 (上限溫度)時，對油溫的控制采用溫度自動控制模式，此時粘度自動控制模式未工作，當油溫達到柴油機所需最佳粘度值對應的溫度 (上限溫度)時，粘度自動控制模式自動投入工作，而溫度自動控制模式自動停止工作。

該系統(tǒng)在自動控制出現(xiàn)故障時，燃油粘度和溫度還可進行手動控制，通過手動改變蒸汽調(diào)節(jié)閥，改變加熱器的加熱強度來實現(xiàn)的。當蒸汽調(diào)節(jié)閥開大時，燃油溫度升高，粘度降低;反之，溫度降低，粘度升高。輕/重油切換也可手動操作。

2 蒸汽系統(tǒng)的設計

目前，絕大多數(shù)漁船都沒有設置燃油輔鍋爐，而且漁船運行工況變化頻繁，常用工況負荷較低，一般只有額定工況的65%～80%，所以漁船也不適合設置廢氣鍋爐。因此，早些時候，在一些漁船中速柴油機上嘗試改用重油時，其重油的粘度控制采用電加熱裝置直接對重油加熱的方式，這種控制方法設備簡單，設備體積小，占據(jù)空間小，投資少，機艙不需要有設置鍋爐及其系統(tǒng)的空間，但采用電能直接加熱存在傳熱不均勻性的缺點，使油的粘度無法均勻調(diào)節(jié)到適合主機的燃油霧化質(zhì)量要求，從而使主機運行不良。所以，電能直接加熱方法控制燃油粘度在漁船上沒有得到推廣應用。

對重油粘度控制采用蒸汽加熱的調(diào)節(jié)方法效果最佳，根據(jù)上述重油粘度控制系統(tǒng)原理，針對漁船沒有設置燃油輔鍋爐及廢氣鍋爐的特點，這里介紹一種適用于漁船的生產(chǎn)蒸汽的系統(tǒng)及其設備。系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 蒸汽系統(tǒng)原理圖

該蒸汽系統(tǒng)利用漁船主機排出的廢氣的余熱(漁船主機排除廢氣的余熱溫度可達300℃以上)通過熱交換器加熱電鍋爐水 (淡水)，電鍋爐水被加熱溫度升高后存放于熱水柜，蒸汽由電鍋爐產(chǎn)生，產(chǎn)生的蒸汽用于加熱重油來控制重油的粘度。而當電鍋爐的水位因產(chǎn)生蒸汽而下降到低水位時，由熱水柜對電鍋爐自動補充熱爐水 (電鍋爐水位可自動控制)。

該蒸汽系統(tǒng)結(jié)構、設備簡單，投資省，克服了采用電能直接加熱的不均勻性的缺點，同時對主機排出的廢氣余熱回收利用，進一步提高主機的綜合熱效率、能源的利用效率以及船舶的運營經(jīng)濟性。

3 結(jié)束語

能源和資源問題已經(jīng)成為世界發(fā)展的頭號問題，我國漁船在發(fā)展過程中存在的能源利用率低的問題應得到高度重視。只要我們在漁船設計、制造、改造和使用方面充分考慮節(jié)能降耗問題，利用先進的技術和管理模式，就能合理利用能源，降低環(huán)境污染，實現(xiàn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，本文介紹的漁船中速柴油機燃用重油的粘度控制方法和技術的應用，可以大大提高漁船運營的經(jīng)濟性，是漁船節(jié)能的有效措施。

［1］陳清彬.輪機自動化［M］.人民交通出版社，2009.

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