舷外冷卻器在船舶上的應用

劉寶晶，謝 雨

（廣新海事重工股份有限公司，中山 528437）

1 引言

EEDI是船舶CO2排放當量與船舶有效能量的比值，它是評價船舶能效的指標，其值越大表明能效越低。國際海事組織規(guī)定2013年1月1日后開工的400 GT以上的船舶必須進行EEDI計算，并且滿足其規(guī)定的能效要求，因此對船舶的綜合性能、單位功率油耗提出了更高的標準要求；同時，隨著時間推移燃油將越來越緊缺，燃油價格將出現(xiàn)持續(xù)上漲，導致船舶運營成本不斷升高?；谏鲜鲈?，促使船東、設計公司和設備廠商采取各種辦法降低船舶自身的能耗、減少船舶的廢氣排放量，而采用舷外冷卻器可促進降低EEDI指標。本文就舷外冷卻器的在船舶上的應用作簡單介紹和分析。

2 舷外冷卻器的結構組成和工作原理

2.1 舷外冷卻器的結構組成

舷外冷卻器包括：海底門、U型冷卻管束、安裝座板、安裝螺栓、連接板、管路連接法蘭、端蓋等主要部件。該海底門安裝在船舶的安裝座板上；海底門與船外板相接處設有海水進出口，其內(nèi)部設有U型冷卻管束，多束U型冷卻管并聯(lián)后構成U型冷卻管束懸掛在有進出格柵的冷卻箱體中；U型冷卻管束上端設有端蓋；端蓋上設有淡水進出口，端蓋側面還設有連接板，該連接板與安裝座板平行設置在端蓋側面；端蓋通過安裝螺栓與安裝座板固定在一起，螺栓處安裝有密封墊片。

2.2 舷外冷卻器的工作原理

U型冷卻管束安裝在有格柵式海水進出口的海水箱中，將需要冷卻的淡水通過淡水冷卻泵泵入U型管束中，淡水在U型管束中被海水箱的低溫海水冷卻，這樣需要冷卻的淡水就可以在海底門內(nèi)和機艙內(nèi)形成循環(huán)，其熱量被海水吸收而降低溫度；而海水箱中的海水被管束中的淡水加熱后，因密度小而上浮并從海底門上部的格柵口流出，同時海底門下的冷海水被自動吸入海底門，這樣海水就形成了從下向上的自然循環(huán)，或通過船行駛時的水循環(huán)來達到冷卻效果，從而實現(xiàn)機艙內(nèi)淡水與船舶外部的海水進行熱量交換（見圖1和圖2）。

圖1 船舶外部的海水進行熱量交換原理圖

圖2 船舶外部的海水進行熱量交換模型圖

3 舷外冷卻器的優(yōu)點

與常規(guī)的板式熱交換器或管殼式冷卻器相比，舷外冷卻器有下列優(yōu)點（見表1）：

（1）采用船外海水自然流動冷卻，不需要消耗船舶自身能耗驅動的多臺海水冷卻水泵，大大降低了船舶電力負荷；

（2）取消了海水冷卻管路上數(shù)量繁多的海水濾器、閥件、管路等部件，顯著的降低了材料成本和人工運維成本，并有效地改善了船舶內(nèi)部布置空間及減輕船舶空船重量；

（3）舷外冷卻器不易腐蝕和附著海生物，可以很方便的在海底門中設置防海洋生物裝置和陰極保護裝置；

（4）只需要安裝淡水冷卻泵，取消了多臺海水冷卻泵及一整套海水冷卻系統(tǒng)；

（5）舷外冷卻器基本不用維修，有效地降低船舶運營成本；

（6）舷外冷卻器構造簡單，安裝方便，可通過連接板與船體的安裝座板用螺栓固定在一起，檢查及試驗時都不用拆除管束。

表1 舷外冷卻器與常規(guī)冷卻器的比較

圖3 常用冷卻器原理圖

圖4 舷外冷卻器原理圖

以我廠建造的某79 m多用途平臺供應船為例：該船配備4臺主機海水冷卻泵（其中2臺為備用），每臺額定功率為26.4 kW，主發(fā)電機80%MCR經(jīng)濟工況時的油耗為210.5 g/bkw-hr，每年2臺海水冷卻泵的油耗約為97 362 kg（可換算為115 907 L），按照油價6.75元/L計算每年油費需78.24萬元；而采用舷外冷卻器，僅從能量消耗方面考慮，即可節(jié)省功率52.8 kW，節(jié)省燃油115 907 L，節(jié)省油費78.24萬元/年。

圖3、圖4為常用冷卻器原理圖和舷外冷卻器原理圖。

4 舷外冷卻器的防腐蝕、防海生物和防污染

舷外冷卻器在使用過程中，可能會遭受電流帶來的點坑狀破壞、U型管束表面的防護氯化層被破壞產(chǎn)生點坑狀腐蝕從而造成滲漏等問題。因此，U型管束和船外海水接觸的所有表面都應涂上幾層經(jīng)熱處理的用酚酞樹脂做底的油漆，以保證U型管束和海底門與海水絕緣隔離，達到保護U型管束和海底門不受海水腐蝕的目的。

隨著國家對防止污染控制措施的實行，出現(xiàn)了大量與生物腐蝕相關的問題。對于安裝舷外冷卻器的船舶，如果有大量海洋生物附著在上面，必然會損壞舷外冷卻器和降低其冷卻效果。為了盡量避免這種情況出現(xiàn)，可以在冷卻器的U型管束外部涂上防護油漆，以防止海生物和其它沉積物造成的腐蝕和沉積。該涂層對于海洋生物的生長幾乎是無害的，而涂保護漆的管束表面對腐蝕并不敏感，這樣既可以保護舷外冷卻器不受海水腐蝕，又可以避免危害海洋生物的生長。

如果舷外冷卻器的尺寸比較大，可考慮安裝犧牲陽極以更好的保護U型管束和海底門。在腐蝕性較強的海域，還可以增設電流陰極保護系統(tǒng)和防海生物系統(tǒng)對舷外冷卻器進行保護，但在安裝及重裝后要檢查是否正常工作，防止上述設備的功能失效。

5 舷外冷卻器應用的注意事項

舷外冷卻器在應用時需注意以下幾個問題：

（1）安裝舷外冷卻器時，船殼外壁必須留有足夠空間容納冷卻器的海水冷卻箱（海底門），以防止船舶在航行時增加船體阻力影響船舶航速；

（2）舷外冷卻器安裝時，連接板和座板之間要采用減震性能和密封性能良好的墊片，以減輕船體受機器運轉引起的振動；舷外冷卻器淡水進出口處盡可能設置膨脹接頭，以達到減震、防漏和延長舷外冷卻器使用壽命的目的；

（3）舷外冷卻器和海底門盡量布置在船首或船尾處，只要進行壓載即可使船首或船尾高出水線，達到船舶不進塢即可拆裝檢修舷外冷卻器；

（4）為提高舷外冷卻器U型管束的剛度，當管長/截面當量直徑≥180時，需在管長中部加裝固定防震架；

（5）為了保證使用質量，冷卻器在車間焊接完成后應進行強度試驗。試驗時，應在冷卻器最高處安裝壓力表。從冷卻器底部充液，待升至1.5倍設計壓力進行密性試驗，檢查冷卻器的端蓋、冷卻U型管束與管板接頭、密封面有無滲漏和變形；

（6）舷外冷卻器的端蓋不應有砂眼、疏松、氣孔等缺陷，端蓋、外殼表面應涂敷防護面漆，漆層不應有劃傷、起泡或脫落。

6 結論

上述研究分析表明，舷外冷卻器比常規(guī)冷卻器具有明顯優(yōu)勢，可以降低船舶能耗、減少廢氣排放、減少設備維護費用、節(jié)省船舶運營成本，值得推廣應用。