機(jī)艙熱交換器布置設(shè)計(jì)探討

王先鵬

摘 要：列舉了船舶機(jī)艙熱交換器布置設(shè)計(jì)要遵循滿足的原則：設(shè)備運(yùn)行性能，船員的維護(hù)需求，船級(jí)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(shè)計(jì)的原則歸納受限因素。

關(guān)鍵詞：熱交換器；布置設(shè)計(jì)；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(shí)現(xiàn)在兩種液體之間的熱交換的設(shè)備叫熱交換器。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類常用的有：殼管式熱交換器、板式熱交換器。

船舶運(yùn)行中，為保證主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)燃油的粘度合適，有時(shí)要將燃油加熱到足夠的溫度；保證冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)溫度合適，要對(duì)冷卻水、滑油溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；再利用完成加熱燃油、水或驅(qū)動(dòng)葉輪后的過(guò)余蒸汽，要降低過(guò)余蒸汽溫度，將其冷凝成水。完成這些工作的核心設(shè)備是熱交換器，而好的熱交換器布置設(shè)計(jì)，即可以最大發(fā)揮熱交換器的換熱效率，又方便船員維護(hù)，還能降低船廠的建造成本。好的布置設(shè)計(jì)對(duì)增強(qiáng)船舶的操作性，和船廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)行探討。

1布置位置設(shè)計(jì)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(shè)備布置空間，一般在機(jī)艙的總體布置階段就已規(guī)劃好其通行位置。管路的通行位置會(huì)影響與之關(guān)聯(lián)設(shè)備的位置，大型熱交換器布置應(yīng)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(duì)策及服務(wù)的設(shè)備

連接管路口徑較小的熱交換器位置要根據(jù)所屬系統(tǒng)的性質(zhì)及服務(wù)對(duì)象決定。服務(wù)于油類系統(tǒng)的熱交換器要遠(yuǎn)離主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐的排煙管及大功率電器設(shè)備以避免火災(zāi)的發(fā)生。服務(wù)于分油機(jī)的熱交換器要距離分油機(jī)盡量的近，這樣既減小從熱交換器到服務(wù)設(shè)備管路內(nèi)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(gè)區(qū)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(tǒng)參數(shù)設(shè)置不同，各熱交換器滿足所在系統(tǒng)需求受布置條件的影響也不同。但從精細(xì)設(shè)計(jì)角度考慮，盡量避免降低設(shè)備熱交換效率的布置。對(duì)于單路燃油加系統(tǒng)配置兩臺(tái)熱交換器（下文稱燃油加熱器）時(shí)，為保證最好的加熱效果，加熱器要水平布置，且相對(duì)于總管對(duì)稱；避免燃油加熱器被所在區(qū)域的供風(fēng)口直吹。最好采取遠(yuǎn)離供風(fēng)口的布置，如不可避免的布置在風(fēng)口附近，要為對(duì)應(yīng)的風(fēng)口設(shè)置可關(guān)閉的裝置。

2操作維護(hù)設(shè)計(jì)的影響因素

2.1 儀表讀取

為確認(rèn)熱交換器所在系統(tǒng)運(yùn)行工作是否正常及熱交換器本身工作是否正常，設(shè)備一般會(huì)自帶壓力計(jì)及溫度計(jì)。因此布置交換器單元時(shí)要保證熱交換器附屬的壓力計(jì)及溫度計(jì)能被讀取即留有讀數(shù)空間。如果不能通過(guò)調(diào)整設(shè)備及管路布置滿足讀數(shù)空間要求，可以通過(guò)調(diào)整儀表的結(jié)構(gòu)形式，例如將棒型儀表由“I”型變更為“L”型，或?qū)粜蛢x表改為盤型儀表以滿足讀數(shù)要求。

2.2 拆解、安裝

板式熱交換器（后文稱板冷）通常從設(shè)備的兩側(cè)拆解。布置板冷時(shí)要保證板冷兩側(cè)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(shè)備空間極小情況下可僅保證單側(cè)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(duì)于設(shè)置內(nèi)置濾器的板冷，還要保證板冷后面內(nèi)置濾器的拆解空間。

板冷拆解后，由于單片板片出現(xiàn)輕微的變形，平整度變差，再組裝時(shí)這種變形經(jīng)過(guò)多片板片的累加可能會(huì)導(dǎo)致板冷安裝完畢后前后長(zhǎng)度相對(duì)于拆解前變大。單片板片面積越大，板片數(shù)量越多，組裝后板冷長(zhǎng)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(zhǎng)度變化的“U”型或橢圓形設(shè)計(jì)。板冷后板底座連接螺栓孔要采取與之匹配的設(shè)計(jì)，如圖2、圖3示意。

殼管式熱交換器通常從設(shè)備的軸線方向拆解，拆解空間長(zhǎng)度尺寸不小于加熱內(nèi)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(tǒng)的殼管式熱交換器尺寸相對(duì)較大，有可能要保證設(shè)備兩端都有拆解空間，要根據(jù)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(qū)域上方要設(shè)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(dòng)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(yùn)行時(shí)尤其主機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，尺寸大的板冷尤為明顯。因此需要預(yù)先設(shè)置合適的支撐以減小振動(dòng)。一般考慮將防震支撐的一端連接在船體結(jié)構(gòu)上，另一端借助于板冷的貫穿螺栓固定。對(duì)于板冷周圍沒(méi)有船體結(jié)構(gòu)的，要考慮設(shè)置適當(dāng)?shù)聂秆b結(jié)構(gòu)或設(shè)置設(shè)置提高板冷自身的剛性舾裝件，具體方案因地制宜。

3.2 設(shè)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(shè)置水、油盤以收集泄漏的水、油。對(duì)于油類系統(tǒng)的熱交換器，船級(jí)社有設(shè)置油盤的要求“設(shè)置具有足夠深度的金屬溢油盤。如實(shí)際上不可能設(shè)置金屬溢油盤，則應(yīng)設(shè)置圍板，以圍住溢出的油”。

4.結(jié)語(yǔ)

機(jī)艙內(nèi)熱交換器布置設(shè)計(jì)受制于設(shè)備廠家要求，船東運(yùn)營(yíng)要求及船舶自身結(jié)構(gòu)等因素，如何在設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)權(quán)衡個(gè)制約因素，是作業(yè)者要面對(duì)的問(wèn)題。成功的設(shè)計(jì)需要作業(yè)者不斷的摸索、嘗試，頗為費(fèi)時(shí)。本文圍繞熱交換器布置設(shè)計(jì)受制因素展開討論，歸納了解決方法，減少了作業(yè)過(guò)程中的調(diào)查、分析時(shí)間。另，熱交換器雖是機(jī)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的輔機(jī)，但本文展示的設(shè)計(jì)思路也可以為其它較為復(fù)雜的輔機(jī)布置設(shè)計(jì)提供參考。

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