淺談某灘涂作業(yè)清障船冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號： U664.81+4 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)船舶需在極淺水域航行，其在推進(jìn)器作用下易使海床泥沙泛起，進(jìn)入船舶冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生堵塞，導(dǎo)致無法長時間連續(xù)作業(yè)。另外，隨著海水的潮漲潮落，難免會頻繁地引起船舶坐灘現(xiàn)象，為此需考慮解決灘涂作業(yè)時冷卻系統(tǒng)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(guān)鍵點(diǎn)是解決坐灘時發(fā)電機(jī)的冷卻問題。因此其冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性將是灘涂作業(yè)船舶的重點(diǎn)和難點(diǎn)，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(tǒng)冷卻設(shè)計(jì)方案。

2 船舶概況

本清障工程船主要功能是執(zhí)法清理灘涂定置網(wǎng)。

本船為雙機(jī)、雙槳、雙舵、通長甲板排水型船，全船為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)。船長約 30m ，滿載排水量約260t ，設(shè)計(jì)吃水約 1.1m ，滿載巡航速度約 8kn ，續(xù)航力 600nmile ，自持力3晝夜，航速約 10kn ，主機(jī)功率447kW×2 臺，發(fā)電機(jī)組功率 100kW×2 臺。

3 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

灘涂作業(yè)船舶的冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保障清障工程船在灘涂區(qū)域長期工作的關(guān)鍵，其主要與海底門布置、冷卻系統(tǒng)海水濾器設(shè)計(jì)及供發(fā)電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)。本文將對此進(jìn)行扼要介紹。

3.1機(jī)艙海底門布置方案

通常，機(jī)艙海底門布置位置有以下幾種常見型式：1）兩舷各設(shè)置高低位海底門；2）兩海底門布置在機(jī)艙前壁靠中部；3）海底門布置在機(jī)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(shè)置高／低位海底門型式。當(dāng)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(yuǎn)洋大中型海船。而本船吃水過淺，如設(shè)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(xiàn)高差優(yōu)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(jī)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(jìn)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(jī)艙前壁靠中部方案不適用本船。

采用海底門布置在兩舷側(cè)同一水平面高型式，且其位置盡量遠(yuǎn)離船底基線，可以規(guī)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(jīng)上分析，該方案比較可行，如圖2所示。

海水濾器及濾網(wǎng)的合理配置，對保障船舶冷卻水系統(tǒng)長期正常運(yùn)行有重要作用。如選擇不當(dāng)，會嚴(yán)重影響其工作，且會增加船員作業(yè)期間的工作量。

通常情況下，一般在靠近海底門處各設(shè)置一個常規(guī)粗水濾器，其濾網(wǎng)孔徑應(yīng)滿足主副機(jī)技術(shù)要求。但按本船的工作情況，如果泥沙泛起，水質(zhì)渾濁，按常規(guī)要求通徑配置的粗水濾器，且濾網(wǎng)孔徑比標(biāo)準(zhǔn)小，其流通面積減小，阻力增大，嚴(yán)重影響進(jìn)水效果，引起進(jìn)水量不足問題，且濾網(wǎng)也很容易頻繁發(fā)生堵塞，大量增加清洗粗水濾器濾網(wǎng)工作。故按照常規(guī)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(tǒng)按常規(guī)的配置已不能適應(yīng)該船工況需要，應(yīng)針對本船工況，在海水濾器的通徑、數(shù)量、對應(yīng)濾網(wǎng)孔徑上作出恰當(dāng)優(yōu)化，合理配置，方可達(dá)到理想效果。例如，適當(dāng)加大機(jī)艙粗水濾器規(guī)格通徑，必要時采用非標(biāo)準(zhǔn)件，同時可適當(dāng)加大海水總管內(nèi)徑，延長發(fā)生堵塞時間；同時在每臺主副機(jī)的海水吸入支管路上各額外增設(shè)一只海水濾器，其濾網(wǎng)孔徑滿足設(shè)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?？傊?，冷卻水系統(tǒng)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(fā)生的問題。

3.3供發(fā)電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到本船在灘涂或其附近作業(yè)、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(fā)電機(jī)組提供冷卻海水，為此常規(guī)的海水冷卻系統(tǒng)不能適應(yīng)該船，為此本船發(fā)電機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)需要特殊設(shè)計(jì)。本船基于發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)冷卻型式，提出了以下幾種方案進(jìn)行分析：1）2臺水冷主發(fā)電機(jī)組 + 內(nèi)循環(huán)水艙[；2）2臺水冷主發(fā)電機(jī)組 +1 臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱停泊發(fā)電機(jī)組；3）2臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱主發(fā)電機(jī)組；4）1臺水冷主發(fā)電機(jī)組+1 臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱主發(fā)電機(jī)組。

1）2臺水冷主發(fā)電機(jī)組 + 內(nèi)循環(huán)水艙方案

每臺發(fā)電機(jī)組設(shè)兩套冷卻水系統(tǒng)，舷外海水冷卻與內(nèi)循環(huán)冷卻相互轉(zhuǎn)換使用。冷卻水系統(tǒng)需改裝，需增設(shè)溫控閥及轉(zhuǎn)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(tǒng)海水濾器選擇及配置

船體需設(shè)液艙來儲存柴油機(jī)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(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原理見圖3所示。

本方案主機(jī)機(jī)帶冷卻水系統(tǒng)需改裝并取證，另外在使用時，船員操作程序較復(fù)雜。

2）2臺水冷主發(fā)電機(jī)組 +1 臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱停泊發(fā)電機(jī)組方案

停泊發(fā)電機(jī)組的風(fēng)冷水箱與發(fā)電機(jī)組分離，發(fā)電 機(jī)組布置在船艙內(nèi)，風(fēng)冷水箱放置在甲板上，采用風(fēng) 冷替代海水冷卻，不受海水狀況影響。

水冷主發(fā)電機(jī)組與遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱停泊發(fā)電機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)均按廠家標(biāo)準(zhǔn)配置，無需改裝。

發(fā)電機(jī)組冷卻液均為常規(guī)，2臺水冷發(fā)電機(jī)組采用舷外海水冷卻發(fā)電機(jī)組內(nèi)淡水，停泊發(fā)電機(jī)組采用遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱冷卻發(fā)電機(jī)內(nèi)的淡水。該方案需增配約30kW 停泊發(fā)電機(jī)組及風(fēng)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(shè)備艙增設(shè)一套柴油機(jī)排氣管，設(shè)備艙風(fēng)機(jī)能力加大。為避免風(fēng)冷水箱的噪音對住艙影響，風(fēng)冷水箱宜布置在遠(yuǎn)離住艙位置。

3）2臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱主發(fā)電機(jī)組方案

由遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱冷卻發(fā)電機(jī)組機(jī)內(nèi)淡水。該措施需增加遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱2套。因風(fēng)冷水箱風(fēng)量大，如布置在機(jī)艙其通風(fēng)困難。本船2臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱布置在羅經(jīng)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(jī)長室旁的機(jī)艙通風(fēng)機(jī)與羅經(jīng)甲板艉部風(fēng)冷水箱風(fēng)扇，噪聲大。

4）1臺水冷主發(fā)電機(jī)組 +1 臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱主發(fā)電機(jī)組方案

此為水冷和風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組各一臺組合方案。該方案需增加遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱1套。兩套主發(fā)電機(jī)組布置在機(jī)艙，1臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱布置在頂甲板。航行時上建住艙噪音源為輪機(jī)長室旁機(jī)艙通風(fēng)機(jī)或羅經(jīng)甲板風(fēng)冷水箱風(fēng)扇，坐灘時上建住艙噪音源為羅經(jīng)甲板風(fēng)冷水箱風(fēng)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(cè)各設(shè)一個壓載艙，可利用壓載艙兼做發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)冷卻液儲存艙。但壓載艙容積較小，如用作內(nèi)循環(huán)水艙，循環(huán)水艙內(nèi)的水溫很快將升到較高溫度而失去冷卻作用，可持續(xù)運(yùn)行時間短。

采用主發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱方案，其風(fēng)冷水箱占用甲板空間較大。本船擬以 的主發(fā)電機(jī)組進(jìn)行試布置，但遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱尺寸較大，重量重，布置困難，且對船舶穩(wěn)性有一定影響。

本船如采用風(fēng)冷停泊發(fā)電機(jī)組方案，其功率可僅為 30kW ，風(fēng)冷水箱外形尺寸（長 × 寬 × 高：1090mm×852mm×1300mm ）較小，可以布置在遠(yuǎn)離居住區(qū)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(jīng)對比分析，本船宜采用2臺水冷主發(fā)電機(jī)組 +1 臺遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱停泊發(fā)電機(jī)組方案，其布置見圖4所示。

3.4方案實(shí)施

本船海底門布置在機(jī)艙兩舷緊靠生活污水艙與污油水艙處，海水總管通徑計(jì)算值為 137.9mm ，實(shí)際取值DN200，濾器為DN200的粗水濾器，濾網(wǎng)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(yè)時，左右兩邊海底門可輪流使用；在2臺主機(jī)與2臺主發(fā)電機(jī)組的海水冷卻水吸入管路上各增設(shè)1個海水濾器，海水濾器通徑比管路大一檔，濾網(wǎng)孔徑為 1.6mm （濾通比不小于3），滿足設(shè)備對海水冷卻系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)要求。同時，兩舷海底門上設(shè)有壓縮空氣吹除裝置，灘涂作業(yè)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(yè)后、啟動海水冷卻水系統(tǒng)前可使用壓縮空氣對海底門內(nèi)污物進(jìn)行吹除清理。

停泊發(fā)電機(jī)組布置在設(shè)備艙，其遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱布置在設(shè)備艙區(qū)域所對應(yīng)的甲板上，即主甲板前部。停泊發(fā)電機(jī)組采用風(fēng)冷，即淡水冷卻柴油機(jī)，其高溫淡水由遠(yuǎn)置風(fēng)冷水箱冷卻，風(fēng)冷水箱由1臺 3kW 風(fēng)機(jī)與1個帶鰭片的膨脹水箱集成。

4結(jié)語

本文以灘涂作業(yè)的某清障工程船冷卻水系統(tǒng)為例，簡要介紹了該類船舶冷卻水系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)方法和解決方案。經(jīng)實(shí)船運(yùn)行驗(yàn)證，該型船主機(jī)、主發(fā)電機(jī)組、停泊發(fā)電機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)運(yùn)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。

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