船用MGO冷卻器的選型設計
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：MGO（Marine Gas Oil）是低硫輕柴油，粘度很低，為了滿足船用燃油設備的粘度要求，必須提高其粘度。文章詳細介紹了采用冷卻器進行熱交換來加以解決，對實船的設計和訂貨有一定的參考價值。
關鍵詞：船用；MGO；冷卻器；選型；設計
中圖分類號：U664 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）20-0086-02
Abstract： MGO （Marine Gas Oil） is a low sulfur light diesel oil with low viscosity. In order to meet the viscosity requirements of marine fuel equipment， it is necessary to increase its viscosity. In this paper， the use of cooler for heat exchange is introduced in detail， which has a certain reference value for the design and ordering of real ships.
Keywords： marine； MGO； cooler； type selection； design
1 概述
自2010年1月1日起，歐盟港口開始單邊實施船舶強制使用低硫燃油的法令2005/33/EC。法令規定：2010年1月1日起，在歐盟港口停泊（包括錨泊、系浮筒、碼頭停泊）超過2小時的船舶不得使用硫含量超過0.1%m/m的燃油，船舶停泊后應盡早轉換為低硫燃油（硫含量不超過0.1%m/m），船舶開航前盡量晚切換成高硫燃油；燃油轉換操作應記錄在船舶日志上。該限制適用于所有燃油種類及所有燃燒設備，包括主鍋爐和輔鍋爐。該法令和現有的“波羅的海、英吉利海峽及美北海排放控制區（ECA）”要求的實施，意味著船舶必須備有合適的燃油及可行的儲存和操作系統。IMO和CARB燃油硫含量限值及應用階段見圖1。
2 面對的問題
長時間使用MGO會導致MGO粘度降低，因為主機的回油和新油混合會使燃油溫度提高，這樣當粘度小于2cSt時很容易造成高壓油泵咬死，所以如果船上遵循此規范，就必須控制主機進油口的粘度，就應該添加必要的冷卻設備。目前需解決的問題是：
（1）人們把硫含量低于0.1%的低硫柴油稱為MGO（Marine Gas Oil），意思是船用汽油，易燃易爆的風險性很大。
?。?）MGO含硫量低同時其粘度也很低，40℃時是1.5cSt及以上。
?。?）目前冷卻設備設計還不全面，無法滿足所有要求。研究空調系統的科研人員考慮采用Chiller Unit，用制冷劑作為熱交換介質的冷水機組，可以將MGO的油溫降低到20℃，燃油的粘度等級完全可以達到要求。但此冷卻設備體積較大，且投入成本較高。
?。?）采用板式冷卻器（Cooler Unit）。
3 選型研究
3.1 制冷單元
以輔機MGO的制冷單元為例。
3.1.1 冷水機組
?。?）冷媒：R404A或R134A或R407C。（2）冷凝器端冷卻水類型：36℃低溫淡水。（3）冷凝器端冷凝溫度：40℃。（4）蒸發器端冷卻水溫度：從12℃到7℃。（5）MGO端冷卻溫度：從42℃到20℃。（6）MGO冷卻器冷媒：36℃低溫淡水。
3.1.2 壓縮機電機4.2kW/1200rpm
3.1.3 冷凝器
?。?）型式：臥式殼管式。（2）冷卻水類型：36℃低溫淡水。（3）冷卻水消耗量：3m3/h。（4）冷凝溫度：40℃。
3.1.4 蒸發器
?。?）型式：臥式殼管式。（2）水進口溫度：12℃。（3）水出口溫度：7℃。
3.1.5 冷水機組配件
制冷劑貯液罐、電磁閥、膨脹閥、視液鏡、干燥濾器等。
3.2 MGO低硫油冷卻單元
3.2.1 膨脹水箱
?。?）容量大約49升。（2）最高工作壓力：0.25MPa。（3）附件有：用于液位控制的管子開關、手動進水閥、自動進水閥、止回閥、出水閥、泄放閥、排氣閥、安全閥、壓力表等。
3.2.2 水濾器
3.2.3 冷卻水泵
3.2.4 冷卻器
?。?）型式：板式熱交換器。（2）最大冷卻功率：10.52kW。（3）結垢熱損失：20%。（4）低硫油進口溫度：42℃。（5）低硫油出口溫度：20℃。（6）冷卻水進口溫度：7℃。（7）冷卻水出口溫度：12℃。（8）附件有：旁通閥、截止閥、安全閥、電動三通調節閥。
3.2.5 溫控閥
帶位置驅動溫控閥，由PT100輸出信號控制，以控制到MGO冷卻器的冷卻水量。
3.3 電氣及控制
采用PLC自動控制報警及各啟動功能，包括電控箱、報警信號、運行信號及電氣連接。機組啟動運行后，自動控制系統將根據燃油回油設定溫度，自動控制機組的能量調節。
從以上配置可以看出，采用冷水機組的原理可以將水制冷到7℃，然后通過板式冷卻器進行熱交換，將42℃的MGO低硫油冷卻到20℃，從根本上確保了MGO的粘度能夠控制到2cSt以下。但熱交換設備復雜，占用船上空間大，且需電氣控制系統，產生故障的頻率增大，費用相當高，Chiller Unit流程圖及外形圖見圖2。
3.4 海水冷卻單元
在主機及發電機燃油進油管路上各安裝1臺獨立的板式熱交換器，用32℃的海水去冷卻NGO，可以冷卻到35℃，板片的材料采用0.5mm厚的鈦板。經過試驗，燃油的粘度非常接近2cSt。當然，如果海水溫度低于32℃，則MGO冷卻后的溫度更低，粘度將低于2cSt。
用海水作為冷側熱交換介質板式冷卻器，板片數量少，冷卻器結構簡單，控制簡單，布置占用空間小，成本非常低。但是，海水冷卻的熱交系統是開式系統，一旦冷卻器的板片結構發生泄漏，熱側的燃油滲漏到冷側的海水側，燃油將會排入海中，對海洋環境造成污染，這是IMO和SOKAS不允許的。
3.5 淡水冷卻單元
在主機及發電機燃油進油管路上各安裝1臺獨立的板式熱交換器，用36℃的淡水去冷卻NGO，可以冷卻到35℃，板片的材料采用0.5mm厚的鈦板。經過試驗，燃油的粘度非常接近2cSt。隨著煉油技術的不斷提高，目前，只要確保40℃左右的冷卻溫度，MGO的粘度完全可以達到2cSt以上。當然，如果海水溫度低于32℃，則MGO冷卻后的溫度更低，粘度將低于2cSt。
4 結束語
船上的主機、發電機、鍋爐等使用燃油的設備，均要求燃油的粘度不低于2cSt，否則將加劇零部件的磨損。對于柴油機，油泵磨損后，內部泄漏量增大，導致噴射壓力不足，可能會造成主機無法啟動。用船上造水機自產的淡水通過板式熱交換器去冷卻燃油，既經濟又清潔環保。
目前的最新優化設計是將淡水冷卻的MGO冷卻器與燃油供油單元一起設計和供貨，減少了獨立MGO冷卻單元的電氣控制系統，且MGO粘度控制和油溫的顯示與供油單元一起安裝到船上，36℃的淡水冷卻，既節約空間，采購成本也將大大減少。
根據實船的安裝統計，如果采用Chiller Unit，每條船MGO冷卻單元的采購成本不少于40萬元人民幣；當采用淡水冷卻的Cooler Unit，且MGO冷卻單元安裝在供油單元上，則每條船MGO冷卻單元的采購成本不超過3萬元人民幣。
參考文獻：
[1]中國船級社（CCS）.船舶使用低硫燃油指南[Z].2013，7.
[2]MAN Diesel & Turbo低硫燃油的使用Operation on Low Sulphur Fuels，2010.船舶設計實用手冊（輪機分冊）[M].國防工業出版社，1999.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14882200.htm
