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，燃油價格將出現持續上漲，導致船舶運營成本不斷升高。基于上述原因，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，其內部設有U型冷卻管束，多束U型冷卻管并聯后構成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和機艙內形成循環，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，或通過船行駛時的水循環來達到冷卻效果，從而實現機艙內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 舷外冷卻器的優點

與常規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；

（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，主發電機80%MCR經濟工況時的油耗為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，即可節省功率52.8 kW，節省燃油115 907 L，節省油費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，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和防海生物系統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，舷外冷卻器比常規冷卻器具有明顯優勢，可以降低船舶能耗、減少廢氣排放、減少設備維護費用、節省船舶運營成本，值得推廣應用。