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船用 MGO 冷却器的选型设计

作时间:2019-07-11  来源:江门市南洋船舶工程有限企业  编辑:周继红
   
摘 要 :MGO(Marine Gas Oil)是低硫轻柴油,粘度很低,为了满足船用燃油设备的粘度要求,必须提高其粘度。文章详细先容了采用冷却器进行热交换来加以解决,对实船的设计和订货有一定的参考价值。
1 概述自 2010 年 1 月 1 日起,欧盟港口开始单边实施船舶强制使用低硫燃油的法令 2005/33/EC。法令规定:2010 年1 月 1 日起,在欧盟港口停泊(包括锚泊、系浮筒、码头停泊)超过 2 小时的船舶不得使用硫含量超过 0.1%m/m 的燃油,船舶停泊后应尽早转换为低硫燃油(硫含量不超过0.1%m/m),船舶开航前尽量晚切换成高硫燃油;燃油转换操作应记录在船舶日志上。该限制适用于所有燃油种类及所有燃烧设备,包括主锅炉和辅锅炉。该法令和现有的“波罗的海、英吉利海峡及美北海排放控制区(ECA)”要求的实施,意味着船舶必须备有合适的燃油及可行的储存和操作系统。IMO 和 CARB 燃油硫含量限值及应用阶段见图 1。
2 面对的问题
长时间使用 MGO 会导致 MGO 粘度降低,因为主机的回油和新油混合会使燃油温度提高,这样当粘度小于 2cSt时很容易造成高压油泵咬死,所以如果船上遵循此规范, IMO 和 CARB 燃油硫含量限值及应用阶段就必须控制主机进油口的粘度,就应该添加必要的冷却设备。目前需解决的问题是:
(1) 人们把硫含量低于 0.1%的低硫柴油称为 MGO(Marine Gas Oil),意思是船用汽油,易燃易爆的风险性很大。
(2)MGO 含硫量低同时其粘度也很低,40℃时是 1.5cSt及以上。
(3)目前冷却设备设计还不全面,无法满足所有要求。研究空调系统的科研人员考虑采用 Chiller Unit,用制冷剂作为热交换介质的冷水机组,可以将 MGO 的油温降低到20℃,燃油的粘度等级完全可以达到要求。但此冷却设备体积较大,且投入成本较高。
(4)采用板式冷却器(Cooler Unit)。
3 选型研究
3.1 制冷单元
以辅机 MGO 的制冷单元为例。
3.1.1 冷水机组
(1) 冷 媒 :R404A 或 R134A 或R407C。(2)冷凝器端冷却水类型:36℃低温淡水。(3) 冷凝器端冷凝温度:40℃。(4)蒸发器端冷却水温度:从 12℃到 7℃。(5)MGO 端冷却温度:从 42℃到 20℃。(6)MGO 冷却器冷媒:36℃低温淡水。
3.1.2 压缩机电机 4.2kW/1200rpm
3.1.3 冷凝器
(1)型式:卧式壳管式。(2)冷却水类型:36℃低温淡水。(3) 冷却水消耗量:3m 3 /h。(4)冷凝温度:40℃。
3.1.4 蒸发器
(1)型式:卧式壳管式。(2)水进口温度:12℃。(3)水出口温度:7℃。
3.1.5 冷水机组配件
制冷剂贮液罐、电磁阀、膨胀阀、视液镜、干燥滤器等。
3.2 MGO 低硫油冷却单元
3.2.1 膨胀水箱
(1)容量大约 49 升。(2)非常高工作压力:0.25MPa。(3)附件有:用于液位控制的管子开关、手动进水阀、自动进水阀、止回阀、出水阀、泄放阀、排气阀、安全阀、隔膜压力表等。
3.2.2 水滤器
3.2.3 冷却水泵
3.2.4 冷却器
(1)型式:板式热交换器。(2)非常大冷却功率:10.52kW。(3)结垢热损失:20%。(4)低硫油进口温度:42℃。(5)低硫油出口温度:20℃。(6)冷却水进口温度:7℃。(7)冷却水出口温度:12℃。(8)附件有:旁通阀、截止阀、安全阀、电动三通调节阀。
3.2.5 温控阀
带位置驱动温控阀,由 PT100 输出信号控制,以控制到 MGO 冷却器的冷却水量。
3.3 电气及控制
采用 PLC 自动控制报警及各启动功能,包括电控箱、报警信号、运行信号及电气连接。机组启动运行后,自动控制系统将根据燃油回油设定温度,自动控制机组的能量调节。
从以上配置可以看出,采用冷水机组的原理可以将水制冷到 7℃,然后通过板式冷却器进行热交换,将 42℃的MGO 低硫油冷却到 20℃,从根本上确保了 MGO 的粘度能够控制到 2cSt 以下。但热交换设备复杂,占用船上空间大,且需电气控制系统,产生故障的频率增大,费用相当高,Chiller Unit 流程图及外形图见图 2。
3.4 海水冷却单元
在主机及发电机燃油进油管路上各安装 1 台好立的板式热交换器,用 32℃的海水去冷却 NGO,可以冷却到35℃,板片的材料采用 0.5mm 厚的钛板。经过试验,燃油的粘度非常接近 2cSt。当然,如果海水温度低于 32℃,则MGO 冷却后的温度更低,粘度将低于 2cSt。
 Chiller Unit 流程图及外形图
用海水作为冷侧热交换介质板式冷却器,板片数量少,冷却器结构简单,控制简单,布置占用空间小,成本非常低。但是,海水冷却的热交系统是开式系统,一旦冷却器的板片结构发生泄漏,热侧的燃油渗漏到冷侧的海水侧,燃油将会排入海中,对海洋环境造成污染,这是 IMO 和SOKAS 不允许的。
3.5 淡水冷却单元
在主机及发电机燃油进油管路上各安装 1 台好立的板式热交换器,用 36℃的淡水去冷却 NGO,可以冷却到35℃,板片的材料采用 0.5mm 厚的钛板。经过试验,燃油的粘度非常接近 2cSt。随着炼油技术的不断提高,目前,只要确保 40℃左右的冷却温度,MGO 的粘度完全可以达到2cSt 以上。当然,如果海水温度低于 32℃,则 MGO 冷却后的温度更低,粘度将低于 2cSt。
4 结束语
船上的主机、发电机、锅炉等使用燃油的设备,均要求燃油的粘度不低于 2cSt,否则将加剧零部件的磨损。对于柴油机,油泵磨损后,内部泄漏量增大,导致喷射压力不足,可能会造成主机无法启动。用船上造水机自产的淡水通过板式热交换器去冷却燃油,既经济又清洁环保。
目前的非常新优化设计是将淡水冷却的 MGO 冷却器与燃油供油单元一起设计和供货,减少了好立 MGO 冷却单元的电气控制系统,且 MGO 粘度控制和油温的显示与供油单元一起安装到船上,36℃的淡水冷却,既节约空间,采购成本也将大大减少。
根据实船的安装统计,如果采用 Chiller Unit,每条船MGO 冷却单元的采购成本不少于 40 万元人民币;当采用淡水冷却的 Cooler Unit,且 MGO 冷却单元安装在供油单元上,则每条船 MGO 冷却单元的采购成本不超过 3 万元人民币。
 
 
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