渔船中速柴油机燃用重油的粘度控制系统

李碧桃

(福建交通职业技术学院，福建福州 350007)

在能源紧张的今天，船舶节能技术是全世界共同关注的问题。船舶消耗的主要能源是油料，在各种船用油料中，重油价格低廉，约是轻柴油价格的60%。渔船主机进行燃用重油改造，可大大降低船舶营运成本。但渔船运行工况变化频繁，而且常用工况负荷较低，一般只有额定工况的65% ～80%，对燃用重油的适应性较差，特别是重油粘度高，在喷油时无法正常雾化而影响柴油机正常运行。通过对重油的粘度进行严格自动控制，并通过对柴油机的相关零部件和船舶动力管系进行燃用重油的改造设计及对柴油机的运行管理提高要求后，重油在中速柴油机渔船上使用的技术已经十分成熟。本文主要介绍渔船中速柴油机改用重油时，对重油粘度自动控制方法及其控制系统。

1 燃油粘度自动控制原理

燃油粘度自动控制系统原理如图1所示。控制系统的组成包括:燃油粘度测量装置 (测粘计);温度传感器;控制燃油粘度的电动蒸汽调节阀;蒸汽加热器;轻/重油切换阀;燃油粘度/温度控制器。

当燃油粘度/温度控制器接受来自粘度测量装置、温度传感器的测量信号时，控制器软件根据设定的工作状态和粘度、温度测量值输出的控制信号，控制轻/重油切换阀和控制燃油粘度的蒸汽调节阀的动作。燃油粘度测量装置采用压差式测粘计和电动差压变送器，电动差压变送器将反映粘度大小的压差信号转换为4～20 mA电流送给燃油粘度/温度控制器，作为测量信号。

图1 燃油粘度控制系统原理图

温度传感器由Pt100热电阻和电流变送器组成，电流变送器将反映温度高低的阻值信号转换为4～20 mA的电流送至控制器。燃油粘度/温度控制器的自动模式分为粘度自动控制和温度自动控制2种模式。粘度/温度自动控制模式的工作过程如图2所示。

图2 粘度/温度控制模式

当燃油粘度增大时，压差式测粘计通过电动差压变送器输出的电流信号增大，该增大的信号送入燃油粘度/温度控制器，经过燃油粘度/温度控制器输出增大的信号使控制燃油粘度的蒸汽调节阀的开度增大，加强对燃油的加热强度，降低燃油的粘度，该控制的调节过程经过燃油粘度/温度控制器的PID调节作用规律，直到燃油粘度回到给定值上。反之，当燃油粘度减小，调节作用相反，关小控制燃油粘度的蒸汽调节阀的开度，降低对燃油的加热强度，燃油的粘度升高，直到燃油粘度回到给定值上。

当温度传感器的测量信号增大时，即油温升高，则燃油粘度降低，该增大的信号送入燃油粘度/温度控制器，经过燃油粘度/温度控制器输出增大的信号使控制燃油粘度的蒸汽调节阀的开度减小，降低对燃油的加热强度，燃油的粘度升高，该控制的调节过程经过燃油粘度/温度控制器的PID调节作用规律，直到燃油粘度回到给定值上。反之，当温度传感器的测量信号减小时，即油温降低，则燃油粘度增大，调节作用相反，开大控制燃油粘度的蒸汽调节阀，加强对燃油的加热强度，燃油的粘度降低，直到燃油粘度回到给定值上。温度传感器的测量信号同时作为轻/重油切换阀的控制信号，当油温达到切换的设定温度时，燃油粘度/温度控制器输出信号去控制轻/重油切换阀，实现轻柴油/重油的自动切换。

当油温未达到柴油机所需最佳粘度值对应的温度 (上限温度)时，对油温的控制采用温度自动控制模式，此时粘度自动控制模式未工作，当油温达到柴油机所需最佳粘度值对应的温度 (上限温度)时，粘度自动控制模式自动投入工作，而温度自动控制模式自动停止工作。

该系统在自动控制出现故障时，燃油粘度和温度还可进行手动控制，通过手动改变蒸汽调节阀，改变加热器的加热强度来实现的。当蒸汽调节阀开大时，燃油温度升高，粘度降低;反之，温度降低，粘度升高。轻/重油切换也可手动操作。

2 蒸汽系统的设计

目前，绝大多数渔船都没有设置燃油辅锅炉，而且渔船运行工况变化频繁，常用工况负荷较低，一般只有额定工况的65%～80%，所以渔船也不适合设置废气锅炉。因此，早些时候，在一些渔船中速柴油机上尝试改用重油时，其重油的粘度控制采用电加热装置直接对重油加热的方式，这种控制方法设备简单，设备体积小，占据空间小，投资少，机舱不需要有设置锅炉及其系统的空间，但采用电能直接加热存在传热不均匀性的缺点，使油的粘度无法均匀调节到适合主机的燃油雾化质量要求，从而使主机运行不良。所以，电能直接加热方法控制燃油粘度在渔船上没有得到推广应用。

对重油粘度控制采用蒸汽加热的调节方法效果最佳，根据上述重油粘度控制系统原理，针对渔船没有设置燃油辅锅炉及废气锅炉的特点，这里介绍一种适用于渔船的生产蒸汽的系统及其设备。系统原理图如图3所示。

图3 蒸汽系统原理图

该蒸汽系统利用渔船主机排出的废气的余热(渔船主机排除废气的余热温度可达300℃以上)通过热交换器加热电锅炉水 (淡水)，电锅炉水被加热温度升高后存放于热水柜，蒸汽由电锅炉产生，产生的蒸汽用于加热重油来控制重油的粘度。而当电锅炉的水位因产生蒸汽而下降到低水位时，由热水柜对电锅炉自动补充热炉水 (电锅炉水位可自动控制)。

该蒸汽系统结构、设备简单，投资省，克服了采用电能直接加热的不均匀性的缺点，同时对主机排出的废气余热回收利用，进一步提高主机的综合热效率、能源的利用效率以及船舶的运营经济性。

3 结束语

能源和资源问题已经成为世界发展的头号问题，我国渔船在发展过程中存在的能源利用率低的问题应得到高度重视。只要我们在渔船设计、制造、改造和使用方面充分考虑节能降耗问题，利用先进的技术和管理模式，就能合理利用能源，降低环境污染，实现渔业的可持续发展，本文介绍的渔船中速柴油机燃用重油的粘度控制方法和技术的应用，可以大大提高渔船运营的经济性，是渔船节能的有效措施。

［1］陈清彬.轮机自动化［M］.人民交通出版社，2009.

［2］李世臣，徐善林.轮机自动化［M］.大连海事大学出版社，2008.

［3］黄步松，吕凤明.船舶柴油机［M］.人民交通出版社，2009.

［4］刘兴永.船舶动力装置［M］.人民交通出版社，2008.