船用滑油冷却器的选型分析

王广夫，王 琰

● （1.驻大连426厂军代表室，大连 116001；2.上海船舶设备研究所，上海 200031）

船用滑油冷却器的选型分析

王广夫1，王 琰2

● （1.驻大连426厂军代表室，大连 116001；2.上海船舶设备研究所，上海 200031）

本文通过对不同型式换热设备结构、工作特点及性能的对比分析，讨论了在船用条件下，应用于滑油冷却设备的制约因素，得出了管壳式热交换器结构是当前船用滑油冷却器的主选结构型式的结论。

换热设备；船用条件；管壳式

1）由于受布置空间与总体重量限制，一般要求船用换热设备结构紧凑小型化；

2）由于船用换热设备一般是利用海水冷却，一旦海水泄漏至热端流体可能导致严重的后果，甚至影响整个动力装置的安全运行，因此船用换热设备对密封性能与可靠性要求高；

3）船体在运行过程中，可能遭遇振动、冲击、大角度倾斜及噪音等恶劣工况；

4）船用换热设备，常用的冷却介质是海水，具有较强的腐蚀性；同时由于海水侧容易结垢而且常伴随水生物附着，必须定期进行清理，但由于船上设备布置较为紧凑，因此一般要求船用换热设备具备清洗方便的特点。

1 应用背景

滑油冷却器作为一种广泛应用于动力、化工、船舶、制冷和机械等领域的换热设备[1]，其主要作用为冷却润滑油，在汽轮机以及发电机运行过程中，保持其轴承的温度在正常范围内。采用循环水作为介质实现热交换，使具有一定温差的两种液体介质实现热交换，从而达到降低油温使之达到规定值，确保机组的正常运行。可以说，滑油冷却器是一种必不可少的换热设备，其正常、稳定地运行时汽轮机等大型机械设备安全运行的重要保证。

换热设备是船舶动力装置中的重要设备。与陆用换热设备相比，海洋应用环境及使用要求给船用换热设备带来诸多特殊额外的制约因素[2]：

2 各型换热设备的结构及其工作特点

换热器的种类和型式很多，对于应用液-液或液-汽换热的换热器来说，若按照传热面型式来分，主要有管式换热器和板面式换热器两大类：管式就是以管材的内外表面为传热面；板面式是以各种形状的板材表面作为传热面。

2.1 管式换热器

管式换热器具有结构简单、可靠性高、适应压力范围广、使用材料广泛设计，制造和使用技术成熟等优点，特别在温度高和压力高等工况下，占有相当优势。主要结构形式有3种[3]。

2.1.1 蛇管式热交换器

图1为几种常见沉浸式蛇管换热器。具有结构简单、操作方便和造价低廉等特点。管子可承受较大的流体介质压力。但由于管外流体流速很小，其单位传热面积金属消耗量大，因而传热效率较低，体积大，设备笨重，不适于制造大型换热器。

图2为常见喷淋式蛇管换热器。把若干直管水平排列于同一垂直面上，两端通过弯头连接，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋洒在管排上，最后集中于下部槽内。喷淋式蛇管式换热器的主要优点是与沉浸式相比，管外流体的传热系数大，且结构简单、紧凑，易于制造安装，便于检修和清洗。其缺点是体积也较大，有时喷淋效果不够理想[4]。

图2 常见喷淋式蛇管换热器

2.1.2 套管式换热器

常见的套管式换热器主要有两种，如图3(a)所示的直管式套管换热器和如图3(b)所示的弯管式套管换热器。换热器工作时，两种不同温度的流体分别从内管和套管环隙流过，并多以逆流方式进行，从而传热面两侧都有较高的换热系数，特别适合于高压、低传热系数流体的换热。但套管式换热器接头较多，可拆连接处容易造成泄漏，不易检修、清洗和拆卸，这种换热器一般适用于流体流量较小的场合。

图3 套管式换热器

2.1.3 管壳式换热器

管壳式换热器是一种应用最广泛的换热设备。如图4所示，主要由壳体、管板、端盖、管束等组成。端盖和壳体装有流体的进出口接管。为了增加流体在管外空间的流速，往往在壳体内管束上安装与管束相垂直的折流板，以改善传热效率。这种换热器总体结构比较简单、紧凑，造价较低廉，操作安全可靠，选用材料较为广泛，易于制造，清洗较为方便，能在高温高压下使用，从而得到广泛使用。

图4 管壳式换热器

2.2 板面式换热器

板面式换热器是以对流和热传导为主要手段的换热设备，其传热效率比管式换热器高，是一种高效、紧凑、节能的换热设备。该设备以波纹板为传热面，采用板材制作，生产成本低，但其耐压性能较管式换热器低，主要结构形式有3种。

2.2.1 螺旋板式换热器

螺旋板式换热器如图5所示具有传热系数高、不易结垢、易清洗、结垢紧凑、材料利用率高等特点，适用于处理含固体颗粒或纤维的悬浮液以及有粘性、有沉淀液体的热交换。最大的缺点是换热器的密封比较困难。而且一旦发生泄漏，常常由于无法有效检测漏点位置并进行修补，而只能整台报废。

图1 螺旋板式换热器

2.2.2 板翅式换热器

板翅式换热器如图6所示[5]，最大的特点就是传热效率高、结构紧凑。但板翅形换热器流道小，容易产生堵塞，而增大压力降，由于受材料所限，不能承受高温高压，且不能进行机械清洗。适用于粘度系数较小的气体介质进行热量交换。另外，制造工艺要求严格，工艺过程复杂。

2.2.3 板式换热器

板式换热器如图7所示，具有传热效率高、使用安全可靠、结构紧凑、清洗方便和易维修等优点。但由于板式换热器板片周边太长，易渗漏。此外，由于流道狭小，应当避免流体中含有直径较大的颗粒，通常不要超过平均通道的三分之一。在相等流速条件下，板式换热器相对于管壳式换热器的压降要高出许多，但实际应用时板式热交换器中流体速度较低且长度较短，实际产生的压降也可以接受。

2.3 各类换热器性能比较

以上所述的各类换热器性能比较见表1。

图6 板翅式换热器

图7 板式换热器

表1 各类换热器性能

3 选型分析

换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种情况下下性能很好的换热器，如果换到另一种情况下使用却不一定很合适，可能传热效果和性能会有很大的改变。因此，换热器的选型将直接影响到换热器的运行。要使换热器能在给定的船用条件下很好的运行，必须在熟悉和掌握各型换热器的结构及其工作特点基础上，结合船用换热设备的限制，对船用换热器进行合理的选择。

蛇管式换热器由于其传热效率低，设备体积较大，因此不适用于船用换热设备。

套管式换热器具有较高的换热效率，但其接头较多，可拆连接处容易造成泄漏，不易检修、清洗和拆卸，因此也不适用于船用换热设备。

对于螺旋板式换热器来说，虽然其传热效率及紧凑性都比较好，并且具有较好的抗污垢能力，但由于其直径比较大，其承压能力和直径受船上布置安装的限制。同时其具有不易检修的特性，因此也不适用于船用换热设备。

由于在船用滑油冷却器中，海水侧容易结垢而且常伴随水生物附着，因此往往需要定时清洗[6]，板翅式换热器的主要不足之处是其流道狭小，容易引起堵塞而增大压力降。由于不能拆卸，一旦产生堵塞或结垢，清洗很困难。所以也不适用于船用换热设备。

板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，使用灵活，拆装清洗方便。但考虑实际应用时还有一些限制：

1）目前国内设计板式换热器的一般许用压力低于管壳式换热器，应根据设计压力酌情选用；

2）海水的盐度较高，尤其是其中的氯离子对于板片的腐蚀比较严重，普通不锈钢板片不能满足要求，因此要采用成本较高的钛合金作为板材；

3）海水容易结垢，当板片表面的污垢严重时，介质中的腐蚀元素（Cl、S等）可能大量附着于污垢，并在污垢底部缝隙处富集；

4）由于板式换热器板片周边太长，渗漏机会大。

因此，板式换热器要应用在船用换热设备中，还需要克服这些困难。

4 结论

通过以上比较分析发现，管壳式热交换器换热能力强、结构简单紧凑，两侧密封性能良好、且清洗较为方便，易于制造，特别在处理量大、温度和压力高等场合下具有其独特的优势，满足船用滑油冷却器的各种制约因素，是当前船用滑油冷却设备的主选结构型式。另外，如能克服使用制约条件限制，板式换热器有望成为管壳式换热器的替代产品。

[1]南金秋.滑油冷却器强化传热实验研究及其优化设计[D].哈尔滨工程大学硕士论文, 2008.

[2]邱金荣,贾臻,龚自力,徐俊峰.船用换热设备选型分析及小型化技术应用[J].舰船科学技术, 2012,34(10), 98-101.

[3]刘月芹.浅谈换热器的分类和特点[J].化工设计通讯,2003(3):39-42.

[4]贾俊峰.摩托车取暖装置研究[D].重庆大学硕士论文, 2004.

[5]T.KUPPAN.Heat Exchanger Design Handbook[M].Taylor & Francis Inc., 2000.

[6]侯立平,于成安.船舶板式冷却器及其清洗[J].航海技术, 2010(4): 59-62.

上半年全球新船订单同比降近两成

据韩国《朝鲜日报》等媒体日前报道，韩国造船界和英国克拉克松研究公司的统计数据显示，今年上半年，全球新船订单量为944艘、2048万修正总吨，按修正总吨计，同比减少17.2%。其中，中国船企接单量继续稳居世界第一位，韩国船企接单量降幅较大。

上半年，中国船企承接新船订单481艘、909万修正总吨，总金额为145.56亿美元，按修正总吨计，同比下降7.8%，占国际市场份额的44%。韩国船企承接新船订单164艘、555万修正总吨，总金额为132亿美元，按修正总吨计，同比下降29.5%，占国际市场份额的27%。日本船企承接新船订单177艘、345万修正总吨。

截至6月底，全球船企手持新船订单5274艘、1.12亿修正总吨。其中，中国船企手持新船订单2443艘、4499万修正总吨。韩国船企手持新船订单886艘、3295万修正总吨。日本船企手持新船订单939艘、1842万修正总吨。

上半年，虽然全球新船订单量出现下降，新船价格却持续回升，克拉克松新船价格指数在5月份最高涨至140点，进入6月份才出现回落。

韩国造船界人士认为，上半年的全球新船订单中，相当一部分是去年新船价格处于低位时，船东下的选择权订单。船价持续回升是船东急于让这些订单“转正”的主要原因。对于下半年的国际船舶市场走势，韩国造船界人士认为，虽然欧洲船舶融资政策趋于宽松，但受运力过剩等不利因素的影响，新船市场仍不容乐观。

（作者：牛序谋）

Analysis on Type Selection of Marine Oil Cooler

WANG Guang-fu1，WANG Yan2
(1.Navy Representative Office at Dalian 426 Shipyard , Dalian 116001, China; 2.Shanghai Marine Equipment Research Institute, Shanghai 200031, China)

Through comparison analysis on structure, working characteristics and performance of different type heat exchangers, a brief conclusion is made that shell and tube heat exchanger is the main type in marine oil cooler, especially satisfying the oil cooling restriction factors.

heat exchangers; marine condition; shell and tube type

U665

A

王广夫（1978-），男，工程师。研究方向：船舶辅机。