多主机机舱混流式冷却水系统设计分析

刘琳杰，李兆虎

● （江苏舜天船舶股份有限公司，南京 210012）

多主机机舱混流式冷却水系统设计分析

刘琳杰，李兆虎

● （江苏舜天船舶股份有限公司，南京 210012）

目前，船舶混流式冷却水系统在设计中得到了越来越广泛的应用，但实际中却由于没有综合考虑管路的损失等原因而未被广泛应用。本文根据某船的混流式冷却水系统在实际调试中出现的问题，分析问题的原因，为以后船舶混流式冷却水系统的设计提供借鉴的依据以及解决方案。

混流式冷却水系统；多主机；管路损失

0 引言

船舶中央冷却水系统分为独立式的中央冷却水系统和混流式的中央冷却水系统。混流式采用高低温水混合的方式，通过温控三通阀将高温淡水与低温淡水联通，根据高温淡水的温度要求，控制低温淡水系统中进入高温淡水系统中的流量，对高温水进行冷却。所有的淡水的热量通过中央冷却器中的海水进行热交换，因此每套系统里面只有一个和海水直接接触的冷却器。相对于独立式冷却形式而言，这种型式的冷却水系统，少了一个高温冷却器，高温水通过低温水来进行的冷却。在相同的热负荷情况下，混流式的经济性要好[1]，但控制进出主机及中央冷却器的水温，控制好每个用户的冷却水量比较困难。

1 分析实例

在实船设计和建造中如何综合考虑确定整个混流式冷却水系统的各个用户的冷却水量，一直是困扰着船厂的技术人员的一个难题。根据这个问题，以某公司建造的多主机的25000DWT重吊船的实例，提供解决问题的一个方案。

1.1 25000DWT重吊船的主要参数

表1 为某25000DWT重吊船的主要参数。

表1 25000DWT重吊船的主要参数

1.2 冷却水系统设计

本船的高温冷却水系统只用于冷却主机（缸套水），增压器和一级空冷器的冷却；高温淡水冷却水系统在这里也作为缸套水冷却系统，通过分配管，高温冷却水经过每个缸的衬套，通过支管到涡轮增压器进行冷却。

低温淡水冷却水系统用于冷却空冷器、滑油和高温淡水冷却水系统。低温淡水冷却水系统通过一台电动泵或者机带泵，对空冷器、滑油和淡水冷却器进行循环。

高温水是通过装在低温水系统管路上的三通温控阀进行冷却[2]。低温水系统是通过中央板式冷却器，跟海水进行热交换。根据压差，通过流量控制阀或者节流孔板控制冷却水量的多少。

25000DWT重吊船简化后的混流式冷却水系统的示意图如图1所示。

图1 25000DWT重吊船简化后的混流式冷却水系统的示意图

对于多主机机舱的布置来说，由于机舱空间的限制，设备的布置很困难。特别是一些重要设备，不得不把一些设备布置到机舱前壁或者机舱上平台，比如 25000DWT重吊船。由于本船有二台中速机，配有齿轮箱、CPP和一台轴发，尾部空间比较窄小，造成机舱底层的空间非常有限，只得把中央冷却器放到了4800BL平台上[3]。

尽管根据热平衡计算书，每个用户需要的冷却水量都可以计算出来。但是在实际的生产设计过程中，要保证每个用户的正常工作中所需要的冷却水量和压力是很难做得到的。

图2为25000DWT重吊船实船的冷却水系统图。在这个混流式冷却水系统中，发电机组、主空压机组以及二台主机的空冷器和滑油冷却器是重要的用户，要保证这些用户正常运行时的冷却水量。而在最初的设计阶段，由于没有综合考虑到各个设备的冷却水量以及设备布置的困难而造成的管路中的压力损失，在试航初期，出现了各个设备的“抢水”的现象，设备不能正常运行，影响了船舶的航行。

1.3 冷却水系统设计出现的主要问题

冷却水系统设计出现的主要问题包括主空压机高温报警和齿轮箱油温高报警。

图2 25000DWT重吊船实船的冷却水系统图

经过分析，由于主空压机是水冷的，为了保证主空压机正常工作时候需要的冷却水量和压力，把主空压机布置在机舱4800平台，但从板冷到空压机的冷却水管路管径的设计不合理，没有考虑到管路的压力降损失，造成进入到主空压机的冷却水量不够现象[4]。根据压力损失的计算以及实际测出的流量，将原来的冷却水管径DN20增大到DN35。

齿轮箱高温报警是由于没有综合考虑到所有用户的水量，到齿轮箱的冷却水管路管径小造成的。

经过对各个设备管路中压力损失的计算，同时综合考虑到整个系统的冷却水量的要求，对整个混流式冷却水系统进行了重新进行分配：1）在到 1、2#CPP冷却器的冷却水管路中增加节流孔板；2）到主发电机的管路中增加节流孔板：由于主发电机自带冷却水泵，可以从总的冷却水管路中抽吸到更多的冷却水量，而造成冷却水大面积流向发电机，为了控制这个冷却水量，在到发电机主管中增加了节流孔板，给予发电机额定的冷却水量[5]；3）加大了到主空压机组冷却水管路的管径。

经过上述对管路的修改，圆满完成了冷却水系统的调试。

2 结论

通过对混流式的冷却水系统的设计中发现的问题并提出解决方案可以得到以下结论：

1）冷却水管路的设计不能只是单单考虑每个用户的用水量，还需要考虑到管路的压力损失，根据这样的要求，选取的管径将更加合理；

2）冷却水主管路的设计：需要考虑各个设备的机带泵的问题，比如发电机会自带冷却水泵，那么这个机带泵一旦运行起来，会从整个的冷却水管路中抽吸大量的冷却水，造成到其他用户的冷却水量不够。

3）节流孔板的设置：在以前的设计中，通常选用节流孔板作为流量调节的方法，但是由于在设计的阶段中冷却水管的设计都是理论值，在实际操作中由于各种条件的限制，无法在系泊实验中对整个冷却水系统进行整体的调整，不得不在试航的时候根据具体的情况设计不同的节流孔板，延长了试航时间，增加了试航的难度。基于上述的考虑，建议在今后的混流式冷却水管路中在每个用户的进出口管路中使用流量调节阀，这种阀可以对管路的流量进行精确的调节，同时又可以作为截止阀，对管路起到启闭的作用。这样可以简单快速的调整整个混流式冷却水系统的各个用户的冷却水量。

[1]钱作勤,贾小俊.多主机机舱冷却水系统设计研究[J].船海工程, 2004(5): 15-17.

[2]高鹦,任文江.船舶动力装置设计[M].上海:上海交通大学出版社, 1991.

[3]张乐天.民用船舶动力装置[M].北京:北京交通出版社, 1985.

[4]钱作勤,贾小俊.大型重载滚装船机舱冷却水系统设备选型与配置[J].船海工程, 2005(1): 32-37.

[5]陆静芳.关于滚装船轮机设计要点[J].船舶设计通讯,1996(6): 14-16.

拆船业“变绿”压力大

当前，尽管受世界经济发展缓慢、航运市场持续低迷等因素的影响，拆船市场总体仍将比较活跃。但是，一些拆船行业专家在接受采访时表示，《2009年香港国际安全与无害环境拆船公约》（《香港公约》）和《欧盟拆船新法案》等对拆船业提出了很多挑战，拆船业仍然面临着较大的“变绿”压力。

波罗的海国际航运公会大中华区总经理庄炜表示，目前，全球经济复苏虽然有一些起色，但是总体上依然脆弱；世界航运运力总体过剩的情况依然存在，航运业低迷的态势仍将持续。预计未来，干散货船市场的整体上升将依然十分缓慢；而未来集装箱船运营商会更加追求盈利能力，中小型集装箱船有可能进一步被淘汰。

辛浦森航运咨询有限公司分析师刘青知表示，目前，在三大主力船型中，干散货船船队的平均船龄最大。而油船和集装箱船船队的平均船龄相对较低。因此，从潜在拆船量分析，未来散货船被拆解数量将明显大于油船和集装箱船。

在对拆船市场总体表示乐观的同时，部分拆船行业专家也认为，拆船企业面临的挑战也不少。来自印度拆船行业协会的专家Sukesh Balkrishna Aggarwal表示，近年来国际社会对拆船业的关注度日益提高，再加上整个国际社会对环境保护的重视，安全、环保的“绿色”风潮在全球海事界已是大势所趋，拆船业作为其中的一部分也面临着很大的压力。

对于当前拆船企业如何积极探索“变绿”，Sukesh Balkrishna Aggarwal认为，在材料处理和装卸等环节，拆船企业可以采用更先进的技术，包括化学领域的许多共处理技术等，还可以改进生产场地和设施，配备先进的室内消防系统，采用具有更好的安全标准和施工能力的起重机和绞车，最好能做到一些有毒有害物质的材料处理用起重机和吊车来进行，以更利于安全生产和效率提高。同时，拆船企业要通过示范和密集的培训，提升人员素质，形成良好的工作文化，为所有操作准备好标准操作程序（SOP）。他还表示，与过去相比，未来拆船企业必须更加重视对员工的保护，包括大量使用各种人员保护装置。同时，通过培训让人员了解环境管理体系和职业健康安全管理体系，包括对于不同阶段的工作要求的技术培训，对于工作中存在的危险的特别培训等。目前，印度拆船行业协会正在积极倡导建立更好的健康安全环保体系，比如建议拆船企业定期对整个区域的气体排放量、海水和土壤情况进行检测；定期对厂里的所有工人进行体检；对于那些涉及材料处理和移除项目比如石棉、玻璃棉等的员工还要进行特殊的医疗检查等。

（作者：严风华）

Analysis for Compounding HT-LT Cooling Water System Design for Multi-engine Engine Room

LIU Lin-jie, LI Zhao-hu
(Jiangsu Sainty Marine Co.Ltd., Nanjing 210012, China)

Mixed-flow cooling water system is commonly seen in shipbuilding design, while it is not wildly used in practice due to the piping system pressure loss etc.Basing on the problems which occur during the adjustment of the mixed-flow cooling water system on one ship, the reasons for the problems are analyzed, which gives reference and solution for the design of mixed-flow cooling water system in future.

mixed-flow cooling water system; multi-engine; piping system pressure loss

U664

A

刘琳杰（1970-）女，工程师。研究方向：船舶轮机生产设计。