浅析船舶冷却水系统目的及功能

张华

摘要：船舶在运行时，很多设备运转将产生大量的热量，这些热量对于设备正常工作是有危害性或者降低设备运转效率的，所以热量必须通过一些介质带走。本文以31.9万吨大型油船为例，结合船舶冷却水系统设计工艺原则，浅谈冷却水系统目的及功能。

关键词：船舶；海水冷却系统；淡水冷却系统

随着造船业不断发展，对船舶的研究需不断地提高和优化，船舶冷却水系统是一个具有复杂形式的系统，合理地选型布置及应用冷却水系统，对整个船舶航运经济性，维护是非常重要的，这与造船成本和船东的使用成本都具有很大的影响。

1. 冷却水系统概述

冷却主机、发电机以及其他种类的辅机，从邻接海水的海底门把海水吸入后进行循环，冷却机器后再通过舷侧接管排出到船外，一般分为主机冷却，辅助机械冷却以及海水日用等，船上机器所需的冷却海水量是根据设备工况通过热平衡计算决定的，在此基础上确定海水总管管径以及冷却海水泵的容量，根据冷却介质的不同分为所有机器直接用海水冷却的常规海水冷却系统和所有机器使用淡水冷却介质的中央冷却系统。

1.1 海水冷却系统

除了主机以及发电机的缸套是由淡水冷却，其他设备包括主机、发电机的空冷器等是用海水冷却的系统。在技术上使用独立的海水冷却系统，可以节约初期建造所用的设备费用（由于泵的数量大大降低）并使系统操作相对简单，但使用海水冷却系统对于今后的设备维护和管路的海水腐蚀来说却是个很大的缺点。

1.2 中央冷却系统

中央冷却系统是由为主机以及发电机的缸套提供冷却的高温淡水系统和为其他设备提供冷却水的低温淡水系统以及由海水通过中央冷却器冷却淡水的海水系统构成。中央冷却系统是低温淡水循环和高温淡水循环相互独立构成的循环冷却系统，这两个循环通过温控阀相连接（高温冷却系统也可完全独立开，此种情况较常见），通过中央冷却器来冷却。

2.海水冷却系统

2.1设置海水冷却系统的目的

由于海水腐蚀性较强，目前船舶冷却系统设计多采用中央冷却系统，中央冷却系统的冷却介质就是海水，海水对于运行中的船舶来说是取之不尽的，而且海水温度相对较低（大多数海域海水不超过32度），设置海水系统就是为了用海水冷却已经冷却设备的相对高温的淡水或滑油。所以，冷却系统中最终真正带走热量的是海水，而淡水和滑油不过是换热过程的中间介质。

2.2 冷却系统中的关键设备

用于热量交换的设备叫做换热器，海水冷却淡水和滑油的设备叫做冷却器，冷却器主要有壳管式冷却器和板式冷却器，船舶通常设计有中央冷却器、滑油冷却器和主机缸套水冷却器，它们都是板式冷却器。板冷的数量是由热平衡计算和规格书中要求的每台冷却器换热能力决定的，中央冷却器的作用是用海水作为冷却介质冷却相对高温的淡水。

2.3系统配置及设备的主要功能

高位海底门、低位海底门各一个，海底门是海水进入机舱通道，海水总管在靠近两只海底门处各设置一只海水滤器，每台滤器上各有一对防海生物电极，设计寿命为两年，海水滤器的滤通比不应小于2倍。三台主海水泵，离心式，其中一台有自吸功能，两台海水泵二用一备。主海水泵是机舱冷却海水的输送工具，最主要的作用是从海水总管抽取海水泵至中央冷却器和大气冷凝器，交换热量后排出船外。大气冷凝器是壳管式冷却器，船上机器所需的海水量是根据设备工况通过热平衡计算决定的，在此基础上选定主海水泵的容量。除上述作用外，主海水泵还有两个作用：第一，主海水泵与真空冷凝器冷却海水泵的互为备用泵，应急情况下当真空冷凝器冷却海水泵出现故障或不能使用时，主海水泵可向真空冷凝器提供冷却海水，同样当主海水泵故障或不能使用时，真空冷凝器冷却海水泵也可以为中央冷却器和大气冷凝器提供冷却海水；第二、主海水泵还为污水处理单元提供清洗用的海水，通至中央冷却器的海水总管还设有一个应急水接口，当海水泵故障或不能使用时可从岸上接入冷却水。一台真空冷凝器冷却海水泵，离心式。这台海水泵同样从海水总管抽取海水泵至真空冷凝器，交换热量后排出船外。真空冷凝器由两台冷却器组成，两台冷却器功能不同，它们也都是壳管式冷却器。一台造水机喷射泵，离心式；一台造水机，造水机是通过蒸馏法获得淡水。造水机喷射泵从海水总管抽取海水泵至造水机。进入造水机的海水分为两部分，一部分用于蒸馏，另一部分用于冷却。用于蒸馏的海水在造水机蒸馏腔内经过高温加热蒸发，蒸汽进入冷凝腔被冷却海水冷却，就形成可供生活使用的淡水，淡水再通过一个喷射泵泵至淡水舱，冷却用的海水与冷凝腔中的蒸汽热交换后排出船外，蒸馏腔和冷凝腔也都是板式冷却器，造水机也称为制淡装置。两台舱底、消防总用泵，离心式，其中一台主要做消防用，即消防泵，另一台主要抽吸机舱舱底水排出船外，即舱底水泵，两台泵可互为备用，消防泵从海水总管抽取海水作为机泵舱、主甲板和住舱消防使用。

3.淡水冷却系统

3.1设置淡水冷却系统的目的

在水冷却系统中，最终带走热量的海水，低温淡水是换热过程的中间介质。但海水有很强的腐蚀性，而且海水中杂质较多，如果用海水冷却会对设备造成腐蚀伤害或者冷却水管结垢，如水管采用耐腐蚀材料或者特殊处理又会增加成本。相比下，使用淡水冷却更简单有效，因此船舶设计中通常采用淡水冷却。目前，船舶淡水冷却系统的主流设计是中央冷却形式。

3.2低温淡水冷系统配置及设备的主要功能

三台低温淡水冷却泵，离心式，其中两台工作，一台备用。低温淡水冷却水泵的主要功能是为整个低温淡水冷却系统完成循环提供动力，把低温冷却淡水泵至每个需要被淡水冷却的设备中，它就像低温淡水系统的心脏。一个气动控制的混流式三通温控阀，温度设定点为36度（中央淡水冷却系统设计温度）；低温淡水冷却所有需要淡水冷却的设备后汇合成温度略高的淡水（根据热平衡计算最高温度不超过51度），其中一部分进入中央冷却器冷却成温度不高于36度的低温淡水，与另一部分不经过冷却器的淡水直接在温控阀内按照比例混合，混合后的水（水温为设计温度36度）再循环冷却各设备。三通温控阀的基本控制原理是温控阀出口设置的一只温度传感器反饋温度信号，温控阀的控制器接收到信号后向温控阀的驱动头发出模拟信号，压缩空气进入驱动头调节阀门的开度来实现两种淡水的比例混合。

需要低温淡水冷却的设备主要有三大类，即板式冷却器、壳管式冷却器、和本体或缸套类。板式冷却器有主机缸套水冷却器、主机滑油冷却器、发电机滑油冷却器；壳管式冷却器有主机空冷器、发电机空冷器、透平滑油冷却器、艉管滑油冷却器、空调、冷藏；本体类有中间軸承和锅炉循环水泵；缸套类有活塞式空压机。

3.3淡水冷却水系统中几个重要设备的冷却

3.3.1主机淡水冷却水系统

主机及其配套设备中需要淡水冷却的主要有三个设备，一个是空冷器，一个是滑油冷却器，另一个是汽缸套。这三种设备需要两种温度的淡水来冷却，其中空冷器和滑油冷却器是用低温水冷却，属低温淡水冷却系统，空冷器是壳管式冷却器；汽缸套不能用低温水直接冷却，而是要用约82度的高温淡水来冷却，属于高温淡水冷却系统。高温淡水冷却缸套后温度约为90度，冷却缸套后的高温淡水一部分经过主机缸套冷却器冷却后（冷却后的水温不超过68度）与另一部分未经过冷却器的高温淡水混合成约82度的高温淡水重新进入汽缸套循环冷却，与中央冷却系统相同的是，两部分水的混合也是在一个气动混流式温控阀内完成的，原理与中央冷却系统的温控阀相同。主机缸套冷却器的作用是冷却主机汽缸套的高温淡水，而冷却介质是中央冷却系统提供的低温淡水。主机缸套水预热器是壳管式加热器，加热源是7k蒸汽，设置主机缸套水预热器的目的是为主机暖机。在主机启动前，通常会用主机缸套水预热器加热淡水作为汽缸套的高温冷却水。

3.3.2辅机淡水冷却水系统

辅机的淡水冷却与主机相似，它需要淡水冷却也是三个设备，即空冷器、滑油冷却器和汽缸套。它的空冷器和滑油冷却器也是用低温水冷却的，属低温冷却系统；汽缸套是要用约70度的高温淡水来冷却，高温淡水冷却缸套后温度大约为77度，冷却缸套后的一部分高温淡水与冷却空冷器和滑油冷却器后的一部分温度略低的高温淡水（温度不超过50度）在一个气动控制混流式三通温控阀中混合成约70度的高温淡水重新进入汽缸套循环冷却，两种淡水多余的部分进入中央淡水冷却系统被冷却，这个三通温控阀的原理与中央冷却系统和主机淡水冷却系统的温控阀相同。辅机缸套水预热器是电加热器，设置辅机缸套水预热器的目的与主机相同，即在辅机启动前为辅机暖缸。

结束语

船舶冷却水系统作为船舶重要设备冷却系统，它的功能直接影响这船舶的航行特性，甚至影响船舶的正常航行，所以管理人员和施工人员要加强冷却水系统理论和实际操作经验的学习和提高，确保设备正常运行和高效使用。

参考文献：

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[2]郑锐冲.船舶冷却水系统的优化设计[J].武汉理工大学，2000.

[3]潘伟昌，船舶中央冷却水系统的分析与初步研究[J].哈尔滨工程大学，2001.