舷外冷却器在船舶上的应用

刘宝晶，谢 雨

（广新海事重工股份有限公司，中山 528437）

1 引言

EEDI是船舶CO2排放当量与船舶有效能量的比值，它是评价船舶能效的指标，其值越大表明能效越低。国际海事组织规定2013年1月1日后开工的400 GT以上的船舶必须进行EEDI计算，并且满足其规定的能效要求，因此对船舶的综合性能、单位功率油耗提出了更高的标准要求；同时，随着时间推移燃油将越来越紧缺，燃油价格将出现持续上涨，导致船舶运营成本不断升高。基于上述原因，促使船东、设计公司和设备厂商采取各种办法降低船舶自身的能耗、减少船舶的废气排放量，而采用舷外冷却器可促进降低EEDI指标。本文就舷外冷却器的在船舶上的应用作简单介绍和分析。

2 舷外冷却器的结构组成和工作原理

2.1 舷外冷却器的结构组成

舷外冷却器包括：海底门、U型冷却管束、安装座板、安装螺栓、连接板、管路连接法兰、端盖等主要部件。该海底门安装在船舶的安装座板上；海底门与船外板相接处设有海水进出口，其内部设有U型冷却管束，多束U型冷却管并联后构成U型冷却管束悬挂在有进出格栅的冷却箱体中；U型冷却管束上端设有端盖；端盖上设有淡水进出口，端盖侧面还设有连接板，该连接板与安装座板平行设置在端盖侧面；端盖通过安装螺栓与安装座板固定在一起，螺栓处安装有密封垫片。

2.2 舷外冷却器的工作原理

U型冷却管束安装在有格栅式海水进出口的海水箱中，将需要冷却的淡水通过淡水冷却泵泵入U型管束中，淡水在U型管束中被海水箱的低温海水冷却，这样需要冷却的淡水就可以在海底门内和机舱内形成循环，其热量被海水吸收而降低温度；而海水箱中的海水被管束中的淡水加热后，因密度小而上浮并从海底门上部的格栅口流出，同时海底门下的冷海水被自动吸入海底门，这样海水就形成了从下向上的自然循环，或通过船行驶时的水循环来达到冷却效果，从而实现机舱内淡水与船舶外部的海水进行热量交换（见图1和图2）。

图1 船舶外部的海水进行热量交换原理图

图2 船舶外部的海水进行热量交换模型图

3 舷外冷却器的优点

与常规的板式热交换器或管壳式冷却器相比，舷外冷却器有下列优点（见表1）：

（1）采用船外海水自然流动冷却，不需要消耗船舶自身能耗驱动的多台海水冷却水泵，大大降低了船舶电力负荷；

（2）取消了海水冷却管路上数量繁多的海水滤器、阀件、管路等部件，显著的降低了材料成本和人工运维成本，并有效地改善了船舶内部布置空间及减轻船舶空船重量；

（3）舷外冷却器不易腐蚀和附着海生物，可以很方便的在海底门中设置防海洋生物装置和阴极保护装置；

（4）只需要安装淡水冷却泵，取消了多台海水冷却泵及一整套海水冷却系统；

（5）舷外冷却器基本不用维修，有效地降低船舶运营成本；

（6）舷外冷却器构造简单，安装方便，可通过连接板与船体的安装座板用螺栓固定在一起，检查及试验时都不用拆除管束。

表1 舷外冷却器与常规冷却器的比较

图3 常用冷却器原理图

图4 舷外冷却器原理图

以我厂建造的某79 m多用途平台供应船为例：该船配备4台主机海水冷却泵（其中2台为备用），每台额定功率为26.4 kW，主发电机80%MCR经济工况时的油耗为210.5 g/bkw-hr，每年2台海水冷却泵的油耗约为97 362 kg（可换算为115 907 L），按照油价6.75元/L计算每年油费需78.24万元；而采用舷外冷却器，仅从能量消耗方面考虑，即可节省功率52.8 kW，节省燃油115 907 L，节省油费78.24万元/年。

图3、图4为常用冷却器原理图和舷外冷却器原理图。

4 舷外冷却器的防腐蚀、防海生物和防污染

舷外冷却器在使用过程中，可能会遭受电流带来的点坑状破坏、U型管束表面的防护氯化层被破坏产生点坑状腐蚀从而造成渗漏等问题。因此，U型管束和船外海水接触的所有表面都应涂上几层经热处理的用酚酞树脂做底的油漆，以保证U型管束和海底门与海水绝缘隔离，达到保护U型管束和海底门不受海水腐蚀的目的。

随着国家对防止污染控制措施的实行，出现了大量与生物腐蚀相关的问题。对于安装舷外冷却器的船舶，如果有大量海洋生物附着在上面，必然会损坏舷外冷却器和降低其冷却效果。为了尽量避免这种情况出现，可以在冷却器的U型管束外部涂上防护油漆，以防止海生物和其它沉积物造成的腐蚀和沉积。该涂层对于海洋生物的生长几乎是无害的，而涂保护漆的管束表面对腐蚀并不敏感，这样既可以保护舷外冷却器不受海水腐蚀，又可以避免危害海洋生物的生长。

如果舷外冷却器的尺寸比较大，可考虑安装牺牲阳极以更好的保护U型管束和海底门。在腐蚀性较强的海域，还可以增设电流阴极保护系统和防海生物系统对舷外冷却器进行保护，但在安装及重装后要检查是否正常工作，防止上述设备的功能失效。

5 舷外冷却器应用的注意事项

舷外冷却器在应用时需注意以下几个问题：

（1）安装舷外冷却器时，船壳外壁必须留有足够空间容纳冷却器的海水冷却箱（海底门），以防止船舶在航行时增加船体阻力影响船舶航速；

（2）舷外冷却器安装时，连接板和座板之间要采用减震性能和密封性能良好的垫片，以减轻船体受机器运转引起的振动；舷外冷却器淡水进出口处尽可能设置膨胀接头，以达到减震、防漏和延长舷外冷却器使用寿命的目的；

（3）舷外冷却器和海底门尽量布置在船首或船尾处，只要进行压载即可使船首或船尾高出水线，达到船舶不进坞即可拆装检修舷外冷却器；

（4）为提高舷外冷却器U型管束的刚度，当管长/截面当量直径≥180时，需在管长中部加装固定防震架；

（5）为了保证使用质量，冷却器在车间焊接完成后应进行强度试验。试验时，应在冷却器最高处安装压力表。从冷却器底部充液，待升至1.5倍设计压力进行密性试验，检查冷却器的端盖、冷却U型管束与管板接头、密封面有无渗漏和变形；

（6）舷外冷却器的端盖不应有砂眼、疏松、气孔等缺陷，端盖、外壳表面应涂敷防护面漆，漆层不应有划伤、起泡或脱落。

6 结论

上述研究分析表明，舷外冷却器比常规冷却器具有明显优势，可以降低船舶能耗、减少废气排放、减少设备维护费用、节省船舶运营成本，值得推广应用。