第３１卷第２期 江苏船舶 ＪＩＡＮＧＳＵ ＳＨＩＰ Ｖ０Ｉ．３１ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ ２０１４年４月 节能型燃油预热系统的运用 黄宇，沈勇，郑波 （江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江２１４５１８） 摘要：由于传统的燃油预热方式热能利用率低，提出了在船舶上应用节能型燃油预热系统。以６４ ０００ ＤＷＴ散 货船为例，分析了节能型燃油预热系统的特点、经济效益以及发展趋势，详细介绍了节能型燃油预热系统的设计 及运用。该燃油预热系统在实船上运用后，证明可减少能源消耗，降低运营成本。 关键词：节能；燃油系统；预热 中图分类号：Ｕ６６４．８ 文献标识码：Ｂ 耗计算，对比结果见表１。 Ｕ 引吾 表１蒸汽消耗计算对比 传统加热盘管 预热系统的蒸 所需的蒸汽耗量 汽耗量 （燃油储存舱） ４００ ｋｇ／ｈ ７５ ｋｇ／ｈ 船舶重油驳运的传统加热方式是在船舶重油储 存舱内布置加热盘管，通过蒸汽加热重油达到驳运 的条件。这种燃油加热方式最大缺点是： （１）热能利用率非常低，船体与海水之间的热 交换带走了较多的热量。 （２）由于加热盘管的加工缺陷，以及蒸汽长期 蒸汽节省 节省锅炉用油 ３２５ ｋｇ／ｈ ２３．７ ｋｇ／ｈ （２）燃油舱附近货物不因温度高而受损。 （３）不会因为燃油舱温度变化而造成压载舱的 腐蚀。 对加热盘管的腐蚀，可能会带来蒸汽的泄漏，从而影 响船舶的安全营运以及对锅炉等设备的污染。 （３）由于燃油舱的加热、高温及结露等原因，极 易损害货舱的货物而造成货损。 （４）加热盘管减少，锅炉容量可适当减小，使新 造船及修船成本降低。 因此，该系统的使用将会得到更多船东的青睐， 综上所述，对于传统的燃油预热方式带来的诸 多不利因素，如何减少能源的消耗，降低船舶的运营 成本，已经成为船厂和船东考虑的重要内容。本文 以６４ ０００ ＤＷＴ散货船为例，介绍节能型燃油预热 系统在船舶上的应用。 也是将来船舶燃油加热系统设计发展的新趋势。 ３节能型燃油预热系统的设计 ３．１系统的配置 系统配置为： １ 节能型燃油预热系统的介绍 系统通过使用沉淀柜或日用柜的热油来加热燃 油舱的燃油，而不使用或减少使用燃油舱的蒸汽加 热盘管，降低了蒸汽的耗量以及加热盘管的安装、维 护费用。６４ ０００ ＤＷＴ散货船系统原理图见图１。 （１）２台预热泵（互为备用且在备用状态下能实 现自动切换）。 （２）１台热交换器（蒸汽、热油或电）。 （３）１台自力式电动调节阀（蒸汽、热油）。 （４）２只预紧弹簧单向阀。 （５）控制屏上安装有触摸屏，显示海水温度、油 柜温度、泵工作状态。 （６）根据海水温度的变化调整预热泵的转速， ２节能型燃油预热系统的优点 （１）通过节省锅炉的燃油来降低运营成本。以 ４ ０００ ＤＷＴ散货船为例，６对比冬季工况下的蒸汽消 收稿日期：２０１３．１２－０５ 从而控制燃油流量。 该预热泵配备的是变频电机。如： ①当海水温度约５℃时，预热泵为额定转速； 作者简介：黄宇（１９７２一），男，工程师，主要从事轮机设计；沈勇 （１９８３一），男，助理工程师，主要从事轮机设计；郑波（１９８６一），男， ②当海水温度介于１０℃与２０℃之间时，预热 泵为转速１； ③当海水温度大于２０℃时，预热泵为转速２。 助理工程师，主要从事轮机设计。 江苏船舶 第３１卷 至 图１系统原理图 ３．２系统的控制 控制分为手动、自动和输油泵重载３种方式： 柴油机消耗和预热泵的流量，即图中Ｂ的容积； （１）手动控制：由人工启停相应的预热泵或输 油泵。 （２）自动控制：切换至自动控制方式时，系统会 自动检测油柜液位、温度和海水温度来控制预热泵 的启动、转速（即流量）以及驳运泵的运行等。 （３）输油泵重载：当输油泵“过载”、“低压”、 “低温”报警时，自动切换至输油泵重载模式。当输 油泵频繁出现过载时，建议切换到手动操作。 ３．３预热系统的循环加热 在热交换器出口安装通往沉淀柜（日用柜）的 阀门，用于将油柜燃油快速升温。 ３．４系统的设计要求 ④驳运泵自动停止液位开关位置：按常规设计， 即图中Ｃ的容积。 （２）日用柜的相关设计要求： 预热泵的吸口位置应低于柴油机的吸口，高于 泄放口。其他液位开关按常规设计。但日用柜应有 此系统在通常情况下使用沉淀柜燃油作为预热 油，日用柜仅作为备用。液位开关位置如图２所示。 （１）沉淀柜液位开关的位置要求： ①沉淀柜低液位报警开关位置：油柜底部到此 报警开关之间的容积应能保证柴油机１ ｈ的消耗量 和预热泵１ ｈ的额定流量，即图２中Ａ的容积； 溢流至沉淀柜的溢流口，且溢流口的吸口应伸至日 用柜的底部。 （３）预热泵的安装位置： 为减少预热泵的吸口阻力，预热泵尽量靠近沉 ②预热泵的吸口位置：为了保证预热泵能吸到 较高温度的热油，预热泵吸口尽量靠近低液位报警 淀柜。预热管系及驳运管系建议加装伴热管。 ３．５设计时其他注意事项 开关（略低于此液位开关即可）； ③预热泵自动启动液位开关位置：自动启动位 置与低液位报警开关位置之间的容积大约为１ ｈ的 （１）如果储存舱的高度大于２ ｍ，建议布置１个 小隔舱，以免热油上升。隔离舱的要求容积为：（主 第２期 黄宇等：节能型燃油预热系统的运用 ２７ 机消耗＋预热泵１ ｈ的耗量）×（２～５）倍。 小隔舱底部开孔约３× １Ｏ０ ｍｍ应与大舱相 通，顶部边缘设多个透气孔，透气孔径不要太大，一 般不要超过 ３０ ｍｍ。 隔离板应有重叠部分，重叠部分的容积约为 ３．０ Ｉｎ。。 （２）对于在冰区航行的船舶、与空气接触的燃 油舱以及特别长的燃油舱等情形，要保留少量的加 （上接第１１页） Ａ，为浮箱的底面积，Ａ。＝９７．７５ ｍ 。ｑ。载荷垂直向 下，均匀作用于中间两浮箱底部。 ｇｌ＝９ ０３２．２ Ｐａ （３）货物载荷（１１０ ｔ） 货物载荷均匀分布于槽型传输装置内，槽型传 输带宽度值取型宽８．５ ＩＴＩ，长度２ ｍ。货物均布载荷 大小： Ｍ２ｇ ｇ 式中：ｑ：为货物载荷大小，Ｐａ；ＭＥ为固定压载的重 量，ＭＥ＝１．１×１０ ｋｇ；Ａ２为槽型传输装置的底面积， Ａ ＝１７ ｉｎ 。ｑ：载荷垂直向下，均匀作用于甲板上部 分的槽型传输装置。 ｑ２＝６３ ４７６．５ Ｐａ ３ 许用应力 （１）许用正应力：根据《机械设计手册》第４版 第２卷，螺栓抗拉许用应力［ ］： ，钢的屈 服极限取 ｓ＝２３５ ＭＰａ，安全系数ｎ＝１．７，得： 『 ］：Ｏ＇ｓ：１３８ ＭＰａ ｎ （２）许用切应力：由《机械设计手册》第４版第２ 卷，螺栓受静载剪力时，安全系数 ＝２．５。许用剪 切应力［丁］为： ［ ］：Ｏ＇ｓ：９４ ＭＰａ （３）作用挤压应力：由《机械设计手册》第４版 第２卷，对螺栓受挤压应力，材料为钢，静载时安全 热蒸汽盘管。 ４ 结语 经实船运用，证明６４ ０００ ＤＷＴ散货船燃油预 热系统有效减少了营运船舶的能源消耗，降低了船 舶的运营成本。目前航运市场的竞争越来越激烈， 节能降耗，提高船舶运行的经济性已经作为重点考 量内容。 系数凡＝１．２５。得： Ｅ ｏ＂ ］＝Ｏ－ｓ＝１８８ ＭＰａ ｎ４结果分析 ４．１结构应力结果 经过有限元软件强度评估分析，螺栓最大挤压 应力为１８５ ＭＰａ，最大正应力为１１６ ＭＰａ，最大剪切 应力为３５．６ ＭＰａ，可得出结论：全船连接螺栓强度 满足《机械设计手册》第４版第２卷的相关强度要 求。由于本模型两端均采用刚性固定，评估结果偏 安全。 ４．２结构应力结果分析 （１）在该货物载荷作用下，片体的纵向连接螺 栓所受的应力较大，横向连接螺栓所受应力较小。 （２）与螺栓相连接的船体部分的应力明显集 中，并向周围扩散。 ５ 结论 通过对３５ Ｉｎ趸船螺栓强度分析，得到该船螺栓 强度均满足规范要求。在货物载荷作用下，片体纵 向连接螺栓所受的应力较大，横向连接螺栓所受应 力较小，与螺栓相连接的船体部分的应力明显集中。 由此可见，在进行类似船舶设计时，可适当增加纵向 连接螺栓尺寸和数目，而减小横向连接螺栓尺寸，与 螺栓相连接的船体部分可采取相应的加强措施。 参考文献： ［１］苗现华．新型河道清理船的设计［Ｊ］．江西科学，２０１３，３１（２）： ２２５—２２６，２３１． ［２］丁丽佳，刘鑫，赵岳，等．遥控水面垃圾自动清理船［Ｊ］．科技信 息，２００９，（１１）：５０４—５０５．
