周 振 星

（上海睿緯海事咨詢有限公司，上海 200442）

0 引 言

船舶中央冷卻系統(tǒng)為目前較常用的一種閉式冷卻系統(tǒng)形式。系統(tǒng)中各用戶是通過淡水循環(huán)冷卻，淡水再集中通過中央冷卻器（一般為板式換熱器）由舷外海水冷卻帶走熱量的。主要設(shè)備有海水泵和中央換熱器。中央冷卻系統(tǒng)具有維修簡單，費用低；可靠性高，運行更安全；氣缸冷卻水溫度易于保持穩(wěn)定，便于冷態(tài)預(yù)熱啟動；海水管路短，減少腐蝕；有利于機艙布置和實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。

隨著燃料價格的不斷上漲，船舶的營運成本也水漲船高。因此在船舶設(shè)計階段，在滿足航行安全可靠的基礎(chǔ)上對節(jié)能措施的考慮就越來越重要了。本文從中央冷卻系統(tǒng)的工況入手，通過優(yōu)化中央冷卻系統(tǒng)布置，同樣可以達到節(jié)能的目的。

1 船舶中央冷卻系統(tǒng)布置形式

中央冷卻系統(tǒng)可分為2種[1]，即混流式中央冷卻水系統(tǒng)和獨立式中央冷卻水系統(tǒng)。圖1是一種混流式中央冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用柴油機的高溫水和低溫水混合來調(diào)節(jié)參數(shù)。圖2是獨立式中央冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用柴油機的高溫水和低溫水各自獨立來調(diào)節(jié)參數(shù)。

2 中央冷卻系統(tǒng)的營運成本組成

一般船舶的中央冷卻系統(tǒng)年營運成本[2]見圖3：

圖1 混流式中央冷卻系統(tǒng)

圖2 獨立式中央冷卻系統(tǒng)

從圖 3可看出，泵的能耗占了整個年成本的絕大部分，約在70%以上。要提高船舶的經(jīng)濟性，必須減少泵的能耗。泵能耗主要來自高溫水泵、低溫水泵和海水泵，其所占比例大致依次為20%～25%，30%～45%，35%～45%。

3 中央冷卻系統(tǒng)的節(jié)能分析

對于淡水回路，可以通過安裝制淡設(shè)備來回收主機缸套水的廢熱，從而達到節(jié)能目的。

圖3 中央冷卻系統(tǒng)成本組成

對于海水回路，海水泵排量是按照船舶在設(shè)計工況（即主機在額定功率下運行、海水溫度為32℃、機艙溫度為45℃）下運行時所需要的海水量來設(shè)計的。實際上，船舶一般在75%的主機額定功率（CSR）下運行，海水溫度一般低于32℃，這時海水具有更大的冷卻能力，機艙溫度也低于45℃。因此實際所需的海水量大大低于設(shè)計值。圖4和圖5為船舶年航行區(qū)域和所需海水量隨溫度的變化曲線，從中可說明，海水泵可通過變工況運行來實現(xiàn)節(jié)能。

圖4 所需海水量隨溫度變化曲線

圖5 船舶航行區(qū)域隨溫度分布

從圖4和圖5可看出，海水溫度在24℃時所需海水量只是設(shè)計點的50%，且船舶只有5%的航行區(qū)域海水溫度在30～32℃。這說明大部分航行時間海水泵可以運行在設(shè)計點以下，可以改變海水泵的運行工況來優(yōu)化海水流量，減少海水泵的功耗。

圖6是一型系列散貨船后續(xù)船的中央冷卻水系統(tǒng)，相對于首制船的設(shè)計作了幾處修改：

圖6 53K散貨船中央冷卻系統(tǒng)

1) 缸套水冷卻器取消，系統(tǒng)改為混合式中央冷卻系統(tǒng)；

2) 海水泵由2×100%主泵+1×系泊海水泵改為3×50%主泵布置；

3) 根據(jù)實船運行情況，適當降低淡水泵的壓頭。

改進后的系統(tǒng)，可以在主機部分工況和低溫海水域時，使用一臺流量為50%的設(shè)計工況點的海水流量泵即可帶走全部系統(tǒng)的熱量。需說明，設(shè)計點所需海水流量，一般是以主輔機都以100%的設(shè)計功率即主機MCR工況下運行，海水溫度為32℃時計算出來的。因此在大部分時間里可以減少50%的海水泵功耗。

通過功能關(guān)系式計算表列出改進后系統(tǒng)節(jié)能量：

取：發(fā)動機效率1η=0.46；發(fā)電機效率2η=0.95；電纜效率3η=0.95

重燃油熱值K=40200kJ/kg ；燃油價格P=USD960/t

表1 系統(tǒng)改進前后各泵的運行參數(shù)

表2 船舶正常航行狀況分布及日能耗

表3 年化系統(tǒng)改進前后燃油消耗量及節(jié)約能耗

4 結(jié) 語

通過系統(tǒng)改造后，一艘該型散貨船一年可節(jié)約燃油約81.4t，合計節(jié)約費用約USD78144。說明按3×50%海水泵容量布置的中央冷卻水系統(tǒng)可以達到一定的節(jié)能目的，也得到了船東的認可。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計實用手冊：輪機分冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[2] Engard Central Cooling Control System[J]. ALFA-LAVAL Marine & Power Engineering. 1985.