楊梓強，張存喜，王 瑞，陳冬兵

（1.浙江海洋大學 海洋工程裝備學院，舟山316022；2.浙江海洋大學 船舶與海運學院，舟山 316022）

傳統(tǒng)蒸汽加熱方式目前技術成熟，本文實地調研了建于2021年的TZ GLORY 油船， 發(fā)現船舶大多都采用蒸汽加熱方式對重油進行加熱，這種加熱方式效率低而且加熱速度慢，容易出故障，為了響應國家政策，從節(jié)能減排、保護環(huán)境的理念出發(fā)，需要對現有的船舶重油加熱裝置進行結構改造與升級。 目前市場上流行的電加熱方式也可用于船舶重油加熱，但是由于其采用接觸式加熱方式，考慮到安全性和設備維修費用，沒有被廣泛運用到船舶加熱。 TZ GLORY 油船沿用了傳統(tǒng)的重油蒸汽加熱方式，但是船舶規(guī)模較大，對鍋爐所需的蒸發(fā)量也大。隨著對船舶持續(xù)航行能力要求的不斷提高，在保證滿足負荷要求的前提下，對船用鍋爐的蒸汽壓力系統(tǒng)的安全性、實用性、有效性和經濟性等一系列性能的要求也越來越高，這就對其控制系統(tǒng)提出了更高的要求。

本文研究的船用重油管道電磁感應加熱，其加熱方式符合節(jié)能減排理念，有利于降低船舶能耗EEDI指數，促進船舶供油系統(tǒng)轉型升級[1]。

1 重油加熱方式的優(yōu)化

結合對TZ GLORY 油船的研究（圖1 為TZ GLORY油船），本船對重油的加熱原理是鍋爐中沸水產生的蒸汽再通過管道輸送到船體的各個部位。 船上的重油被高溫蒸汽加熱，使其粘度降低，然后被泵輸送到船體的各個供油單元。 其中需要注意的是，重油必須要達到所需的溫度（50 ℃），以確保重油粘度達到進機的粘度要求（12～15 mm2/s）。

圖1 TZ GLORY 油船Fig.1 TZ GLORY tanker

由于船舶管道較長，蒸汽在管道內容易散失熱能，所以在蒸汽管道外部包上保溫棉，用于減少蒸汽的熱量損耗，再用鋁箔膠帶纏在保溫棉外用于隔熱，也可以有效防止船員由于不慎觸摸而燙傷。圖2是該油船的鍋爐蒸汽總管分支。

圖2 TZ GLORY 油船鍋爐蒸汽總管分支Fig.2 TZ GLORY tanker boiler steam master branch

TZ GLORY 油船重油處理方式為重油從儲存?zhèn)}到澄清倉進行凈化處理，通過分油機將重油進行過濾，將油渣分離出去，剩下的通過泵輸送到燃油日用柜，再從燃油日用柜輸送到船舶供油單元輸送到主機。 由于各個環(huán)節(jié)重油都需要保持一定的溫度來確保重油的粘度（12～15 mm2/s），重油粘度過高會導致泵無法抽取，重油無法輸送到下個環(huán)節(jié)，所以整個重油加熱方式都是采用鍋爐蒸汽加熱方式。 由于船體對燃油日用柜的重油溫度控制精度要求較高，且要保證重油到達主機前能達到燃燒要求，本文對TZ GLORY 重油加熱方式環(huán)節(jié)進行改進，如圖3 所示。 將燃油日用柜與供油單元的油管和供油單元到主機的油管道繞上線圈，逆變器輸出的中高頻交流電通過線圈，由于電磁感應原理，油管壁在磁場的作用下產生渦流。 被加熱的油管壁將熱能傳導至管內的重油，這種加熱方式線圈直接環(huán)繞在船舶供油單元輸油管道上進行加熱。 電磁感應加熱方式相比蒸汽加熱升溫速度快，加熱部位精準，加熱溫度容易控制[2]。

圖3 船舶重油加熱結構優(yōu)化示意圖Fig.3 Schematic diagram of optimization of heavy oil heating structure of ships

這種加熱方式安裝比較方便，而且設備使用壽命長，維護成本低，是一種綠色環(huán)保型加熱方式。 電磁感應加熱替代原有的蒸汽加熱，只需在重油進機輸油管道上環(huán)繞電磁感應加熱線圈即可實現重油加熱控制，操作簡單且安裝方便。

2 電磁感應加熱

本文將TZ GLORY 油船原本的單通道油管道改為三通油管，并且在3 條油管道上都繞上電磁線圈，如圖4 所示。 其中，油管道外壁繞著通電線圈，將逆變器輸出的中高頻交流電通過線圈，由于電磁感應原理，油管壁在磁場的作用下產生渦流進而加熱管內的重油，重油經過泵，輸送到船舶各個供油環(huán)節(jié)，這樣可以對重油進行更加精確且高效率的加熱。 圖5 為油管路的局部放大圖。

圖4 電磁感應線圈示意圖Fig.4 Schematic diagram of electromagnetic induction coil

圖5 油管路局部圖Fig.5 Partial diagram of the oil pipeline

相比現有的船舶重油加熱方式，電磁感應加熱是將逆變器輸出的中高頻交流電通過電磁感應加熱線圈， 線圈直接環(huán)繞在船舶輸油管道上進行加熱。 電磁感應加熱方式相比電加熱升溫速度快，加熱部位精準，加熱溫度容易控制[3]，而且設備使用壽命長，維護成本低，是一種綠色環(huán)保型加熱方式。 電磁感應加熱器替代原有的鍋爐，只需在重油進機輸油管道上環(huán)繞電磁感應加熱線圈即可實現重油加熱控制，減少了工作流程以及加熱裝置體積，從而節(jié)省船舶供油單元空間，更快速高效將重油進機粘度控制在12～15 mm2/s 之間， 保證重油良好霧化與噴射質量[4]。

3 電磁感應加熱優(yōu)點分析

由于該方式采取電磁感應加熱，這種加熱方式相比現有的蒸汽加熱，明顯減少了工作流程以及重油加熱裝置體積，可以節(jié)省船舶供油單元的空間。而且這種加熱方式比較安全，相比于蒸汽加熱燃燒鍋爐水加熱重油，電磁感應加熱重油升溫速度快，加熱部位精準，加熱溫度容易控制，是綠色環(huán)保的加熱方式。

雖然重油電磁感應加熱方式是間接加熱，但是由目前電磁感應加熱設備的使用數據可知其電效率可高達90%[5]， 所以電磁感應加熱方式的整體熱效率要比傳統(tǒng)的電加熱方式要高。 除此之外，電磁感應加熱是通過感應線圈對輸油管道進行加熱，感應線圈的拆裝比較方便，故障容易排除，相比電加熱操作方便，節(jié)約安裝維護成本；由于電磁感應加熱是非接觸式加熱， 感應加熱線圈本身不發(fā)熱，可以顯著降低作業(yè)環(huán)境溫度，所以電磁感應加熱設備安全性高，使用壽命長[6]。

綜上所述，在目前航運業(yè)低迷的情況下，船運企業(yè)要想減少虧損或者進一步實現盈利，同時還要響應海運行業(yè)節(jié)能減排號召，必須自主研發(fā)有利于船舶節(jié)能減排的新技術，制定船舶能耗精細化管理以及降低船舶EEDI 指數[7]的新方案。

4 結語

本文在考察了TZ GLORY 油船的基礎上，對現有船舶加熱存在的問題和缺陷提供了一種可行的結構改進。 出于對重油粘度高的特點，重油在進入船舶每個環(huán)節(jié)都必須要進行預熱，這也是船舶供油系統(tǒng)控制重油粘度的關鍵步驟。目前船舶供油單元加熱重油都采用蒸汽加熱方法[8]。蒸汽加熱由鍋爐蒸汽提供熱量，手動調節(jié)蒸汽閥開度控制重油溫度，此方法存在操作不便、加熱慢、效率低等問題，同時船上鍋爐燃燒產生的廢氣對環(huán)境不利。

船舶節(jié)能減排可以從改善結構和引入新技術研發(fā)等方面入手，針對傳統(tǒng)船舶蒸汽加熱重油的方式效率低、加熱慢、故障率高等缺點，從節(jié)能減排、保護環(huán)境的理念出發(fā)對船舶重油加熱裝置進行了改造與升級。 采用節(jié)能環(huán)保的電磁感應加熱方式，替代原有的蒸汽加熱。 電磁感應加熱是將逆變器輸出的中高頻交流電通過電磁感應加熱線圈，線圈直接環(huán)繞在船舶供油單元輸油管道上進行加熱。 電磁感應加熱方式相比電加熱升溫速度快，加熱部位精準，加熱溫度容易控制，加熱器安裝也比較方便，而且設備使用壽命長，維護成本低，是一種綠色環(huán)保型加熱方式。