Shifter燃油舱加热系统的特点及应用

张亮

摘    要：本文以某40500DWT散貨船为载体，对新型Shifter燃油舱加热系统的组成、特点及工作原理等，与传统燃油舱蒸汽加热系统进行分析比较，为后续类似项目提供参考。

关键词：新型 Shifter；
燃油舱加热；
构成

中图分类号：U664.83                            文献标识码：A

Characteristics and Application of Marine Shifter Fuel Oil Tank Heating System

Zhang Liang

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.，Ltd， Jiangmen 529145 ）

Abstract：
This paper is based on the 40 500 DWT bulk carrier to analyze and compare the new fuel tank Shifter system with the common fuel tank steam heating system， research on the composition and working principle of the new Shifter oil tank heating system， and for reference of subsequent similar projects.

Key words：
New Shifter;   Fuel oil tank heating;  Composition

为保证船舶营运经济性，目前大多数民用运输船上的主机、发电机、锅炉主要使用重质燃油，最高粘度可达700cSt（50 ℃）。为满足燃油日常使用要求，需对舶舶重燃油沉淀舱、燃油日用舱及储存舱中的燃油加热至设定的油温。

1     传统燃油舱蒸汽盘管加热系统

目前大多数民用船舶仍采用传统的燃油舱蒸汽盘管加热方式，即以辅助锅炉作为蒸汽热源，在各燃油舱内设置足够面积的蒸汽加热盘管。此种加热型式热效率较高，技术成熟可靠，使用简单，但也存在严重的缺陷和不足：

（1）蒸汽加热的是整个油舱尤其是其底部，油舱与舱壁间有热传递，尽管油舱外壁敷设有隔热材料，但仍存在热损耗；

（2）当油舱液位较低时，部分蒸汽加热盘管暴露在空气中，长时间会使盘管表面积炭，影响其传热效率；
长期使用会使油舱中的残渣逐渐堆积在油舱底部，影响泵的抽吸；
此外，在液位较低时可能存在油舱底部燃油无法被加热的情况，影响油的流动性，从而进一步影响泵的抽吸，或是因吸入管内阻力增大造成滤器的堵塞；

（3）货舱部分的燃油舱存在与压载舱相邻的情况，油舱加热时，油舱和邻近的压载水舱持续进行热传递，压载舱表面油漆长时间被温度升高的海水浸泡，油漆容易脱落破损，加剧压载舱的涂层腐蚀；

（4）燃油舱中的蒸汽盘管一旦破损，燃油会随蒸汽凝水管进入热水井单元，进一步给锅炉给水系统造成污染。如需修理，则要将油舱清空找出破损的蒸汽盘管并更换之，费时费力，维护成本巨大。

2    新型Shifter燃油舱加热系统

Shifter燃油舱加热系统，是针对蒸汽盘管加热系统存在的以上问题，以节能为目的的一种新型燃油舱加热系统。

Shifter燃油舱加热系统的设计理念：通过Shifter泵，将燃油沉淀舱或日用舱内的已加热燃油驳运至燃油储存舱舱内吸入口处，将这部分热油与储存舱中小部分冷油进行混合，从而提高吸口处油温，降低油的运动粘度，满足输送系统的要求。

采用Shifter燃油舱加热系统，可以取消燃油储存舱内蒸汽加热盘管，仍能将舱内燃油通过输送泵驳运至燃油沉淀舱。这种加热方式只需对储存舱中吸入口周围少部分燃油进行加热，无需如传统加热系统一样加热整个油舱的燃油，相比蒸汽盘管加热，热损耗有一定程度的降低。

2.1   基本构成

Shifter燃油舱加热系统，是基于使用废气或燃油锅炉产生的蒸汽作为热源，燃油日用舱和沉淀舱内仍按常规设计加热盘管，在Shifter泵出口侧设置蒸汽加热器。

Shifter泵单位时间的驳油量，可根据燃油日用系统单位时间的耗油量来确认，即Shifter泵单位时间内驳回的油量应能将储存舱中日用系统单位时间内消耗的那部分冷油加热到可泵温度；
燃油输送泵则需要将Shifter泵驳回的燃油量及其需要消耗的燃油，利用日用系统从储存舱输送到沉淀舱以维持沉淀舱中液位的稳定。

Shifter燃油舱加热系统中，燃油沉淀舱中的油温通过温控阀维持在约60 ℃，燃油日用舱油温通过温控阀维持在约90 ℃。一般情况下，系统只将沉淀舱中的热油驳回储存舱中用于混合加热，日用舱用作应急情况。

2.2  工作过程

如图1所示：Shifter燃油舱加热系统工作过程，主要为加热和输送两个过程，两个过程相互独立。

（1）加热工况

燃油输送泵停止工作， Shifter泵将燃油沉淀舱或日用柜中的热油抽出至系统的加热器处，进行二次加热后再驳运至燃油储存舱内吸入口处，与原有的冷油进行充分混合以提高油温；

（2）输送工况

Shifter泵停止工作，燃油输送泵将燃油储存舱内的加热燃油驳运至燃油沉淀舱。

船舶航行过程中，两种工况通过燃油Shifter泵和燃油输送泵的电气互锁功能来实现交替和持续运行，达到在燃油储存舱不设置加热盘管就能够持续加热燃油及供应燃油的目的。

图1  Shifter加热系统工作过程

2.3   系统特点

（1） 燃油储存舱内可不设置加热盘管，或是只设置极少的部分盘管；

（2） 热损失非常小，热循环利用效率较高，节省燃油；

（3） 用热油加热燃油，相对传统加热方式效率更高；

（4）油渣较传统加热方式最多可减少一半；

（5）燃油储存舱保温时间较短，可避免加热盘管表面产生硬垢；

（6）燃油表面温度不会升至太高，避免货物受热损坏及相邻近货舱货物表面受热；

（7） 避免相邻压载舱涂层破损。

2.4     油舱设计

（1）由于Shifter燃油舱加热系统采用热油与冷油相混合的方法来达到将燃油加热的目的，被加热的燃油进入油舱后，冷热油在进行混合的同时，热油的热量将会向周围更远的冷油扩散。为减小热损失，确保吸口附近的冷油能够被混合温度升高至可泵温度，必须在吸口附近采取适当的措施以防止热量的扩散。对于双层底油舱，因其舱高一般不超过2 m，且横向一般每隔几个肋位均有实肋板结构，自身就可阻止混合油的热量向远处冷油散发，故这种类型的油舱无需采取额外措施；
而对于货舱处燃油深舱，因其舱高通常都远大于2 m，需要在吸入口周围设计形成一个相对较小的空间，该空间的容积约为1 h内Shifter泵驳回吸入口的热油量与日用系统燃油消耗量之和的2.5～5倍。该空间处的结构设计人员需要针对储存舱的结构进行通盘考虑，以便于燃油的透气及流动。

（2） 常规设计下的储存舱中油温会比沉淀舱低约20 ℃～30 ℃，燃油的密度会随温度的升高而变大，当燃油输送泵将燃油从储存舱输送至沉淀舱中时，刚驳入舱内的冷油会下沉，舱内原有热油会上升，为避免未进行充分混合的冷油被Shifter泵驳回燃油沉淀舱，Shifter泵吸入口高度处所对应的沉淀舱的舱容，需大于Shifter泵1 h内驳运至燃油舱的油量加上燃油日用系统（主机、发电机、锅炉等）1 h内的燃油消耗量。如果沉淀舱的高度足够，可将Shifter泵的吸油口设置在沉淀舱舱高的约1/2处，以便系统能够抽出相对更多的热油以用于燃油舱加热；
如果Shifter泵的吸油管受到沉淀舱表面布置的影响而无法合理设置时，可通进舱内管路的其它设计来确保出油高度，且最好设置在加热盘管上方附近。

2.5  节能情况及成本回收

（1）节能情况

见表1。

表1为一個航次内各燃油储存舱保温蒸汽消耗量的加权平均值，蒸汽耗量转化成燃油消耗量，按下式计算：

（1）

式中：Gb——蒸汽耗量对应的燃油消耗量（kg/h）;

qk——保温蒸汽耗量（kg/h）；

I" ——0.7 MPa下饱和蒸汽的焓值（660 kcal/kg）；

iw ——60 ℃饱和水的焓值（60 kcal/kg ）；

uL ——燃油的低发热值（9 600 kcal/kg）；

ηb——燃油转换为蒸汽的效率，取ηb=0.85。

电机功率消耗量转换为燃油消耗量，按下式计算：

（2）

式中：gM——电功率消耗耗量所对应的燃油消耗量（kg/h）；

P ——Shifter的电功率消耗量；

ge——发电机内柴油机的燃油消耗率（192 g/kW.h）；

ηe——发电机效率，取ηe=0.95。

（2）成本回收

本文主要针对现有燃油舱加热的不足之处提出新的解决思路，为后续进一步研究及进行实船推广应用打下基础。

参考文献

[1]船舶设计手册[M].  北京：中国交通科技出版社.

[2]油舱蒸汽加热系统的计算方法[S]，北京：中国船舶工业综合技术经

济研究院，2014.

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