冷却系统在船舶与海洋工程上的应用研究

2017-07-01王玉玺

环球市场 2017年18期

关键词：管壳污垢海洋工程

王玉玺孟超

上海外高桥造船海洋工程有限公司

冷却系统在船舶与海洋工程上的应用研究

王玉玺孟超

上海外高桥造船海洋工程有限公司

随着我国经济的快速发展，从而为我国船舶和海洋工程事业的发展带来了很好的机遇，但是目前冷却系统在海洋环境应用当中的有关研究与文献却是出现严重不足的情况，并且不能够很好的设计与选型指导的现状，本文主要从海洋环境常用冷却系统以及三种常用散热器在海上应用的比较等方面进行了阐述。

船舶与海洋工程；冷却系统；污垢系数

近年来，我国船舶与海洋工程领域取得了很大的进步与发展，但是我国关于冷却系统在船舶与海洋工程当中应用的文献是极其缺乏。与此同时，许多冷却系统的设计与生产企业依然还是处于在探索的阶段，面对海洋环境的复杂性与工程要求的特殊性，承担着很大的风险。

1、海洋环境常用冷却系统分析

1.1 风冷式冷却系统

风冷系统的结构形式如图1所示。

风冷式冷却系统主要是由动力源与风扇以及散热器芯组模块等组合而成，通过机械设备带动风扇转动，运用强制对流的作用，带走系统当中多余的热量来达到散热的目的。由于空气的比热容低于水，因此同样的热量假如以风冷方式散出就需要非常大的风量。

1.2 管壳式冷却系统

管壳式冷却系统属于间壁式换热器，其换热管内的流体通道称为管程，换热管外的流体通道称为壳程。当管程和壳程分别流经两种不同温度的流体时，温度相对高的流体经过换热管壁把热量传递给温度相对低的流体，温度相对高的流体被冷却，温度相对低的流体被加热，进而完成两流体的换热。

1.3 板式冷却系统

板式冷却系统由通道板、盲板、端板、端封以及通道密封组成。几何形状复杂的板间流道断面使得其具有较高的传热系数，这是因为介质经过时，流动方向和流动速度在不断变化，流速很低时还会产生湍流，强化了传热效果。

2、三种常用散热器在海上应用的比较分析

2.1 污垢系数

板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小得多，其原因是板式换热器由于板间流体的剧烈湍流，杂质不易沉积；板片间流体通道的流通死区小；用不锈钢制作的换热面光滑且清洗容易。而管壳式换热器内壳程流体的流动比较复杂，存在着旁路和死区，清洗较为困难，杂质容易沉积而形成污垢。

2.2 工作压力和温度

换热器耐压和耐热能力由结构和材料所决定。管壳式换热器的材料选择范围较大，只有壳体两端用垫片密封，且对垫片的压紧力很大，通常可以适应比较宽的温度和压力。密封垫片材料决定了板式换热器的工作温度。

2.3 工作噪声

风冷式冷却系统由于是强制空气对流散热，所以散热设备通常噪音相对较高，板式冷却系统、管壳式冷却系统工作时则很安静，因此对于噪音要求较严格的地方，适合于用板式或管壳式冷却系统。

2.4 冷却效率

衡量冷却效率的重要指标是传热系数。管壳式冷却系统从换热角度看不如板式换热器，板式换热器有较高的传热系数，一般可达12560～20934kJ/m2·h·℃。正常情况下，板式换热器总传热系数比管壳式换热器大3～5倍以上；在相同换热面积时板式换热器流通面积比管壳式换热器5倍，且压降小；在最小传热温差方面，管壳式换热器为3～5℃，板式换热器为1～3℃。而风冷系统，采用空气强制制冷，空气的比热容大大低于水，所以同样的热量如果以风冷方式则需要提供非常大的风量，其相比板式和管壳式传热性能较差。

2.5 占地面积及重量

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2～5倍，而且不用像管壳式换热器那样要预留出管束的检修场地。紧凑度：管壳式换热器为78m2/m3，板式换热器为220m2/m3。因此实现同样的换热任务时，板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/5～1/10。板式换热器的板片厚度为0.6～0.8mm，管壳式换热器的换热管厚度为2.0～2.5mm；管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重得多。在完成同样换热任务的情况下，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器的小，即板式换热器的重量轻，大约为管壳式换热器的1/5左右。管壳式换热器和板式换热器单位体积内的换热面积虽比风冷式都大，但风冷式占地面积则相比前两者都要小，且重量轻，同时在有多组散热单元的情况下，风冷式散热器的集成度更高，结构更紧凑。