新型船舶燃油预热转运技术应用分析

张晓荣，李博洋，管泽森



新型船舶燃油预热转运技术应用分析

张晓荣1，李博洋1，管泽森2

（1.青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071；2.山东海丰船舶管理有限公司，山东青岛266071）

针对传统船舶燃油加热技术存在的一些问题，介绍了一种新型燃油预热转运技术应用原理，并对该技术进行了实用性分析，提出了新船加装和老船改造该技术系统应考虑的相关问题。最终得出结论：新型燃油预热技术操作简捷，系统容易管理，实用性强，大大降低了蒸汽使用量，达到了节能减排双重功效，是值得应用于船舶的加热技术，对航运企业有一定借鉴意义和参考价值。

新型 燃油预热 转运

0 引言

随着全球经济由“重碳经济”向“低碳经济”转型，作为国民经济重要组成部分的航运业的温室气体排放问题日益受到国际社会关注。到2020年，全球航运业预测将需要4亿吨燃油，将排放14亿吨CO2，约占全球总排放量的6%。[1]目前，世界航运形势走低，航运公司经济效益下降，运营成本攀高，燃油成本所占总成本的比例大幅提高，这使得节能减排成为航运界亟待解决的现实问题，而燃油预热转运系统的出现，在技术方面所做的改进，将会有效的解决这一问题。

1 传统船舶燃油加热方法的弊端

目前，现运营船舶燃油的传统加热方式是在燃油储存舱布置蒸汽盘管，[2]通过蒸汽加热燃油，[3]从而满足油泵驳运燃油的条件。在实船使用过程中，该加热方式却存在很多问题：

1）能量利用率非常低，船体与海水之间的热交换带走了非常多的热量。燃油储存舱中的预热温度应满足燃油驳运泵的运送要求，为30～38℃。夏季最热时，海水温度一般在30℃以上，油舱将不用加热就可以满足泵送的需要，但是一年中绝大多数时间海水温度都在30℃以下，冬季海水温度甚至降到10℃以下，与驳运燃油的温度相比，温差较大，而船体的材质导致传热较快，且一般油舱多为双层底，外面直接与海水接触，油舱本身又没有与外界隔绝的保温材料，致使大量的热能损失。

2）油舱预热时间长，蒸汽消耗量较大，运营成本高。船舶锚泊时，一般停止油舱加热，在备车前才打开加热阀为其加热。如果锚泊时间长，海水温度低，将会造成油舱热量损失严重，由于油舱容量较大，短时间加热，使油舱温度升高会很困难，要想满足燃油驳运要求，必须使油舱预热很长时间。这样一来，要消耗大量的蒸汽，备车前只能多次点炉，备车后主机机动航行不能满足废气锅炉产生大量蒸汽，因此频繁点炉也不可避免。船舶航行中，传统燃油加热系统需要耗费大量的蒸汽，只有时时向使用油舱加热，才能保证正常驳运。实际船舶运营中，在完成航运任务的前提下，船舶降速航行，节省燃油，以此来降低运营成本。但是主机降速带来的却是废气量的不足，导致锅炉产生蒸汽量不足而不能满足加热需求，从而致使锅炉在航行中频繁点炉。以上事实均表明锅炉耗油量增大。

3）新船建造和旧船维修费用太高。由于油舱容积较大，在舱壁上要安装很长的盘管才能满足其加热量，对盘管的安装工艺要求较高，这样会带来很高的加装费用。而加热盘管的加工工艺复杂，其材质成本较高，需大批量定制，这样会使新船建造成本大幅提高。加热盘管的加工工艺，以及蒸汽长期对加热盘管的腐蚀，可能会带来蒸汽的泄漏问题。油舱重油会随蒸汽回到热水井，将会带来锅炉水侧、热水井等大量的后期清洁工作，势必给船运公司带来巨大的经济损失。

4）由于燃油舱的加热，高温及结露等原因，极易造成对货舱的货物造成货损，还容易造成船舶压载水舱的腐蚀。油舱舱壁布满加热盘管，在加热燃油的同时，也在向相邻的货舱或压载水舱传送热量。尤其是散货船更为明显，由于高温，造成化肥成团、粮食自燃等现象时有发生，需要长时间开舱通风，但海上空气湿度较大或偶遇下雨，也势必造成不必要的货损。

5）传统蒸汽加热盘管管线较长，热量损失严重。加热管线一般比较长。虽然蒸汽管路外都包有隔热材料，但也避免不了与外界换热的问题，热量仍然会损失。

6）油舱清洁会带来较大的工作量。采用蒸汽盘管加热燃油，此种加热方式属于静加热方式，燃油没有流动，从而导致燃油中杂质不断沉积，形成难以除去的油渣和油泥，而且不能通过油泵抽出，长时间使用势必会堵塞油舱出口。因此，为了避免该故障，维护人员必须及时清洁油舱。此项工作包括：驳油转舱、长时间通风、清洁、油渣油泥回收等繁杂的工作，会带给船舶航运公司不小的工作量和安全隐患。

根据上述分析，传统的蒸汽盘管加热方式存在颇多不易解决的难题，这就迫切需要一种安全性好、加热速度快、能量利用率高、维修方便且费用低的新型燃油预热系统，以此改善船舶燃油加热状况，降低航运公司运营成本和应对世界海事组织出台的严苛排放标准。

2 燃油预热转运系统概述

为有效地解决上述诸多难题，研制出一套燃油预热转运系统。该系统采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加热盘管，从而大大降低蒸汽的耗量和减低驳运燃油而浪费的热量，来达到最大程度的节能减排。

2.1 燃油预热转运系统的结构组成

燃油预热转运系统由沉淀柜（日用柜）、燃油预热泵组、燃油输油泵组、换热器和控制系统组成。燃油预热转运系统如图1所示。

沉淀柜（日用柜）用于储存和加热燃油，柜入口与输油泵组相连，出口与预热泵组相连。柜内布置有蒸汽加热盘管用以加热燃油，设有温度传感器和高低液位报警器，分别与控制箱连接，还设有预热泵和输油泵启停装置，并装有液位显示计来有效监测油位。此外，柜外附有隔热材料，增强加热效果，防止热量外散。燃油预热泵组用于驳运沉淀柜中的热油至油舱，其主要部件：预热泵、滤器、预紧弹簧阀、截止阀及截止止回阀等。燃油输油泵组用于输送油舱燃油至沉淀柜，其主要设备：输油泵、滤器、温度传感器、压力传感器、预紧弹簧阀、截止阀及截止止回阀等。换热器用于提升沉淀柜（日用柜）的回油温度，其相关部件：换热器、自力式电动调节阀、截止阀及截止止回阀等。控制系统的主要部件：PLC程控器、变频器、变压器、接触器、断路器等。

2.2 燃油预热转运系统的工作原理

在通常情况下，此系统采用沉淀柜的燃油作为预热油，日用柜的燃油作为备用。首先，启动流量小且运行时间长的燃油预热泵组，将沉淀柜的高温燃油驳至燃油储存舱中，预热油舱中的低温燃油，再由流量大且运行时间短的燃油输油泵组从油舱中抽出高低温混合燃油，送至沉淀柜。当沉淀柜燃油液位达到“输油泵停止”液位时，燃油输油泵停止运行。当沉淀柜油位下降到“预热泵启动”液位时，燃油预热泵随即启动。

燃油预热泵组和燃油输油泵组可以交替运行，当燃油输油泵发生“过载、低温、低压”报警时，自动转换到“重载”模式，此模式下燃油预热泵自动运行；当燃油输油泵运行时，燃油预热泵不停止运行，目的是要降低燃油输油泵的吸入黏度。当然，两种不同流量的燃油泵也可以同时运行。

3 燃油预热转运系统的优势分析

1）能量利用率较高。在加热过程中，无需使用蒸汽加热盘管，沉淀柜的燃油热量完全被燃油舱的燃油所吸收，大幅减少燃油舱在加热过程中与外界的热交换损失。

2）通过节省锅炉的燃油来降低运营成本。该系统使用沉淀柜或日用柜的高温燃油来加热燃油舱的低温燃油，而避免使用或减少使用油舱加热盘管，大大降低蒸汽消耗量，继而降低锅炉的使用频率，直接为航运公司节约成本。以下是冬季工况下，58000 DWT散货船的两种加热系统的蒸汽消耗量对比和成本计算如表1所示。

由表1可以看出，3年多的时间就能收回成本，这还不包括其它季节工况的蒸汽消耗量，还有加热盘管的减少、锅炉选型减小所带来的直接成本下降和加热盘管以后的维修费用等，这样来看，必然会缓解航运公司的收益压力。

3）新造船和修船的成本降低。由燃油预热转运系统结构可知，该系统仅由预热泵组、输油泵组、换热器及相关阀件组成，结构简单。对新船来说，此系统不使用或减少使用燃油舱的加热盘管，安装工艺简单，工程量较小，从而大大降低了安装费用；该系统所属部件无需定制，泵、阀及管系均为常用船舶部件且造价低。

4）燃油舱附近的货物不会因为温度高而受损，不会因为燃油舱温度高而造成压载舱的腐蚀。油舱不使用加热盘管，热量被燃油吸收，且受热均匀，有效阻止热量直接传递给货舱或压载舱，避免局部过热造成货损和压载舱腐蚀。

5）油泵使用寿命延长。该新型系统所驳运油的温度均大于最低驳油温度，这样就避免了驳运凉油的可能性，从而降低了泵的负荷，减低了泵压，间接保护油封、轴承等部件，延长维护周期。

6）无需清洁燃油舱。燃油预热转运系统属于动加热方式，在泵的作用下，燃油不断流动，使油中杂质没有长时间沉积的可能，在驳运过程中，被系统滤器吸收，因此油舱底部就不会存在厚重而难以清除的油渣和油泥了。这样就避免了大量繁杂的工作，为航运公司间接降低了成本。

7）油柜循环加热，确保沉淀柜、日用柜油温正常。在热交换器出口安装有通往沉淀柜（日用柜）的循环管路，有利于提高油柜的升温速度，从而缩短开航前开启辅锅炉的时间；如果外接加热器选用电加热器（可选），当船舶靠港，辅机用重油时，便于对日用柜进行保温。

8）节能减排效果显著。此系统使用锅炉频率大幅降低，排放废气量也明显减少，消耗蒸汽量较少，通过减低驳运燃油而浪费的热量来达到最大程度的节能减排。

4 燃油预热转运系统装船问题分析

4.1 检验认证

新船加装和改造燃油预热转运系统之前，都必须将改造后的系统图纸送至船级社审图，得到船级社批准后，才可以正式实施。由于该系统运用优势明显，发展前景广阔，尤其是节能减排效果显著，这也是船级社的初衷，势必赢得船级社的认可，得到船级社等相关部门的大力支持，批复进程会大大加快。

4.2 系统布置与设计

对新船来说，此系统不使用或减少使用燃油舱的加热盘管，安装工艺简单，工程量较小，从而大大降低了安装费用；该系统所属部件无需定制，泵、阀及管系均为常用船舶部件且造价低。因此，装船非常容易。

4.3 投资成本

根据市场调研，燃油预热转运系统的成本大约为50,000.00美元，比传统的蒸汽盘管加热系统要高很多，但通过理论分析与计算，使用该新型加热系统3年左右将回收全部成本，其中包括系统设备、附件费用，管系费用，船级社检验认证费用和安装系统费用等。这对大型的航运公司来说，其所属船队规模较大，可以选定船厂批量建造，并指定设备供应商大量制造，这样形成规模化效应后，会节省更多的成本，为企业带来效益。

5 结论

随着世界能源日趋短缺，国际海事组织通过《MARPOL 73/78公约》提高了节能减排标准。因此，船舶节能减排是船舶下一步研究和应用的重点之一。如果继续使用传统蒸汽盘管加热系统，将不会满足节能减排需求，新型的船舶燃油预热转运系统应用会解决传统加热系统的诸多问题。该系统使用沉淀柜的热油给燃油储存舱加热，这样可以有效减少锅炉使用次数，节省燃油，降低排放。

[1] 楚大为. 供油船舶货油加热系统的设计与研究[D].大连:大连海事大学,2012.

[2] 周明顺. 船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社, 2014.

[3] 于朋,李方晨,褚欢欢. 12800DWT石油沥青/油船导热油加热系统设计[J]. 船舶工程, 2015, 37(2):64-68.

Application Analysis of New Type of Oil Fuel Preheating and Transportation Technology

Zhang Xiaorong1, Li Boyang1, Guan Zesen2

（1. Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China；2. Shandong Haifeng Ship Management Co., Ltd, Qingdao 266071, Shandong, China）

U664

A

1003-4862（2017）07-0060-04

2017-03-15

山东省高等学校科技计划项目(J16LB75)；中国远洋运输(集团)总公司应用研究计划项目（2015-1-H-010）

张晓荣(1980-)，男，讲师，工程师。研究方向：现代轮机管理。