強(qiáng)制對(duì)流換熱的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及其預(yù)熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)制對(duì)流換熱的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及預(yù)熱方法，屬于船舶燃油預(yù)熱技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶燃油輸送系統(tǒng)中，需要將燃油從儲(chǔ)存艙中輸送至沉淀柜。儲(chǔ)存艙中的燃油一般為重燃油，其粘度隨溫度不同變化差別極大，溫度越高，粘度越低，如某一款重燃油在50°C下粘度為380cSt，而在(TC時(shí)接近20000cSt。粘度大會(huì)導(dǎo)致輸送栗抽吸燃油時(shí)阻力大而增加功耗甚至無(wú)法栗送，因此有必要對(duì)燃油預(yù)先進(jìn)行加熱至一定溫度以降低粘度再栗送。目前運(yùn)營(yíng)船舶重油的傳統(tǒng)加熱方式是通過(guò)在船兩側(cè)的燃油艙內(nèi)布置加熱盤(pán)管，通過(guò)蒸汽加熱重油來(lái)達(dá)到駁運(yùn)條件，如圖1所示。采用加熱盤(pán)管來(lái)加熱重油，達(dá)到輸運(yùn)條件后，開(kāi)啟閥門(mén)，從吸口往外抽吸燃油。這種方式缺點(diǎn)明顯:1)能量利用率較低。盤(pán)管加熱的是整艙燃油，而實(shí)際中需要栗送的燃油量相對(duì)燃油儲(chǔ)存艙容積很小，因此相當(dāng)部分熱量被用來(lái)加熱不必栗送的燃油，而這部分熱量易通過(guò)艙壁與外界進(jìn)行熱交換而被浪費(fèi)。2)會(huì)產(chǎn)生較大范圍高溫區(qū)。當(dāng)儲(chǔ)存艙鄰近壓載艙或貨艙時(shí)，壓載艙壁高溫會(huì)加速腐蝕的發(fā)生，同時(shí)也會(huì)給對(duì)溫度敏感的貨物，比方谷物，煤炭等帶來(lái)破壞。3)當(dāng)燃油液位低于加熱盤(pán)管的時(shí)候，暴露在空氣中的盤(pán)管會(huì)加速燃?xì)鈸]發(fā)并形成硬垢。4)加熱盤(pán)管布置高度不能太低，當(dāng)燃油液位完全低于加熱盤(pán)管的時(shí)候，燃油將很難被輸送，導(dǎo)致了燃油留存。
[0003]為了解決燃油輸送系統(tǒng)中加熱盤(pán)管帶來(lái)的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了新型燃油轉(zhuǎn)換裝置，其主要設(shè)計(jì)思想是:在燃油儲(chǔ)存艙中設(shè)置一個(gè)小隔艙，隔艙與儲(chǔ)存艙相通，首先往小隔艙中栗入沉淀柜中的高溫燃油，預(yù)熱得到一定量的相對(duì)高溫燃油，達(dá)到栗送條件，然后采用燃油輸送栗抽吸燃油至沉淀柜，如此往復(fù)循環(huán)。圖2給出的是燃油儲(chǔ)存艙中的隔艙方案示意圖。隔艙設(shè)計(jì)的主要目的是使注入的熱燃油盡量主要被用來(lái)加熱局部區(qū)域的冷燃油，且控制被加熱的燃油不至于太分散，而是集中在小隔艙內(nèi)，使被抽出燃油均為相對(duì)高溫燃油，便于栗送。盡管這種燃油轉(zhuǎn)換裝置能較好地避免盤(pán)管加熱帶來(lái)的問(wèn)題，也更節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，但是也存在缺點(diǎn)一一其預(yù)熱效果的好壞依賴(lài)于隔艙方案的設(shè)計(jì)，不合理的隔艙設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致隔艙內(nèi)燃油溫度分布不均、熱油積聚在隔艙上方、冷熱油換熱不充分、吸口附近油溫過(guò)低等問(wèn)題，這將弱化其相對(duì)于傳統(tǒng)盤(pán)管加熱方式的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行工況惡化時(shí)甚至可能增加運(yùn)營(yíng)成本，甚至經(jīng)濟(jì)性劣于盤(pán)管加熱。因此，合理的隔艙方案設(shè)計(jì)是整個(gè)燃油預(yù)熱系統(tǒng)的關(guān)鍵。
[0004]公布日2015年8月5日，公布號(hào)為CN104819080A，名稱(chēng)為《一種船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及預(yù)熱方法》公開(kāi)了一種船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)，該方案采用了“小隔艙”的形式，對(duì)小隔艙內(nèi)的燃油進(jìn)行預(yù)熱，其存在的問(wèn)題是:
[0005]I)燃油預(yù)熱不均勻:其預(yù)熱栗和輸送栗時(shí)交替開(kāi)啟的，當(dāng)預(yù)熱栗關(guān)停后，輸送栗開(kāi)啟，根據(jù)熱油向上，冷油向下的原理，此時(shí)熱油位于小隔艙的上部，抽吸輸送時(shí)，流入管路A中的油溫是不穩(wěn)定的，而且隨著時(shí)間推移，流入管路A中的油溫會(huì)有所下降，即使嚴(yán)格控制輸送栗和預(yù)熱栗開(kāi)啟的時(shí)間長(zhǎng)度，也難以確保油溫的穩(wěn)定性。
[0006]2)熱油和冷油僅僅依靠熱擴(kuò)散進(jìn)行換熱，換熱的效果不佳，油溫的控制難度較大。
[0007]3)輸送栗開(kāi)啟后隨著油溫降低，粘度增大，功率會(huì)有一個(gè)逐漸增大的過(guò)程，導(dǎo)致電機(jī)功率不穩(wěn)定，壽命受到影響。
[0008]4)輸送栗和預(yù)熱栗需按照設(shè)定程序交替開(kāi)啟，熱油輸送的工作效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有的采用小隔艙進(jìn)行船舶燃油預(yù)熱的方案，燃油預(yù)熱不均勻；換熱的效果不佳，油溫的控制難度較大；栗的電機(jī)功率不穩(wěn)定，壽命受到影響；輸送栗和預(yù)熱栗需按照設(shè)定程序交替開(kāi)啟，熱油輸送的工作效率較低。
[0010]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0011]—種強(qiáng)制對(duì)流換熱的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)，在儲(chǔ)存艙和沉淀柜之間設(shè)置燃油預(yù)熱和輸送兩條管路，一路設(shè)置預(yù)熱栗，為儲(chǔ)存艙提供高溫燃油，另一路設(shè)置輸送栗，將加熱的重油輸送至沉淀柜，兩條支路均設(shè)置相應(yīng)方向的截止止回閥，防止管路方向錯(cuò)位；在儲(chǔ)存艙一角設(shè)置小隔艙，所述小隔艙中間設(shè)置第一隔板2，將隔艙Y向一分為二，B管布置在第一分艙I中，A管布置在第二分艙3中；第一隔板2右上角開(kāi)孔hole2，第二隔板4左下角開(kāi)孔holel，兩孔呈對(duì)角布置，所述A管與預(yù)熱栗所在管路連通，所述B管與輸送栗所在管路連通，A、B管路各自設(shè)置調(diào)節(jié)閥；所述A管的下部設(shè)有彎頭，使其出油口正對(duì)第二隔板4左下角的孔holel，所述第二隔板4左下角的孔holel的孔徑大于A管的出油口 ；所述B管的流量大于A管的流量；所述管A與管B之間通過(guò)設(shè)有帶截止閥的連通管C。
[0012]本技術(shù)方案對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的帶小隔艙的燃油預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):
[0013]熱油注入管A管口對(duì)準(zhǔn)冷油補(bǔ)充孔holel。熱油注入與冷油補(bǔ)充反向，在開(kāi)孔處冷熱油能充分混合，發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流換熱，且注入管口徑相對(duì)于開(kāi)孔要小很多，熱油基本被冷油包絡(luò)，使得熱量不容易擴(kuò)散至基本為低溫重油的大艙區(qū)，高溫燃油攜帶的熱量能充分有效用來(lái)加熱小隔艙內(nèi)冷油，能量利用率提高。
[0014]燃油注抽同時(shí)進(jìn)行。冷油、高溫燃油及被加熱的燃油三者都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)流換熱占據(jù)主流，而現(xiàn)存燃油預(yù)熱方案基本以熱擴(kuò)散為主，對(duì)流換熱強(qiáng)度和速度要大大高于熱擴(kuò)散，因此，換熱效率和程度要明顯提高，且經(jīng)數(shù)值模擬驗(yàn)證，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，被抽出燃油的溫度基本維持在相對(duì)較小的范圍內(nèi)，能更好地符合燃油輸運(yùn)條件。
[0015]進(jìn)一步的，第一、第二隔板底部開(kāi)小孔，作掃艙用；小隔艙上板設(shè)置若干透氣孔，以保證產(chǎn)生的蒸汽及時(shí)溢出。
[0016]進(jìn)一步的，A、B管分別在第二分艙3和第一分艙I中，沿Y方向居中布置。
[0017]進(jìn)一步的，在熱油不至于損壞艙底的情況下A、B管口可盡量接近艙底，但不能太近，以免流動(dòng)阻力過(guò)大。
[0018]—種強(qiáng)制對(duì)流換熱的船舶燃油方法，采用上述的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0019]A)連通管C上的截止閥打開(kāi)，由預(yù)熱栗經(jīng)管B往小隔艙注入tl時(shí)間的溫度為T(mén)的高溫燃油流量Qvl ;
[0020]B)由輸送栗經(jīng)油管B抽吸燃油送至沉淀柜，持續(xù)時(shí)間為t2，流量Qvl ;
[0021]C)連通管C上的截止閥關(guān)閉，預(yù)熱栗開(kāi)啟，同時(shí)輸送栗開(kāi)啟，A、B管路同時(shí)運(yùn)行。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023]I)綠色節(jié)能，降低營(yíng)運(yùn)成本。由于只加熱部分燃油，且熱量被有效利用，與外界熱交換減少，符合綠色節(jié)能理念，并能有效降低船舶營(yíng)運(yùn)成本。
[0024]2)避免了由加熱盤(pán)管帶來(lái)的結(jié)垢、蒸汽泄漏、燃油留存等問(wèn)題，且免于盤(pán)管加熱系統(tǒng)的安裝、維護(hù)。
[0025]3)不會(huì)因?yàn)槿加蛢?chǔ)存艙溫度高而損壞鄰近貨物，也不會(huì)造成壓載艙的腐蝕。
[0026]4)不同于盤(pán)管加熱整艙燃油，本設(shè)計(jì)只需加熱局部區(qū)域冷油，故比盤(pán)管方式加熱速度更快，且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易操作。
[0027]5)對(duì)比公布號(hào)為CN104819080A中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)中的現(xiàn)有方案，雙管設(shè)置于兩個(gè)分艙的設(shè)計(jì)，A、B兩個(gè)管路流量不同，及同時(shí)注抽方案能有效強(qiáng)化冷熱重油間熱交換，被加熱的燃油溫度相對(duì)更穩(wěn)定，可