冷却系统在船舶与海洋工程方面的运用

冷却系统在船舶与海洋工程方面的运用

摘要：冷却系统是船舶与海洋工程中的重要动力系统组成部分，其主要作用是

带走系统热量和维持系统稳定[1]。船舶在运行时，其内部的各种机械和电气设备

在运行时都会散发出热量，运用冷却系统来带走机械设备运行的热量对维持船舶

整体系统稳定具有重要的意义。本文总结了船舶与海洋工程中常见的冷却系统，

并详细探讨了冷却水系统在船舶与海洋工程中的运用情况，希望对我国船舶在海

洋工程中的系统运行和稳定提供一定参考价值。

关键词：冷却系统；船舶；海洋工程；运用

新世纪是海洋的时代舞台，海洋蕴藏着的丰富资源正成为现代社会生产生活

动力的来源，在实际需求和高额利润的驱动下，船舶与海洋工程迎来了黄金发展

的时期。在能源紧张和环境问题越来越严重的今天，优化和改进船舶的系统设计、提高船舶的经济与环保性逐渐成为了当前船舶与海洋工程的设计方向目标。冷却

系统作为维持船舶运行稳定和系统安全的重要组成部分，直接影响到船舶的功能

实现与海洋工程实施，因此本文具体分析了工程船舶冷却水系统的设计，讨论了

冷却系统在船舶与海洋工程中的运用注意事项，提出了具体的冷却水改进设计方向，希望对当前的船舶与海洋工程提供帮助。

1船舶与海洋工程中常见的冷却系统

船舶中的冷却系统有多种形式，冷却系统的选择要根据船舶的实际应用和工

程的环境条件来进行设计[2]。当前我国常见的冷却水形式如图1所示。

图1：冷却水系统的基本形式

现代船舶在海洋工程运用中主要的冷却方式有两种，即风冷方式和水冷方式[3]。风冷方式是通过强制通风的方式来带走机械设备中产生的热量；水冷则是通

过将海水作为传热介质的方式来带走机械设备中的热量。由于风冷的方式占用空

间面积大，不适用于船舶这种相对小体积的空间，因而在实际的船舶与海洋工程

的冷却系统运用中，只有小部分热量以风冷来发达，大部分还是以水冷的方式来

作为船舶的主要散热方式。

2冷却系统在船舶与海洋工程中的运用

在当前的海洋工程运用中，大多数船舶采用的是闭式水冷却的中央冷却系统

设计方式[4]，这是由于大海的环境复杂，前期投入较大的闭式水冷比开式水冷的

方式更能适应海水的环境，能够相对避免海水腐蚀、泥沙沉淀的问题，从而大大

降低了后期的维护费用；而中央冷却系统的冷却水设计方式能够使冷却内部管道

最大程度的减少，并且将高温设备与舰外水冷却隔开了，从而避免了盐析的问题，进而充分发挥出闭式冷却水系统的优势。基于此，本文主要探讨了中央冷却系统

在海洋工程中的运用。

2.1中央冷却系统在船舶中的设计

闭式水冷却系统的工作原理是通过内置淡水冷却循环管道来带走船舶运行时

所产生的热量，然后将淡水汇往与舰外海水相同的传热装置处进行热量交换以便

冷却淡水。海水侧冷却系统原理如图2所示，淡水侧冷却系统原理如图3所示。

1）海水侧冷却系统注意事项

除非特殊地区的船舶航海条件，大部分采取32℃作为中央冷却器海水侧的入

水端口温度，其出水口端的温度一般不能超过48℃，以免产生盐析现象，从而影

响传热效率。若船只在寒冷的海域航行，可以通过设置支路管道的方式将海水引

回海水门，从而避免产生海水结冰的现象以及低温对设备器材的不利影响。

2）淡水侧冷却系统注意事项

中央冷却系统管道中的淡水温度对于设备运行和稳定具有重大影响作用，过

高的温度难以达到冷却的效果，过低的温度则会影响机动设备内存的油品发生性变，并且过大的温差会致使机械设备的金属材料部分发生物理变化，从而加快内

部动力设备的老化速度。因此，在船舶与海洋工程之中，一般将淡水侧的出口温

度控制为36℃。除此之外，控制好淡水侧的水量分配对整个系统运行的散热效果

具有关键性影响，为避免产生抢水现象、实现水量平衡的淡水侧系统循环，设计

师们一方面通过调控管路中管径与流量的平衡以保证各支管内相差无几的阻力，

另一方面在各冷却水出口处设置调节被压的设施以监管和控制管道内的水流量。

值得注意的是，为了避免淡水冷却循环系统运行过久而产生水垢沉积现象，一般

会往淡水中加入防蚀剂和防锈油，这就导致了淡水管道不能使用钢管镀锌工艺，

常规的处理工艺是对管壁进行磷化处理。

总而言之，中央冷却系统是最常见的船舶海洋工程中的冷却水系统设计方式，它的首要设计要求就是充裕和节能。充裕是指尽最大可能的发挥散热效用；显而

易见的是充裕与节能是两个相互制约、相互矛盾的原则，因而优秀的系统设计是

要找到这两者之间的黄金分割点，已达到最大效益化的船舶运行。

2.2中央冷却系统在船舶与海洋工程中的设计

工程船舶的工况复杂、总体布置变化多，其具体的中央冷却系统必须遵循工

程船舶的特点，以实现最大效益化的维护船舶系统的稳定和运行。具体如下：1）布局变化的影响

工程船舶的舱室布局容易受到具体应用的总体布置影响，例如半潜船型中的

冷却系统必须分别设置，这是由于这种船型的中后部要布置成开阔的装载甲板所

导致。事实上，工程船舶的各类设备一般都被分散在距离较远的各个舱室类，如

何巧妙的分割或组合冷却系统是维持工程船舶系统稳定和功能运行的关键。

2）工况复杂的影响

运输船舶的动力系统一般是围绕特定的功能使用来设计航速的，这就意味着

运输船舶的动力设备始终运转在额定的工况下，其相应的冷却系统也相对稳定，

只要通过不同数量的水泵组合就能满足船舶系统的需求。而工程船舶的工作运行

状态则处于一个不稳定的状态，因而要根据不同工况的不同环节的额定状态来设

计船舶的冷却水系统。当工程船舶运行设备的实际输出功率低于额定值时，就会

造成显著的能量浪费，为此，可以在冷却水系统的海水侧采用变频/双速水泵以减少能量损失。值得注意的是，在设计工程船舶的冷却系统时，应该在充分考虑设

备的性质和功能的基础上来进行适当的冷却水系统分割和组合，一方面使高负荷、高功率的设备得到充分冷却，另一方面当耗能设备不工作时可以选择关闭相应的

冷却水系统以达到节能的目的。

3）综合电力系统的影响

工程船舶的动力系统多采用综合电力系统来支撑运行，相比于常规的运输船

其冷却水系统的设备容量较大和复杂程度较高，对舱室空间的要求也比较严格。

这就致使了淡水侧冷却系统的温差大，产生了冷却系统能耗比下降的影响。对此，可以通过调控海水侧的流量来助力于中央冷却系统的节能并缩小中央冷却器的换

热面积。