船舶中央冷却水系统的常见故障与分析--讲解

前言

虽然航运业的形式很多,船舶运输还是在其中占有很大的比重。随着海运业的不断发展,各式各样的特种船舶广泛的应用。因此,对船舶系统的研究需不断地提高和优化,为船舶动力装置的发展做出努力。船舶的冷却系统是一个具有复杂形式的系统,合理地选择一种冷却系统对整个船舶航运的经济性,维修性是非常重要的,这与造船成本和船

东的使用成本都具有很大的影响。

中央冷却系统作为船舶冷却系统的一种冷却形式在现代船舶上的运用越来越广泛,对其的研究及优化是一个重要的课题。在我国的船舶行业中,对中央冷却系统的介绍和研究还不是很多,然而在现行的船舶中,船东特别是大公司的船东越来越倾向于中央冷

却系统。中央冷却系统对于船厂来说提高了制造成本,对于船东来说提高了设备的可靠性,降低了维修费用,因此,对中央冷却系统的进一步研究有利于船厂降低成本,提高中

央冷却系统的运用深度有很大帮助。

在韩国和日本等造船强国,中央冷却系统的设计有着很详细的设计基准,他们通过

众多的船舶设计人员在实际设计和使用后总结出一整套设计标准,按照这种标准,使得

他们船舶的设计既符合各方面的要求，又降低了设计成本。在我国,大部分船厂都没有中央冷却系统的设计的标准,而韩国日本等造船强国又对我们进行技术封锁,我们以前

很多船舶系统的设计中,只是部分采用了中央冷却系统的原理,并没有达到完整,经常会出现各种问题,引起在实际制造中大量的返工,造成人力物力的浪费,同时在设计过程中,为了保证各种设备能正常工作,对中央冷却系统设置了大量的余量,增加了设计成本。本文通过了对中央冷却系统的各种形式的介绍和以往的中央冷却系统所产生问题的分析,使中央冷却系统的理论系统化,完善化,以供设计人员及其他相关人员参考。

第一章船舶中央冷却系统的概述

1.1 船舶冷却水系统的发展

为了使柴油机和其他辅助设备受高温和摩擦作用的部件保持正常稳定的工作性能，必须对这些部件进行冷却。冷却系统的作用就是把冷却介质送到受热部件，将其多余的热量带走。船舶冷却系统作为船舶动力系统的重要组成部分之一，随着材料、工艺以及控制技术的突飞猛进，发展过程大致经过以下三个阶段:

1）开式冷却系统，利用舷外海水直接冷却主机与辅机设备。由海水泵将舷外水吸入系统管路中，通过空气冷却器、主机缸套和滑油冷却器等设备换热后，经出海阀排出舷外。开式冷却系统是船上应用最早的冷却方式，其优点有冷却水来源丰富、需要安装的设备和管路少、维护管理方便。缺点是冷却介质使用舷外水，由于水质较差和水温变化较大，容易导致设备冷却水腔积垢堵塞，使受热零部件得不到充分

冷却而产生过大的热应力。开式冷却系统主要应用于小型船舶柴油机的冷却。

2）半封闭式冷却系统，特点是使用淡水冷却柴油机高温部件，在冷却器中高温淡水被舷外水冷却后循环使用，把主机燃烧室零部件的热量带走。其它低温设备仍使用海水冷却。半封闭式冷却系统的优点是主机使用淡水作为冷却介质，减弱了对被冷却的零部件的腐蚀性，有利于保护被冷却部件。由于水质较好，通常可以将主机进口水温与出口水温分别提高到 60℃～75℃与 70℃～85℃。这将有效降低主机燃烧室零件的热应力，提高热效率。缺点是半封闭式冷却系统包括淡水冷却系统和海水冷却系统，使整个冷却系统变得复杂，增加了维护管理工作。而且，由于其它设备仍由海水直接冷却，还是存在着管路与辅助设备的腐蚀、结垢等问题。

3）中央冷却系统，由海水系统、低温淡水回路系统和高温淡水回路系统组成。工作原理是利用海水泵输送舷外水进入中央冷却器来冷却低温淡水回路，由低温淡水冷却设备低温部件（包括辅柴油机、空调、冷藏装置、空压机、大气冷凝器等）以及高温淡水回路，高温淡水用来冷却主机汽缸套与汽缸盖等部件。高温淡水与低温淡水的冷却都是一个循环流动的过程，为闭式冷却。海水系统用于冷却中央冷却器，由海水泵、阀件、过滤设备和长度有限的管路构成，为开式冷却。在中央冷却系统中，舷外海水只在中央冷却器中进行热交换而不接触其它热交换器、辅机发电机以及主柴油机的冷却部件，尽量缩短并简化船舶海水冷却管系，有效地防止了由海水腐蚀引起的冷却器以及管路漏泄

故障的发生，提高了设备的使用寿命和系统的安全可靠性。所以，现代大型船舶柴油机动力装置的冷却普遍采用中央冷却系统

1.2 中央冷却水系统的基本型式

目前，受到最广泛应用的船舶中央冷却系统有以下三种基本的形式：

1）独立式中央冷却系统

独立式中央冷却系统简图如图 1.1 所示。冷却辅机设备的低温淡水和冷却主机气缸套的高温淡水分为两个回路并均由海水冷却。低温淡水在中央冷却器中和海水进行热交换，高温淡水在缸套水冷却器中和海水进行热交换。因此，这种方案需要装备至少两台使用海水冷却的冷却器

图1.1独立式中央冷却系统

2）混流式中央冷却系统

混流式中央冷却系统简图如图 1.2 所示。高温淡水回路不再是独立系统，混流式系统取消了缸套水冷却器而采用三通阀根据高温淡水的温度要求控制低温淡水与高温淡水混合的流量。高低温淡水需带走的热量全部在中央冷却器中与海水交换。由于少了一个缸套水冷却器，采用高低温水混合对进出主柴油机与中央冷却器的水温控制的准确性难以保证

图1.2混流式中央冷却系统

3）标准中央冷却系统

标准中央冷却系统如图 1.3 所示。低温淡水在中央冷却器中与海水进行热交换。高温淡水在缸套水冷却器中由低温淡水冷却。因此，仅有中央冷却器使用海水冷却。该系统相比混流式系统增加了一台冷却器，但可以提高冷却水温控制精度与系统的可靠性。本文研究的某 57000 t 散货船即采用这种形式的中央冷却系统

1.3 中央冷却水系统的基本组成

如前文所述，船舶中央冷却系统主要由三大部分组成:海水系统、低温淡水系统和高温淡水系统。下面分别介绍这几个系统

1.3.1 海水冷却系统

海水系统构成比较简单，主要设备有海水泵、过滤设备和中央冷却器。海水从高位或低位海底门进入海水管路，通过两台主海水泵作用输送至中央冷却器海水侧入口，在中央冷却器内与低温淡水热量交换后从冷却器海水侧排出。为避免冷却海水温度过低，在海水入口温度调节阀的作用下部分被加热的海水返回到海水泵入口与舷外海水混合，其余部分由海水管路排放至舷外。