摘 要 ：MGO（Marine Gas Oil）是低硫輕柴油，粘度很低，為了滿足船用燃油設(shè)備的粘度要求，必須提高其粘度。文章詳細(xì)介紹了采用冷卻器進(jìn)行熱交換來加以解決，對(duì)實(shí)船的設(shè)計(jì)和訂貨有一定的參考價(jià)值。
1 概述自 2010 年 1 月 1 日起，歐盟港口開始單邊實(shí)施船舶強(qiáng)制使用低硫燃油的法令 2005/33/EC。法令規(guī)定：2010 年1 月 1 日起，在歐盟港口停泊（包括錨泊、系浮筒、碼頭停泊）超過 2 小時(shí)的船舶不得使用硫含量超過 0.1%m/m 的燃油，船舶停泊后應(yīng)盡早轉(zhuǎn)換為低硫燃油（硫含量不超過0.1%m/m），船舶開航前盡量晚切換成高硫燃油；燃油轉(zhuǎn)換操作應(yīng)記錄在船舶日志上。該限制適用于所有燃油種類及所有燃燒設(shè)備，包括主鍋爐和輔鍋爐。該法令和現(xiàn)有的“波羅的海、英吉利海峽及美北海排放控制區(qū)（ECA）”要求的實(shí)施，意味著船舶必須備有合適的燃油及可行的儲(chǔ)存和操作系統(tǒng)。IMO 和 CARB 燃油硫含量限值及應(yīng)用階段見圖 1。
2 面對(duì)的問題
長時(shí)間使用 MGO 會(huì)導(dǎo)致 MGO 粘度降低，因?yàn)橹鳈C(jī)的回油和新油混合會(huì)使燃油溫度提高，這樣當(dāng)粘度小于 2cSt時(shí)很容易造成高壓油泵咬死，所以如果船上遵循此規(guī)范，
就必須控制主機(jī)進(jìn)油口的粘度，就應(yīng)該添加必要的冷卻設(shè)備。目前需解決的問題是：
（1） 人們把硫含量低于 0.1%的低硫柴油稱為 MGO（Marine Gas Oil），意思是船用汽油，易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)性很大。
（2）MGO 含硫量低同時(shí)其粘度也很低，40℃時(shí)是 1.5cSt及以上。
（3）目前冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)還不全面，無法滿足所有要求。研究空調(diào)系統(tǒng)的科研人員考慮采用 Chiller Unit，用制冷劑作為熱交換介質(zhì)的冷水機(jī)組，可以將 MGO 的油溫降低到20℃，燃油的粘度等級(jí)完全可以達(dá)到要求。但此冷卻設(shè)備體積較大，且投入成本較高。
（4）采用板式冷卻器（Cooler Unit）。
3 選型研究
3.1 制冷單元
以輔機(jī) MGO 的制冷單元為例。
3.1.1 冷水機(jī)組
（1） 冷 媒 ：R404A 或 R134A 或R407C。（2）冷凝器端冷卻水類型：36℃低溫淡水。（3） 冷凝器端冷凝溫度：40℃。（4）蒸發(fā)器端冷卻水溫度：從 12℃到 7℃。（5）MGO 端冷卻溫度：從 42℃到 20℃。（6）MGO 冷卻器冷媒：36℃低溫淡水。
3.1.2 壓縮機(jī)電機(jī) 4.2kW/1200rpm
3.1.3 冷凝器
（1）型式：臥式殼管式。（2）冷卻水類型：36℃低溫淡水。（3） 冷卻水消耗量：3m 3 /h。（4）冷凝溫度：40℃。
3.1.4 蒸發(fā)器
（1）型式：臥式殼管式。（2）水進(jìn)口溫度：12℃。（3）水出口溫度：7℃。
3.1.5 冷水機(jī)組配件
制冷劑貯液罐、電磁閥、膨脹閥、視液鏡、干燥濾器等。
3.2 MGO 低硫油冷卻單元
3.2.1 膨脹水箱
（1）容量大約 49 升。（2）#高工作壓力：0.25MPa。（3）附件有：用于液位控制的管子開關(guān)、手動(dòng)進(jìn)水閥、自動(dòng)進(jìn)水閥、止回閥、出水閥、泄放閥、排氣閥、安全閥、
隔膜壓力表等。
3.2.2 水濾器
3.2.3 冷卻水泵
3.2.4 冷卻器
（1）型式：板式熱交換器。（2）#大冷卻功率：10.52kW。（3）結(jié)垢熱損失：20%。（4）低硫油進(jìn)口溫度：42℃。（5）低硫油出口溫度：20℃。（6）冷卻水進(jìn)口溫度：7℃。（7）冷卻水出口溫度：12℃。（8）附件有：旁通閥、截止閥、安全閥、電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥。
3.2.5 溫控閥
帶位置驅(qū)動(dòng)溫控閥，由 PT100 輸出信號(hào)控制，以控制到 MGO 冷卻器的冷卻水量。
3.3 電氣及控制
采用 PLC 自動(dòng)控制報(bào)警及各啟動(dòng)功能，包括電控箱、報(bào)警信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)及電氣連接。機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后，自動(dòng)控制系統(tǒng)將根據(jù)燃油回油設(shè)定溫度，自動(dòng)控制機(jī)組的能量調(diào)節(jié)。
從以上配置可以看出，采用冷水機(jī)組的原理可以將水制冷到 7℃，然后通過板式冷卻器進(jìn)行熱交換，將 42℃的MGO 低硫油冷卻到 20℃，從根本上確保了 MGO 的粘度能夠控制到 2cSt 以下。但熱交換設(shè)備復(fù)雜，占用船上空間大，且需電氣控制系統(tǒng)，產(chǎn)生故障的頻率增大，費(fèi)用相當(dāng)高，Chiller Unit 流程圖及外形圖見圖 2。
3.4 海水冷卻單元
在主機(jī)及發(fā)電機(jī)燃油進(jìn)油管路上各安裝 1 臺(tái)好立的板式熱交換器，用 32℃的海水去冷卻 NGO，可以冷卻到35℃，板片的材料采用 0.5mm 厚的鈦板。經(jīng)過試驗(yàn)，燃油的粘度非常接近 2cSt。當(dāng)然，如果海水溫度低于 32℃，則MGO 冷卻后的溫度更低，粘度將低于 2cSt。
用海水作為冷側(cè)熱交換介質(zhì)板式冷卻器，板片數(shù)量少，冷卻器結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單，布置占用空間小，成本非常低。但是,海水冷卻的熱交系統(tǒng)是開式系統(tǒng)，一旦冷卻器的板片結(jié)構(gòu)發(fā)生泄漏，熱側(cè)的燃油滲漏到冷側(cè)的海水側(cè)，燃油將會(huì)排入海中，對(duì)海洋環(huán)境造成污染，這是 IMO 和SOKAS 不允許的。
3.5 淡水冷卻單元
在主機(jī)及發(fā)電機(jī)燃油進(jìn)油管路上各安裝 1 臺(tái)好立的板式熱交換器，用 36℃的淡水去冷卻 NGO，可以冷卻到35℃，板片的材料采用 0.5mm 厚的鈦板。經(jīng)過試驗(yàn)，燃油的粘度非常接近 2cSt。隨著煉油技術(shù)的不斷提高，目前，只要確保 40℃左右的冷卻溫度，MGO 的粘度完全可以達(dá)到2cSt 以上。當(dāng)然，如果海水溫度低于 32℃，則 MGO 冷卻后的溫度更低，粘度將低于 2cSt。
4 結(jié)束語
船上的主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐等使用燃油的設(shè)備，均要求燃油的粘度不低于 2cSt，否則將加劇零部件的磨損。對(duì)于柴油機(jī)，油泵磨損后，內(nèi)部泄漏量增大，導(dǎo)致噴射壓力不足，可能會(huì)造成主機(jī)無法啟動(dòng)。用船上造水機(jī)自產(chǎn)的淡水通過板式熱交換器去冷卻燃油，既經(jīng)濟(jì)又清潔環(huán)保。
目前的#新優(yōu)化設(shè)計(jì)是將淡水冷卻的 MGO 冷卻器與燃油供油單元一起設(shè)計(jì)和供貨，減少了好立 MGO 冷卻單元的電氣控制系統(tǒng)，且 MGO 粘度控制和油溫的顯示與供油單元一起安裝到船上，36℃的淡水冷卻，既節(jié)約空間，采購成本也將大大減少。
根據(jù)實(shí)船的安裝統(tǒng)計(jì)，如果采用 Chiller Unit，每條船MGO 冷卻單元的采購成本不少于 40 萬元人民幣；當(dāng)采用淡水冷卻的 Cooler Unit，且 MGO 冷卻單元安裝在供油單元上，則每條船 MGO 冷卻單元的采購成本不超過 3 萬元人民幣。
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