浅析一种新型船舶燃油舱舱柜加热系统
    摘要：传统形式的燃油储存舱加热使用的蒸汽加热管存在散热损失大、加热管破损后修复非常困难并且管路外表面易积碳等特点，此篇针对一种新型燃油加热系统，即通过驳回燃油沉淀舱或日用舱的热油来混合加热燃油舱中适量的冷油，达到加热燃油的目的，通过计算并得出结果说明使用该新型燃油加热系统可以降低能源消耗、降低碳排放并且节约运行成本。
    关键词：船舶；油舱加热；能耗；转驳加热
目前，在绝大部分船舶上采用的油舱加热形式为蒸汽加热管加热，这种加热管路具有使用方便、技术成熟、热效率较高等特点。但也存在燃油舱柜表面积大散热损失大，蒸汽耗量高，加热管破损修复困难，表面易积碳等缺点。本文基于青岛北海造船厂的40万吨矿砂船项目实船安装结果，探讨一种新型船舶燃油舱加热系统，对于提高船舶的营运经济性具有极其重要的意义。
1 系统设计原理
    本文提出的燃油舱舱柜加热系统是针对传统燃油储存舱蒸汽盘管加热存在的热能损耗高的
问题，从节能的角度出发而提出的一种新型的船舶燃油舱加热系统。采用此种新型的加热系统后，可以在燃油舱内不设置蒸汽加热管的情况下就对舱内的部分燃油进行加热，并将其输送至燃油沉淀舱。这种加热方式只是对储存舱中将要被输送的那部分燃油进行加热，取代了传统蒸汽加热管对整个燃油储存舱加热的方式，可避免储存舱的表面向周围环境散失热量，并且减少长时间持续加热造成的能源浪费，从而实现降低能源消耗。
1.1 系统工作过程
本文中提出的燃油舱加热系统的主要流程包括“燃油加热”和“燃油输送”两个过程，见下图1和图2。通常这两个过程是相互独立的，即系统在“燃油加热”模式下工作时，燃油输送泵停止运行，当系统处于“燃油输送”模式时，此时燃油转驳泵停止工作，燃油输送泵通过燃油储存舱中的吸口将混合后的油输送至沉淀柜中供使用，简而言之，以上两个过程的本质是船舶需要多少燃油就加热多少燃油，不会再对全部的燃油持续不间断的加热。
    本系统中，“燃油加热”和“燃油输送”两个过程持续并交替运行，实现燃油储存舱持续提供高温燃油的功能，系统中各个对象的工作时序和传统的蒸汽加热盘管方式相比，产生了一些改变，详见下图4。
    在传统加热盘管的加热方式下，燃油储存舱为了保证持续供油而保持加热盘管的常开对储存舱内的燃油持续加热。而使用本文中新型加热系统后，沉淀舱中的燃油温度，基本处于稳定的状态，燃油储存舱中的加热模式是间断运行的。此外，在系统开始运行前，首先需要保证将沉淀舱中燃油加热达到60℃。当燃油沉淀舱中的燃油温度达到系统要求后，才可以开启本系统正常工作，此时系统中的转驳泵和输送泵循环并交替运行，从而达到“加热”和“输送”燃油的目的。
1.2 燃油舱舱柜加热系统设计要点
1.2.1 燃油储存舱内吸口处的外形设计
    热油通过燃油转驳泵进入燃油储存舱后，立即将吸口附近的冷油混合加热，为保证吸口处的冷油能够被混合加热到可泵温度，须在吸口附近采取措施防止热量的过度扩散，目前大多数设计是制作一个约3m³的开式独立舱柜，固定放置在燃油储存舱内，舱柜内包含油舱吸口和热油注入口，以达到高效的混合加热适量燃油的效果。
1.2.2燃油沉淀舱中吸口高度设计
    为了防止转驳泵将输送来的冷油又驳回到燃油舱，转驳泵吸口下方的沉淀舱容积应大于舱柜加热系统在1小时内通过转驳泵输送到储存舱的容积和主辅机燃油日用系统1小时内燃油耗量容积总和。
1.2.3 燃油舱舱柜加热系统的温度控制
    燃油储存舱中的油温会受到油舱表面积、油舱表面绝缘厚度等因素影响。为了满足系统加热量的需求，本燃油舱舱柜加热系统的控制型式采取温度控制。首先在燃油储存舱内设置温度传感器，当燃油输送泵运行时，该温度传感器会实时检测储存舱中被吸入到燃油沉淀舱的油的温度，将该温度信号发送给燃油转驳泵控制单元。若吸出的燃油温度低于系统
的初始设定值（不低于可泵燃油温度），燃油转驳泵控制单元在收到信号后会调整燃油转驳泵的转速，从而增加输送至燃油储存舱的高温热油量，确保燃油储存舱吸口处燃油加热到预设的可泵燃油温度。
2系统能源消耗及成本分析
2.1 能源消耗分析sql server 2000是一种
仅对“燃油加热”过程而言，虽然两种加热形式的目的都是把燃油储存舱中的低温燃油加热到可泵温度。但是使用传统的蒸汽加热盘管加热时燃油储存舱中的燃油会持续通过结构舱壁的表面向周围环境散热，就蒸汽消耗量而言，传统的加热盘管的蒸汽耗量比舱柜加热系统会消耗更多的蒸汽，而且当燃油储存舱中的油温达到可泵温度后，会持续消耗大量的蒸汽对燃油储存舱中的燃油进行保温，但是保温消耗的蒸汽量在舱柜加热系统中是不存在的。但是另一方面，舱柜加热系统中多出的能源消耗只有燃油转驳泵和燃油输送泵的电能，通过计算得出，两台泵的电能消耗远小于用于保温的蒸汽能源消耗。
用于保温的蒸汽耗量所对应的燃油消耗量gb为
                                    [1]              （1）
上式中：——保温蒸汽耗量，kg/h；
      ——0.7MPa下饱和蒸汽的焓值[2]，取=2752 kJ；
      ——60℃饱和水的焓值，取250 kJ；
      ——燃油的低发热值，取40349 kJ；
      ——燃油转换为蒸汽的效率，取0.85；
电功率消耗转换为燃油消耗量为
                                      [3]              （2）
式中：p——转驳泵的电功率消耗量，kW；
      ——发电机组中柴油机的燃油消耗量，195 g/（kW·h）
      ——发电机效率，取0.95；
    为了方便对比和分析，船上的燃油储存舱的数量及大小不尽相同，目前只条选取单个燃油储存舱的平均保温蒸汽耗量为计算对比数据，把用于保温的蒸汽耗量转化为锅炉的燃油消耗量进行横向对比。计算两艘相同船型在同一航次的能源消耗的数据得出结论：利用新型舱柜加热系统后节省燃油量达到90%以上。
2.2 成本分析
    不论是传统的加热盘管的形式还是本文新提出的舱柜加热系统都需要大量的管子、阀门、控制仪表及控制系统来实现加热燃油的功能，假设上述两种系统使用的管子、阀门、管附件产的费用以及安装费用相同，只对比燃油储存舱中蒸气加热盘管的成本和燃油储存舱中增加独立小舱室用于加热冷油的成本，得出以下结论：舱柜蒸汽加热系统会在设计初期投入较多成本用于泵、管路、阀附件、变频控制系统等，但是在船舶营运过程中会节省大量燃油的消耗量，根据测算，新增加的成本相当于3~4个月节省的燃油量。换句话说，安装舱柜加热系统后，第5个月开始就开始降低船舶燃油消耗量了。