板式换热器在船舶轮机中的应用_盛春明.pdf

第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言当前，我国船舶数量和质量不断提高，为海运贸易发展提供了保障。而对于船舶轮机设备而言，换热器质量直接影响着轮机运行状态。轮机运行时，只有保证温度符合要求才能够促进设备持续运行，板式换热器需要符合温度调控要求，并提高轮机运行质量和效率，以便海上运行安全顺利。1 板式换热器概述1.1 结构板式换热器可以为船舶轮机安全运行提供保障，稳定轮机运行，其在设备运行时需要注重设备运行满足温度要求，并把握好设备运行具体信息，对设备运行状态进行判断等1。板式换热器包括端板、盲板以及通道板等，可以实现换热操作。这种换热器的传热效率、占地空间和滞液量方面优势明显，例如传热效率上波纹状板片和适宜的厚度使得气流转换方向和速度增强，传热效率高，促使图 1 船舶用板式换热器板式换热器在船舶轮机中的应用盛春明（黄海造船有限公司，山东 威海 264309）摘 要：作为船舶轮机的重要组成部分，板式换热器关系着船舶轮机的运行质量。基于此，本文对船舶轮机中的板式换热器应用展开研究，首先简要阐述板式换热器，其次对其应用问题进行分析，最后提出优化措施，以供参考。关键词：船舶；轮机；板式换热器中图分类号：U664 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.028引用格式 盛春明.板式换热器在船舶轮机中的应用 J.船舶物资与市场,2023,31(1):87-89.收稿日期：2022-09-26作者简介：盛春明（1987-），男，本科，工程师，研究方向为轮机工程和船舶二次开发。轮机效率也比较高，而在占地空间上比较小，另外其本身结构特殊，滞液量小，重量轻，因此启动快，调节迅速。船舶用板式换热器如图 1 所示。1.2 类型板式换热器分为板翅式、平板式、螺旋板式等类型，其中，板翅式换热器包括封条、隔板、纸片，利用叠加换热元件可以形成逆流式，而在轮机运行过程汇总气体经过逆流式实现隔气和换气达到换热目的2。该换热器经过高效紧凑结构进行换热，但是容易发生堵塞现象，结构也比较复杂，若是污垢堵塞结构而清理不及时会影响运行。平行板式换热器结构为几何形，构成方式为叠加方式，其平角装板设置了一些通道空，为达到热交换的目的，采用密封垫片促使通道隔离，以便热气根据该结构实现气体交换，降低轮机内温度，仅安装该换热器可以做到热交换，但是其无法实现大流量传热，热量承担有限，了解其热交换缺陷后需要结合工作要求考虑是否应用该换热器，这是由于这种换热器的应用价值不高。螺旋板式换热器结构比较特殊，其中的 2 张金属薄板可以确定距离间隔，使用上下盖板连接，利用结构中心促使流体进入，同时从四周的螺旋通道流出来，这种流转方式为逆流式传输3。该换热器的污垢形成速度相对于前 2 种比较慢，换热范围广，优势明显，但是其螺旋结构换热方式在后期运行过程中会形成污垢，处理更加困难，承压力也不高。2 船舶轮机中板式换热器应用问题分析船舶轮机在应用板式换热器之后，尽管能够解决轮船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 88 机产生的导热问题，但是其中仍然会存在一些问题，具体体现在以下几个方面：1）结构紧凑度不够作为船舶轮机运行稳定性的主要设备，板式换热器在换热效应下会将轮机运行热量带走，其在应用时也会出现一些问题，例如尽管船舶设备随着技术改造而有所优化，但是设备要想正常运行需要保证结构紧凑以及其设计参数精确性，这样才能够提高船舶质量，掌握应用效果，了解各结构装置质量对轮机运行效果产生影响4。但是，当前船舶轮机拼接结构和板式换热器之间的紧凑度无法满足要求，其拼接结构并不够紧凑。2）冲击和振动较大在船舶轮机中应用板式换热器受到的冲击较大，导致船舶会出现一定晃动，对船舶运行安全程度产生影响。轮机运行过程中，板式换热器在外界冲击下使得船身发生倾斜晃动现象，进而导致轮机运行安全受到影响。3）传播介质冲击性船舶是油和水的介质，二者密度和比热容不同，因此传热时若是未考虑油和水的温差会导致传热系数下降。船舶运行可靠性需要提高传热介质传热性作为保障，因此船舶运行在油水传热性上的要求比较高，但是当前二者差异较大，其密度上差异使得轮机无法正常运行，因此船舶轮机的传热问题比较突出，导致船舶运行无法保证稳定性5。4）换热问题板式换热器在实际应用时需要考虑好氛离子浓度与换热工作之间的关系，明确轮机设备所受到的腐蚀程度，注意检查船舶轮机周身情况，并在各装置作业正常的情况下考虑好氛离子浓度，若是超标对船舶装置所产生的侵蚀程度使得船舶运行稳定度下降，导致轮机运行安全隐患增加。5）可操作差板式换热器种类比较多，有些外形尽管可以满足换热要求，但是实践应用性能不佳，操作性比较差，若是仍然使用会导致作业难度上升，同时也会导致轮机运行成本增加。另外，有些换热器本身结构不完善，性价比不高，若是使用会对轮机运行效果产生影响，并导致成本运算增加。3 船舶轮机中板式换热器应用优化措施板式换热器发展并不成熟，因此需要解决一些技术问题，本文提出以下措施：1）采用有限元分析船舶设备结构的应用直接关系着船舶轮机运行的效果，为了解船舶设备结构特征，可以利用有限元分析方法对相关设备进行深入分析，为保证船舶运行安全不断优化装备，同时剔除其中无用设备，使轮机问题得到一定程度的弱化，而通过整体切割部位和局部加厚方式结合有限元分析结果对涉及的内部结构进行优化调整6。但是，对于轮船内部结构而言，有些解耦股无法采用整体切割和局部加厚方式，为了保证换热器适应效果，需根据船舶需求利用热处理方式来调整船舶残余应力，进而减少加工费用，并提高换热器与船舶适配度，使其运行可靠稳定、安全有序。2）重点检查换热器船舶轮机应用换热器之后需要重点收集以往案例对换热器作业效果影响因素进行综合分析，并重点研究船舶面临的安全隐患，改变以往的多点固定板体底端方式，加大力度连接并固定换热器和船舶内部设备，通过有效连接相关部位和特殊部位增强换热器的船舶内部牢固度，基于此提高换热器的换热运行效率。对此，工作人员也需要了解换热器效率的影响因素，其本身冲击问题和振动问题是船舶问题的主要原因，因此在了解换热器换热作业原因后需要加大力度检测这两部分，也就是换热器部位和特殊部位连接牢固度属于常规、重点检查内容7。3）固定板体底端船舶应用换热器之后其在运行时由于外部桩基会使换热器无法正常开展换热作业，因此工作人员必须要注重船舶振动和冲击导致的换热作业影响，可以通过板体底端的多点固定法使相关部位连接起来，同时注意重点试验特殊部位功能，结合试验结果合理连接装置内涉及的关键部位，为避免船舶振动和冲击对船舶和换热器适配性产生影响，需要通过加强筋结构处理特殊部位，而其与船舶底端的多点固定方式有所差异，加强筋结构连接能够增强换热器和船舶内部装备之间的紧固性，尽可能减少外界对换热器运行所产生的不良干预8。4）使用水油比热容差值船舶运行过程中受到氛离子这一因素影响，船舶轮机有些部分会直接接触海水，运行环境比较潮湿，长此以往被海水侵蚀影响会影响换热介质性能。因此需要注意氛离子，这是由于船舶作业主要发生在海中，而海中含有丰富的氛离子，其对船舶运行产生影响。结合实际情况要想解决氛离子导致的问题需要优化船舶装置材料，选择抗腐蚀性材料应用在船舶建设中，并对其进行质量检测，分析材料抗腐蚀性能的安全使用等级，并加大力度监控船舶材料质量，进而缓解氛离子对换热作业所产生的冲击。船舶轮机应用时，板片材料需要具有抗腐蚀性，第 1 期 89 例如钦材等，其相对于不锈钢而言质量小，在一定程度上能够缓解海水腐蚀效果。但是，为了增强钦材制成的板片的性能，其不仅需要接受常规检验，还需要对板片进行 100%铺色渗透试验，控制好半盘抽检误差。还可以选择钛板，其对海水也具有一定的抵抗作用，当前广泛应用在船舶制造中。还需要注意检板质量，使其使用寿命得以延长，从经济上和安全上进行考量，对检板尺寸进行定期检查更换，尽量缩小其误差，保证其尺寸符合要求，进而降低冷却介质对换热工作所产生的不良影响9。另外，需要注意优化传热介质，由于油和水的比热容存在较大差异，因此传热温度差异也比较大，导致传热系数上升，为了保证产品可靠，要想在复杂工况下保证油和水的传热效果以及换热欲度需要使用热介质增强导热效果，达到最佳的换热效果。5）注重冲击加工船舶换热器在检修时，以往检修效果不好，这是由于有些换热器在设计结构时本身不够科学合理，这就使得后续装置检修成本增加，不符合企业预期目标，无法让企业获得相应的经济效益。因此，为了解决换热器实操问题，可以优化换热器工艺，提高船舶作业水平，适度加工处理可以促使换热器运行安全，同时要注意后续装置维修，通过定期维修了解装置元件运行程度和使用寿命，若是有问题则通过及时更换确保船舶运行正常，促进后期维护，对装置结构污垢进行定期清理维护，提高船舶检修质量，提高船舶应用换热器的效果。除此之外，要想解决换热器应用效果不理想这一问题，可以通过合理的冲击工作以及后期装置维护解决，其中维护工作要重点考虑技术和成本，通过有效的预防维护关注易发生故障部位，对其进行科学维护，进而有效解决换热器应用时存在的问题，同时还需要对船舶装置内部结构进行优化设计，对换热器板体采用整体切割处理方式，解决焊接变形导致的后续影响，之后重新组装面板和内侧板，上述工作处理完后开始进行热处理作业，可以有效利用船舶内部装置空间，使船舶运行安全、稳定。6）维修设备故障船舶运行过程中，板式换热器若是出现故障需要拆卸下通道板，但是拆卸过程中需要注意邻近通道板也需要拆卸下来，同时维修好换热器，维修措施：首先要对齿轮箱大小进行相应的调整，使其减速比从原油的 3 1变为现在的 4.5 1，并适当扩大齿轮箱的范围，之后对螺旋桨直径进行优化调整，使其确定为 1.6 m，同时降低轴线中心高度，以便轮机能够顺利运行，保证作业效果，提高船舶承载力。根据调查发现，轮机拖力在改进之后可以提升至 53 N，其性能有所提高10。另外，换热器本身价格低廉，无需投入过多成本生产维修，由于其制作工艺成熟，一般使用冲击加工方式实现生产目的，而后续维修时若是持续使用换热器可以结构落实松开后对内部进行清洗，若是损坏彻底则需要重新更换零件，成本较低，接受度也比较高。4 结语板式换热器关系着轮机运行的稳定性，因此当前需要根据板式换热器特征和其应用范围分析其在船舶轮机实际应用中的效果，利用现代技术解决换热器优化问题以及轮机运行不稳定的问题，并加大力度处理冲击和后期维护工作，通过科学合理的方式提高船舶轮机中的板式换热器应用效果。因此，本文针对船舶轮机中板式换热器应用问题提出了采用有限元分析、重点检查换热器、使用水油比热容差值、注重冲击加工、维修设备故障等措施。参考文献：1 马瑶珠,金跃波.板式换热器在船舶轮机中的应用 J.浙江海洋学院学报(自然科学版),2005(2):164-167+174.2 陈浩.基于脉动流强化换热的船用板式换热器性能优化研究D.镇江:江苏科技大学,2021.3王海波.板式换热器在船舶行业的应用J.装备制造,2010(1):229+231.4 赵丽莉.板式换热器在船舶轮机中的应用 J.化工管理,2014(21):125-126.5 王继政.螺旋板式换热器结构优化及传热特性的研究 J.中国设备工程,2022(04):130-131.6 李丰华.板式换热器在船舶轮机中的应用 J.船舶物资与市场,2022,30(5):53-55.7 江亮.船舶板式换热器污垢监测系统设计 D.大连:大连海事大学,2016.8 王敏.燃气轮机滑油换热器的分析计算 J.内燃机与配件,2021(9):45-46.9 甘刘意,陆怡,查涵清,等.新型螺旋板式换热器及其传热特性研究 J.流体机械,2021,49(06):36-43.10潘新祥,潘延龄.实船测定板式换热器的传热及流阻特性J.大连海运学院学报,1992(4):376-381.盛春明：板式换热器在船舶轮机中的应用