板式热交换器在船舶轮机中的应用_孙超.pdf

第 31 卷 第 3 期2023 年 3 月Vol.31 No.3Mar.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言船舶行业的可持续快速发展，需要诸多要素的保障，机械设备便是其中之一，轮机是船舶中较为重要的机械设备之一。轮机运转的可靠性与稳定性，会对船舶运行产生较大影响。现如今，在船舶行业的整体发展中，板式热交换器已经成为重要的影响要素之一，在轮机安全高效运转过程中发挥着重要的保障作用。面对不断涌现的新科技，造船产业的发展亟需创新改革，而在板式热交换器实际应用中，一些潜在问题始终没有得到妥善解决，我国船舶产业的可持续发展还面临着很多挑战。为保证船舶轮机高效稳定运行，相关工作者一定要增强责任意识，在使用板式热交换器的过程中，需全面了解船舶轮机的实际运转情况，对其使用过程中出现的问题加以分析，才能有效避免同样问题再次发生，以此为船舶轮机正常运转提供保障，使船舶行业发展更加顺畅。在轮机运转过程中，需保持一定的温度数值，热交换器在其中发挥着重要作用。主机滑油冷却器、高低温淡水冷却器、中央冷却器等设备承担着控制船舶主滑油和高、低温水等流体介质温度的作用1。热交换器这类具有重要作用的设备，主要承担着控制轮机设备温度的作用，通过对温度的精准控制，确保船舶轮机可以实现安全常态化运转。当前热交换器的类型较为多样，在船舶轮机中，板式热交换器在船舶轮机中的应用孙 超（扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225211）摘 要：对于船舶轮机的安全运行来说，板式热交换器是其重要的运行保障，对船舶轮机的整体结构发挥着不可替代的作用。在船舶轮机专业学科当中，热交换器是必不可少的构成要素。综合来看，热交换器的种类比较丰富，包含板式热交换器和壳管式热交换器。而板式热交换器是使用频率较高的一类，其具备较多的优势，比如自身体积不大、整体效率较高等。当前业界着手于深入对板式热交换器应用方面的研究，但在板式热交换器的实际应用过程中还有部分功能存在缺陷，亟需改善。本文结合多年船舶轮机岗位的工作实践，从板式热交换器原理出发，针对板式热交换器的类型和特点进行阐述，分析板式热交换器在船舶轮机中的具体应用，对设计中存在的问题提出解决措施，以供业内人士参考。关键词：板式热交换器；船舶轮机；传热介质；中图分类号：U664 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.03.027引用格式 孙超.板式热交换器在船舶轮机中的应用 J.船舶物资与市场,2023,31(3):87-89.收稿日期：2022-09-09作者简介：孙超（1983-），男，本科，工程师，研究方向为船舶轮机工程。板式热交换器的使用频率较高，对温度的控制更加准确，且这类热交换器体积小，工作效率高，应用的范围广泛，应用的潜力巨大。对于船舶业界人士来说，应加大对板式热交换器应用研究，深入了解板式热交换器的结构和实际特点，解决板式热交换器在设计中的问题，提升其实际应用效率。1 板式热交换器的类型和特点板式热交换器的工作原理并不是非常复杂，其包含多个通道板和一片盲板以及端板。端板主要位于板式热交换器的两侧，对热交换器的传导和通道密封发挥着非常大的作用。在板式热交换器的工作系统中，主要是将热量从一个方向传导到另一个方向。而板式热交换器所包含的不同通道板，主要功能是保存介质，且这些介质属于散热介质。当热流体和散热介质通过通道板接触时，能够达到散热的目的2。就目前情况，板式热交换器的应用已经渗透到很多不同的行业，其主要分为板翘式、平行板式、螺旋板式等类型。1.1 板翅式热交换器这一类的板式热交换器，由很多不同的元件组成，翅片以及隔板是其中较为重要的组成元件，也是热交换中最为关键的要素。在具体的布置过程中，板翅式热交换器主要有逆流式和交叉式 2 种方式。在实际应用的过船舶物资与市场第 31 卷 第 3 期 88 程中，逆流式与交叉式的换热效果相似，但在不同的情况下，应用方式会展现出一些差异。板翅式热交换器在展现优势的同时也暴露其缺点，比如容易产生堵塞现象，且难检修，阻碍后续相关的工作开展。板翅式热交换器的应用需要满足一定的环境条件，其通常在清洁度较高和腐蚀性较低的流体换热中使用3。1.2 平行板式热交换器这一类型的板式热交换器，主要是由很多平行的薄板共同组成，且不同的平行薄板之间需要运用特殊的封闭材料做好相应的阻隔工作，在相互阻隔的同时，还要保证热流体和冷流体能够进行有效交换。通常平行板式热交换器的板片会呈波纹型，其截面结构较为复杂，且导热流体在流动过程中，会不断变换流动的速度和方向，在其变化过程中，提升了传热效果和热交换能力，平行板式热交换器在相同体积内实现的换热面积是壳管式热交换器的 510 倍之多。所以，平行板式热交换器的换热系数与壳管式热交换器相比，有了较大幅度的提升。平行板式热交换器能够有效节省空间，这种类型的换热器还具有良好的介质流动性，几乎没有死区。板片可以灵活进行增减、拆卸，在此情况下可以轻松清洁污垢，提升设计的便利性，由此平行板式热交换器在现阶段船舶轮机中使用较广，取得了良好的效果。平行板式热交换器也存在一定的缺点，其缺点是当密封垫片出现损坏的时候，容易发生泄漏，而且交换器内部流道的宽度不足，不适合大流量传热，不具备耐高温特点。平行板式热交换器的应用要满足一定的条件，其通常适宜在 150以下的流体换热中使用，若温度高于 150可能会影响其效能的发挥4。1.3 螺旋板式热交换器这一类型的板式热交换器，设计效果与平行板式热交换器、板翅式热交换器有所不同。螺旋板式热交换器一般由 2 张薄金属板卷成的等距螺旋通道以及上下盖板和连接管构成，流体一般是从中心位置流进的，再通过螺旋通道从周遭流出，该换热方式普遍称为逆流式。螺旋板式热交换器所具备的优缺点比较明显，其优点是换热面积比较大，污垢形成的速度比较慢，具有良好的换热效果。螺旋板式热交换器的功能和平行板式热交换器相比具有创新性，但螺旋板式热交换器实际应用还未得到普及，适用范围较窄，应更加深入地对螺旋板式热交换器进行研究5。当然，螺旋板式热交换器缺点也较为明显，主要缺点是不易开展清洗和检修工作，螺旋板式热交换器的清洗工作持续时间长、工作效率低，相应的检查维修工作也需要投入大量的时间成本。螺旋板式热交换器的承压能力较差，一般在0.98 MPa以下可以使用。若压力超过承压的最大数值，有可能会引发一系列的安全问题。2 板式热交换器在船舶轮机中的应用在船舶轮机实际运行过程中，需要通过多重保障。其中热交换器作为重要的保障设备，广泛应用在主副机滑油冷却器、气缸套淡水冷却器、燃油加热器、给水加热器等设备的运行过程中6。热交换器相较于其他设备要求更为严格，由于船舶轮机运行的环境具有多变性与复杂性，所以对应用期间的热交换器有着比较严格的要求。船舶在复杂多变的环境下运行，会出现许多无法预料的情况，比如有可能会出现振动、冲击、倾斜以及噪音等不可预知的情况。冷却使用的介质通常是盐度较高的海水，并且运行环境具有较大的湿度，对板片具有较高的腐蚀性。船舶自身空间结构有限，因此对热交换器的体积与质量皆有一定要求。船舶轮机热交换器的传热介质主要是油和水，而板式热交换器的应用，能够解决多种实际运用中的问题。2.1 有效解决传热介质的问题同其他类型的介质比较，油和水的比热容数值比较大，在换热展开的过程中遭受的温差也比较大，在此情况下传递系数也会相应变大。所以在设计过程中，相关设计者需要考虑优先选用比热容较大的水和油作为传热介质，从而获得更好的应用性能，改善换热效果，降低了船舶企业的生产成本，提升其经济效益。因此，需要保证船舶运行时热交换器的油水传热性能；保证设备换热裕度；保证传热介质能够有效传递热量，才能有效提高换热效果，使热交换器的实用功能得到更大程度的发挥。2.2 具备较强的经济性以及可操作性同其他类型的热交换器相比较，板式热交换器的市场价格较低，在板式热交换器生产和维修保养过程中，可以降低成本，增加经济效益。在板式热交换器生产的过程中，由于其制作工艺已经较为完善，各种技术的运用合理，通常采用冲击加工的方式进行板式热交换器的生产制造。在后期维护过程中，若板式热交换器可以正常运行，说明其具有较强的可维护性，可以对其结构进行合理拆解，展开清洗工作。若热交换器无法正常运行，处于不可维护的情况，则表明板式热交换器已经发生了损毁，需要更换新的板式热交换器。船舶轮机中应用的板式热交换器，通常都会预先配备一些板片，便于热交换器中板片出现问题后进行更换，这也是很重要的一项准备工作。第 3 期 89 2.3 解决船用设备要求结构紧凑、重量轻的问题目前，板式热交换器已普遍运用在船舶轮机的运行过程中，且应用范围持续扩大。相较于传统的热交换器，板式热交换器的质量更加轻盈，体积数值更小7。在具体的设计实践中，为了达到船用设备的相关要求，可以采取有限元分析的方式，根据实际应力的分布情况，将板体中不必要的部分去掉，或者尽可能予以缩小，并且对其薄弱部分进行加厚处理。在板体设计的实际过程中，可以采取整体气割的方式，减小焊接变形对其强度产生的影响，随后进行内侧板和面板等处的焊接，再通过热处理消除残余应力。通过上述步骤的有效实施，可以节约板式热交换器在安装过程中的空间，在推动后续工作发展的过程中，更好地保证船舶轮机的正常运行。2.4 解决冲击大、倾斜角度大以及振动等方面的问题船舶运行的环境比较特殊，经常会出现冲击力大、倾斜角度大以及振动等问题，且这些问题具有极大不可控性。为妥善解决上述问题，可以采取板体底端多点固定的方式，针对所有可以固定的部位采取固定连接，对重要特殊部位采取钢筋加固措施，增加设备稳定性，保证热交换器的正常运行，提高换热效率，保证换热效果。反之，若出现振动等问题，会影响换热效果。2.5 解决海水作为冷却介质氯离子浓度高的问题船舶运行过程中，板式冷却器通常用海水作为冷却介质，氯离子的浓度较高，传热介质温度高。若板片长时间处于氯离子浓度高的环境，易造成腐蚀损坏。因此，选择抗腐蚀性能高的材料，是提升冷却器质量的重要前提。目前，国内船用换热器使用的板片材料多为奥氏体不锈钢、钛及钛合金板材。不锈钢对氯离子比较敏感，在高温环境，容易出现应力腐蚀、点蚀及缝隙腐蚀等情况。通常采用增加 Mo 含量来提高板片耐腐蚀性能，钛及钛合金重量轻，表面一旦遭到破坏，原表面形成的钝化保护膜具有“自愈性”，钛的耐腐蚀性能要高于不锈钢的耐腐蚀性能，是适合含氯介质的典型材料。但钛及钛合金价格昂贵，使用成本较高。因此，开发价格优廉且具有良好耐腐蚀性能的优质材料是目前板式热交换器发展中需要解决的问题8。3 结语随着社会经济发展水平显著提升，船舶已经成为促进我国经济发展的重要工具，船舶轮机的重要性也更加凸显。为确保船舶轮机的正常运行，需要加强船舶轮机温度方面的控制，板式热交换器在控制轮机温度的过程中发挥着较大的作用。由于板式热交换器能够有效实现针对轮机的温度控制，在不同的行业中板式热交换器的应用范围较为广泛，其具备的功能也较为强大。板式热交换器的应用具备较好的发展前景，在实际应用的过程中，需要不断增强针对板式热交换器的研究力度，重视板式热交换器的影响及作用，进而推动技术的革新。做好后续的推广、应用工作，更好地保障船舶轮机的运行，为我国船舶产业的整体发展奠定基础。参考文献：1 欧文武.板式热交换器在船舶轮机中的应用 J.内燃机与配件,2020(19):167-169.2 张绍志,李扬.板式热交换器选型及自动绘图软件设计 J.制冷与空调,2019(5):41-45+49.3 肖调兵,陈彦政,高路杨,等.某核电站 RRI 板式热交换器结垢物分析及处理 J.科技创新与应用,2020(16):17-20.4 牟晓光.板式热交换器在船舶轮机中的应用探究 J.中国设备工程,2021(8):79-80.5 张晓红.现代新型船舶轮机管理模式探索 J.船舶物资与市场.2020(2):51-52.6 谷明,王飞,王子华.浅析现代船舶轮机安全管理 J.中国科技投资.2017(6)