机舱热交换器布置设计探讨

王先鹏

摘 要：列举了船舶机舱热交换器布置设计要遵循满足的原则：设备运行性能，船员的维护需求，船级社的检查要求及降低船厂的制造成本。并以常用的壳管式热交换器及板式热交换器为例，围绕着船舶热交换器布置设计的原则归纳受限因素。

关键词：热交换器；布置设计；壳管式热交换器；板式热交换器

0.引言

用固体隔开两种温度不同的液体，实现在两种液体之间的热交换的设备叫热交换器。按照结构特点分类常用的有：壳管式热交换器、板式热交换器。

船舶运行中，为保证主机、发电机、锅炉等设备运转燃油的粘度合适，有时要将燃油加热到足够的温度；保证冷却、润滑系统温度合适，要对冷却水、滑油温度进行调节；再利用完成加热燃油、水或驱动叶轮后的过余蒸汽，要降低过余蒸汽温度，将其冷凝成水。完成这些工作的核心设备是热交换器，而好的热交换器布置设计，即可以最大发挥热交换器的换热效率，又方便船员维护，还能降低船厂的建造成本。好的布置设计对增强船舶的操作性，和船厂的市场竞争力具有不可小窥的作用。本文以散货船常用的板式热交换器及壳管式热交换器为例进行探讨。

1布置位置设计的影响因素

1.1 大口径管路走向

热交换器布置位置的选取受多种因素影响，与之相连管路口径的影响不可忽视。大口径管路（例如主海水管、主冷却单水管）体积大，可能占用其它设备布置空间，一般在机舱的总体布置阶段就已规划好其通行位置。管路的通行位置会影响与之关联设备的位置，大型热交换器布置应选取与主管路尽量近的，有足够布置管路、阀门空间的位置。

1.2 安全对策及服务的设备

连接管路口径较小的热交换器位置要根据所属系统的性质及服务对象决定。服务于油类系统的热交换器要远离主机、发电机、锅炉的排烟管及大功率电器设备以避免火灾的发生。服务于分油机的热交换器要距离分油机尽量的近，这样既减小从热交换器到服务设备管路内流体的热损失，又减少管材消耗。燃油加热器尽量集中布置在一个区域以减少共通管路（废油收集管路）的消耗。

1.3 热交换性能

由于热交换器的选型功率情况及所在系统参数设置不同，各热交换器满足所在系统需求受布置条件的影响也不同。但从精细设计角度考虑，尽量避免降低设备热交换效率的布置。对于单路燃油加系统配置两台热交换器（下文称燃油加热器）时，为保证最好的加热效果，加热器要水平布置，且相对于总管对称；避免燃油加热器被所在区域的供风口直吹。最好采取远离供风口的布置，如不可避免的布置在风口附近，要为对应的风口设置可关闭的装置。

2操作维护设计的影响因素

2.1 仪表读取

为确认热交换器所在系统运行工作是否正常及热交换器本身工作是否正常，设备一般会自带压力计及温度计。因此布置交换器单元时要保证热交换器附属的压力计及温度计能被读取即留有读数空间。如果不能通过调整设备及管路布置满足读数空间要求，可以通过调整仪表的结构形式，例如将棒型仪表由“I”型变更为“L”型，或将棒型仪表改为盘型仪表以满足读数要求。

2.2 拆解、安装

板式热交换器（后文称板冷）通常从设备的两侧拆解。布置板冷时要保证板冷两侧有拆解空间，拆解空間大小以板片可以取出及方便扳手操作为宜。在可布置设备空间极小情况下可仅保证单侧有拆解空间，拆解空间宽度不小于板片旋出的最小尺寸”A”，如图1所示。对于设置内置滤器的板冷，还要保证板冷后面内置滤器的拆解空间。

板冷拆解后，由于单片板片出现轻微的变形，平整度变差，再组装时这种变形经过多片板片的累加可能会导致板冷安装完毕后前后长度相对于拆解前变大。单片板片面积越大，板片数量越多，组装后板冷长度变化越明显。因此有的板冷后板底脚的固定孔采用可以吸收前后长度变化的“U”型或椭圆形设计。板冷后板底座连接螺栓孔要采取与之匹配的设计，如图2、图3示意。

壳管式热交换器通常从设备的轴线方向拆解，拆解空间长度尺寸不小于加热内管的尺寸”B”，如图4所示。用于燃油、滑油加热的壳管式加热器尺寸较小，一般要求仅一端有拆解空间；用于蒸汽冷凝系统的壳管式热交换器尺寸相对较大，有可能要保证设备两端都有拆解空间，要根据具体的厂家要求决定。壳管式热交换器，在热交换器的拆解区域上方要设置起重工具的挂孔，挂孔高度尽量低以不影响人员通行为宜。

3其它影响因素

3.1 板冷的振动防止

板冷采用贯穿螺栓挤压板片的连接，整体刚性略差，在船舶运行时尤其主机高负荷运转时会出现振动，尺寸大的板冷尤为明显。因此需要预先设置合适的支撑以减小振动。一般考虑将防震支撑的一端连接在船体结构上，另一端借助于板冷的贯穿螺栓固定。对于板冷周围没有船体结构的，要考虑设置适当的舾装结构或设置设置提高板冷自身的刚性舾装件，具体方案因地制宜。

3.2 设置水盘、油盘

出于清洁、安全考虑，一般热交换器单元的周围需要设置水、油盘以收集泄漏的水、油。对于油类系统的热交换器，船级社有设置油盘的要求“设置具有足够深度的金属溢油盘。如实际上不可能设置金属溢油盘，则应设置围板，以围住溢出的油”。

4.结语

机舱内热交换器布置设计受制于设备厂家要求，船东运营要求及船舶自身结构等因素，如何在设计作业时权衡个制约因素，是作业者要面对的问题。成功的设计需要作业者不断的摸索、尝试，颇为费时。本文围绕热交换器布置设计受制因素展开讨论，归纳了解决方法，减少了作业过程中的调查、分析时间。另，热交换器虽是机舱内结构较简单的辅机，但本文展示的设计思路也可以为其它较为复杂的辅机布置设计提供参考。

参考文献：

[1]IMO. SOLAS 综合文本 2009[S]. 北京：人民交通出版社， 2009.

[2]刘建华.热工基础 [M].大连：大连海事出版社，1998.

[3]姚寿广.船舶辅机 [M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.