摘 要 ：MGO（Marine Gas Oil）是低硫輕柴油，粘度很低，為了滿(mǎn)足船用燃油設備的粘度要求，必須提高其粘度。文章詳細介紹了采用冷卻器進(jìn)行熱交換來(lái)加以解決，對實(shí)船的設計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(kāi)始單邊實(shí)施船舶強制使用低硫燃油的法令 2005/33/EC。法令規定：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(guò) 2 小時(shí)的船舶不得使用硫含量超過(guò) 0.1%m/m 的燃油，船舶停泊后應盡早轉換為低硫燃油（硫含量不超過(guò)0.1%m/m），船舶開(kāi)航前盡量晚切換成高硫燃油；燃油轉換操作應記錄在船舶日志上。該限制適用于所有燃油種類(lèi)及所有燃燒設備，包括主鍋爐和輔鍋爐。該法令和現有的“波羅的海、英吉利海峽及美北海排放控制區（ECA）”要求的實(shí)施，意味著(zhù)船舶必須備有合適的燃油及可行的儲存和操作系統。IMO 和 CARB 燃油硫含量限值及應用階段見(jiàn)圖 1。
2 面對的問(wèn)題
長(cháng)時(shí)間使用 MGO 會(huì )導致 MGO 粘度降低，因為主機的回油和新油混合會(huì )使燃油溫度提高，這樣當粘度小于 2cSt時(shí)很容易造成高壓油泵咬死，所以如果船上遵循此規范，
就必須控制主機進(jìn)油口的粘度，就應該添加必要的冷卻設備。目前需解決的問(wèn)題是：
（1） 人們把硫含量低于 0.1%的低硫柴油稱(chēng)為 MGO（Marine Gas Oil），意思是船用汽油，易燃易爆的風(fēng)險性很大。
（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）目前冷卻設備設計還不全面，無(wú)法滿(mǎn)足所有要求。研究空調系統的科研人員考慮采用 Chiller Unit，用制冷劑作為熱交換介質(zhì)的冷水機組，可以將 MGO 的油溫降低到20℃，燃油的粘度等級完全可以達到要求。但此冷卻設備體積較大，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 MGO 的制冷單元為例。
3.1.1 冷水機組
（1） 冷 媒 ：R404A 或 R134A 或R407C。（2）冷凝器端冷卻水類(lèi)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 壓縮機電機 4.2kW/1200rpm
3.1.3 冷凝器
（1）型式：臥式殼管式。（2）冷卻水類(lèi)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(kāi)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)三通調節閥。
3.2.5 溫控閥
帶位置驅動(dòng)溫控閥，由 PT100 輸出信號控制，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)控制報警及各啟動(dòng)功能，包括電控箱、報警信號、運行信號及電氣連接。機組啟動(dòng)運行后，自動(dòng)控制系統將根據燃油回油設定溫度，自動(dòng)控制機組的能量調節。
從以上配置可以看出，采用冷水機組的原理可以將水制冷到 7℃，然后通過(guò)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。但熱交換設備復雜，占用船上空間大，且需電氣控制系統，產(chǎn)生故障的頻率增大，費用相當高，Chiller Unit 流程圖及外形圖見(jiàn)圖 2。
3.4 海水冷卻單元
在主機及發(fā)電機燃油進(jìn)油管路上各安裝 1 臺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(guò)試驗，燃油的粘度非常接近 2cSt。當然，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。
用海水作為冷側熱交換介質(zhì)板式冷卻器，板片數量少，冷卻器結構簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單，布置占用空間小，成本非常低。但是,海水冷卻的熱交系統是開(kāi)式系統，一旦冷卻器的板片結構發(fā)生泄漏，熱側的燃油滲漏到冷側的海水側，燃油將會(huì )排入海中，對海洋環(huán)境造成污染，這是 IMO 和SOKAS 不允許的。
3.5 淡水冷卻單元
在主機及發(fā)電機燃油進(jìn)油管路上各安裝 1 臺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(guò)試驗，燃油的粘度非常接近 2cSt。隨著(zhù)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 的粘度完全可以達到2cSt 以上。當然，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 結束語(yǔ)
船上的主機、發(fā)電機、鍋爐等使用燃油的設備，均要求燃油的粘度不低于 2cSt，否則將加劇零部件的磨損。對于柴油機，油泵磨損后，內部泄漏量增大，導致噴射壓力不足，可能會(huì )造成主機無(wú)法啟動(dòng)。用船上造水機自產(chǎn)的淡水通過(guò)板式熱交換器去冷卻燃油，既經(jīng)濟又清潔環(huán)保。
目前的#新優(yōu)化設計是將淡水冷卻的 MGO 冷卻器與燃油供油單元一起設計和供貨，減少了好立 MGO 冷卻單元的電氣控制系統，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，既節約空間，采購成本也將大大減少。
根據實(shí)船的安裝統計，如果采用 Chiller Unit，每條船MGO 冷卻單元的采購成本不少于 40 萬(wàn)元人民幣；當采用淡水冷卻的 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(guò) 3 萬(wàn)元人民幣。
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