基于套管形式的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及其預(yù)熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于套管形式的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及預(yù)熱方法，屬于船舶燃油預(yù)熱技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶燃油輸送系統(tǒng)中，需要將燃油從儲存艙中輸送至沉淀柜。儲存艙中的燃油一般為重燃油，其粘度隨溫度不同變化差別極大，溫度越高，粘度越低，如某一款重燃油在50°C下粘度為380cSt，而在(TC時(shí)接近20000cSt。粘度大會導(dǎo)致輸送栗抽吸燃油時(shí)阻力大而增加功耗甚至無法栗送，因此有必要對燃油預(yù)先進(jìn)行加熱至一定溫度以降低粘度再栗送。目前運(yùn)營船舶重油的傳統(tǒng)加熱方式是通過在船兩側(cè)的燃油艙內(nèi)布置加熱盤管，通過蒸汽加熱重油來達(dá)到駁運(yùn)條件，如圖1所示。采用加熱盤管來加熱重油，達(dá)到輸運(yùn)條件后，開啟閥門，從吸口往外抽吸燃油。這種方式缺點(diǎn)明顯:1)能量利用率較低。盤管加熱的是整艙燃油，而實(shí)際中需要栗送的燃油量相對燃油儲存艙容積很小，因此相當(dāng)部分熱量被用來加熱不必栗送的燃油，而這部分熱量易通過艙壁與外界進(jìn)行熱交換而被浪費(fèi)。2)會產(chǎn)生較大范圍高溫區(qū)。當(dāng)儲存艙鄰近壓載艙或貨艙時(shí)，壓載艙壁高溫會加速腐蝕的發(fā)生，同時(shí)也會給對溫度敏感的貨物，比方谷物，煤炭等帶來破壞。3)當(dāng)燃油液位低于加熱盤管的時(shí)候，暴露在空氣中的盤管會加速燃?xì)鈸]發(fā)并形成硬垢。4)加熱盤管布置高度不能太低，當(dāng)燃油液位完全低于加熱盤管的時(shí)候，燃油將很難被輸送，導(dǎo)致了燃油留存。
[0003]為了解決燃油輸送系統(tǒng)中加熱盤管帶來的問題，現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了新型燃油轉(zhuǎn)換裝置，其主要設(shè)計(jì)思想是:在燃油儲存艙中設(shè)置一個(gè)小隔艙，隔艙與儲存艙相通，首先往小隔艙中栗入沉淀柜中的高溫燃油，預(yù)熱得到一定量的相對高溫燃油，達(dá)到栗送條件，然后采用燃油輸送栗抽吸燃油至沉淀柜，如此往復(fù)循環(huán)。圖2給出的是燃油儲存艙中的隔艙方案示意圖。隔艙設(shè)計(jì)的主要目的是使注入的熱燃油盡量主要被用來加熱局部區(qū)域的冷燃油，且控制被加熱的燃油不至于太分散，而是集中在小隔艙內(nèi)，使被抽出燃油均為相對高溫燃油，便于栗送。盡管這種燃油轉(zhuǎn)換裝置能較好地避免盤管加熱帶來的問題，也更節(jié)約運(yùn)營成本，但是也存在缺點(diǎn)一一其預(yù)熱效果的好壞依賴于隔艙方案的設(shè)計(jì)，不合理的隔艙設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致隔艙內(nèi)燃油溫度分布不均、熱油積聚在隔艙上方、冷熱油換熱不充分、吸口附近油溫過低等問題，這將弱化其相對于傳統(tǒng)盤管加熱方式的優(yōu)勢，運(yùn)行工況惡化時(shí)甚至可能增加運(yùn)營成本，甚至經(jīng)濟(jì)性劣于盤管加熱。因此，合理的隔艙方案設(shè)計(jì)是整個(gè)燃油預(yù)熱系統(tǒng)的關(guān)鍵。
[0004]公布日2015年8月5日，公布號為CN104819080A，名稱為《一種船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)及預(yù)熱方法》公開了一種船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)，該方案采用了“小隔艙”的形式，對小隔艙內(nèi)的燃油進(jìn)行預(yù)熱，其存在的問題是:
[0005]I)燃油預(yù)熱不均勻:其預(yù)熱栗和輸送栗時(shí)交替開啟的，當(dāng)預(yù)熱栗關(guān)停后，輸送栗開啟，根據(jù)熱油向上，冷油向下的原理，此時(shí)熱油位于小隔艙的上部，抽吸輸送時(shí)，流入管路A中的油溫是不穩(wěn)定的，而且隨著時(shí)間推移，流入管路A中的油溫會有所下降，即使嚴(yán)格控制輸送栗和預(yù)熱栗開啟的時(shí)間長度，也難以確保油溫的穩(wěn)定性。
[0006]2)熱油和冷油僅僅依靠熱擴(kuò)散進(jìn)行換熱，換熱的效果不佳，油溫的控制難度較大。
[0007]3)輸送栗開啟后隨著油溫降低，粘度增大，功率會有一個(gè)逐漸增大的過程，導(dǎo)致電機(jī)功率不穩(wěn)定，壽命受到影響。
[0008]4)輸送栗和預(yù)熱栗需按照設(shè)定程序交替開啟，熱油輸送的工作效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有的采用小隔艙進(jìn)行船舶燃油預(yù)熱的方案，燃油預(yù)熱不均勻；換熱的效果不佳，油溫的控制難度較大；栗的電機(jī)功率不穩(wěn)定，壽命受到影響；輸送栗和預(yù)熱栗需按照設(shè)定程序交替開啟，熱油輸送的工作效率較低。
[0010]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0011]—種基于套管形式的船舶燃油預(yù)熱系統(tǒng)，在儲存艙和沉淀柜之間設(shè)置燃油預(yù)熱和輸送兩條管路，一路設(shè)置預(yù)熱栗，為儲存艙提供高溫燃油，另一路設(shè)置輸送栗，將加熱的重油輸送至沉淀柜，兩條支路均設(shè)置相應(yīng)方向的截止止回閥，防止管路方向錯(cuò)位；燃油預(yù)熱管路比燃油輸送管路直徑小，位于儲存艙內(nèi)部的一段燃油預(yù)熱管路B位于對應(yīng)的燃油輸送管路A之內(nèi)，A、B管路各自設(shè)置調(diào)節(jié)閥；所述A管路的流量大于B管路的流量；所述管路A與管路B之間設(shè)有帶截止閥的連通管C。
[0012]本技術(shù)方案對現(xiàn)有技術(shù)的帶小隔艙的燃油預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):
[0013]在儲存艙內(nèi)部的注油管B管口位于抽油管A的內(nèi)部，兩者同軸，在管口處熱油與冷油發(fā)生強(qiáng)對流換熱，充分混合，且抽油管A的流量大于注油管B，熱油基本被冷油包絡(luò)，使得熱量不容易擴(kuò)散浪費(fèi)，高溫燃油攜帶的熱量能充分有效用來加熱儲存艙內(nèi)抽油管A管口的冷油，能量利用率提高。
[0014]燃油注抽同時(shí)進(jìn)行。冷油、高溫燃油及被加熱的燃油三者都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對流換熱占據(jù)主流，而現(xiàn)存燃油預(yù)熱方案基本以熱擴(kuò)散為主，對流換熱強(qiáng)度和速度要大大高于熱擴(kuò)散，因此，換熱效率和程度要明顯提高，且經(jīng)數(shù)值模擬驗(yàn)證，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，被抽出燃油的溫度基本維持在相對較小的范圍內(nèi)，能更好地符合燃油輸運(yùn)條件。
[0015]進(jìn)一步的，位于儲存艙內(nèi)的A、B管路同軸。
[0016]進(jìn)一步的，A管路位于儲存艙內(nèi)的管口部位具有喇叭口。
[0017]進(jìn)一步的，在熱油不至于損壞艙底的情況下A、B管口可盡量接近艙底，但不能太近，以免流動(dòng)阻力過大。
[0018]—種基于套管形式的船舶燃油預(yù)熱方法，包括以下步驟:
[0019]A)由預(yù)熱栗注入B管往儲存艙注入tl時(shí)間的高溫燃油，流量Qvl，儲存艙內(nèi)的B管通過其管壁對A管內(nèi)的燃油先進(jìn)行預(yù)熱；
[0020]B)預(yù)熱栗與輸送栗同時(shí)開啟，A、B兩條管路同時(shí)運(yùn)行:預(yù)熱栗經(jīng)管B注入，流量Qv2 ;輸送栗經(jīng)管A抽出，流量Qv3，Qv3大于Qv2。
[0021]進(jìn)一步的，步驟A)中，儲存艙外的A管有蒸汽伴行加熱。
[0022]另一種基于套管形式的船舶燃油預(yù)熱方法，包括以下步驟:
[0023]A)打開管路C的調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉管路B的調(diào)節(jié)閥，預(yù)熱栗開啟，預(yù)熱燃油經(jīng)A管進(jìn)入儲存艙，儲存艙內(nèi)的A管內(nèi)、B管外的冷油被熱油推入儲存艙內(nèi)；由預(yù)熱栗注入A管往儲存艙注入tl時(shí)間的高溫燃油，流量Qvl ；
[0024]B)關(guān)閉管路C的調(diào)節(jié)閥，打開管路B的調(diào)節(jié)閥，輸送栗同時(shí)開啟，A、B兩條管路同時(shí)運(yùn)行:預(yù)熱栗經(jīng)管B注入，流量Qv2，輸送栗經(jīng)管A抽出，流量Qv3，Qv3大于Qv2。
[0025]這種預(yù)熱方法較之前一方法，起步時(shí)預(yù)熱的速度更快，因?yàn)閷嵊椭苯油ㄟ^管路C推動(dòng)管路A內(nèi)冷油向前運(yùn)動(dòng)，直至推至儲存艙中，從而快速使管A內(nèi)充滿高溫燃油，在輸送栗工作時(shí)不會因?yàn)锳管內(nèi)低溫燃油粘度過大造成輸送栗無法啟動(dòng)。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:
[0027]I)綠色節(jié)能，降低營運(yùn)成本。由于只加熱部分燃油，且熱量被有效利用，與外界熱交換減少，符合綠色節(jié)能理念，并能有效降低船舶營運(yùn)成本。
[0028]2)避免了由加熱盤管帶來的結(jié)垢、蒸汽泄漏、燃油留存等問題，且免于盤管加熱系統(tǒng)的安裝、維護(hù)。
[0029]3)不會因?yàn)槿加蛢Υ媾摐囟雀叨鴵p壞鄰近貨物，也不會造成壓載艙的腐蝕。
[0030]4)不同于盤管加熱整艙燃油，本設(shè)計(jì)只需加熱局部區(qū)域冷油，故比盤管方式加熱速度更快，且系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定、易操作。
[0031]5)對比對比公布號為CN104819080A中國專利文獻(xiàn)中的現(xiàn)有方案，套管式方案能進(jìn)一步減少熱量損失，將熱量利用率最大化。同時(shí)，隔艙已無必要，降低施工難度和成本。取消小隔艙的設(shè)計(jì)，沒有了小隔艙與外界流體的散熱，減小了系統(tǒng)熱量的損失。
[0032]6)熱油和冷油依靠強(qiáng)對流換熱，換熱的效果更好，油溫的控制難度較低。
[0033]7)輸送栗與預(yù)熱栗的功率穩(wěn)定，