船舶冷却水系统设计指导

编制大纲：需要补充的内容：1，水泵（定速离心泵，变频泵）；2，温控阀；3，节流孔板；4，热平衡计算的理论公式，温升热量水量公式；5，特殊案例的区分（温控阀，板冷，变频泵对整个冷却系统形式选定的影响；分离封闭式，高低温混流式，配置变频海水泵没有温控阀的中央式。

）6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱；8，补充开发设计需要的部分，参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步内容扩展和深化描述，提供给详细设计人员参考。

参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》，补充一部分工程计算公式；系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中：这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（这个水质包含化学成分稳定不结垢，物理成分稳定，极少气泡，气泡会影响热交换器的效率）冷却水系统目录1，范围2，冷却水系统的基本形式3，系统形式的选择4，冷却水系统实例5，中央冷却系统热平衡计算6，冷却水系统的主要设备配置要点7，制淡装置（造水机）8，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求9，海水进水阀操纵位置的要求10，冷却水系统的温控阀11，冷却水系统的节流孔板12，冷却水系统的泵13，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，注解：（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。

开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。

如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。

海拖（海洋港口拖轮）还在使用海水直接冷却柴油机。

（潜在问题：船内海水泄露，在与柴油机连接的弹性管配置不正确时容易出现，已有其他公司的海拖因为这个弹性管破裂造成沉船）（2），在闭式系统中，柴油机是用淡水冷却，而淡水在经过热交换器用舷外水冷却。

这减少了对柴油机的腐蚀和对环境的污染，并提高了可靠性。

（3），为使主机以外的其他机械设备均用淡水，且用一个系统进行冷却，就形成中央冷却系统。

同时，若有部分设备单独用海水冷却，则称混合式冷却水系统。

（蒸汽货泵系统的真空冷凝器还在独立使用海水直接冷却）（4），在柴油机的淡水冷却系统中，有高温水回路和低温水回路。

如采用高低温水的混合来调节参数，则属于混流式。

如高低温回路各自分开，则为独立式。

（5），在独立式中央冷却水系统中，高温水热交换器可以用低温淡水冷却（称为独立I型），高温水热交换器用海水冷却（称为独立II型）。

（6），在独立式中央冷却系统（I型）中，对某些船舶，他的中央冷却器也可以设计为用自流海水冷却（利用船舶航行的速度），这种称为自流式中央冷却系统。

返回目录2，系统形式的选择；对柴油机的冷却水系统形式，各柴油机制造厂都有规定和推荐（MAN和瓦锡兰机型多数在GUIDE指导文件内），设计时应按照厂商推荐的系统并考虑下列因素进行选择。

（1）低速柴油机的冷却水系统；1）常规冷却水系统和中央冷却水系统均可选用，两种系统的优缺点对比见表2，船东，特别是大型航运公司，毫无例外选用中央冷却水系统。

出于效率，长期航运费用，常规维护都是极为有利的。

2）中央冷却系统中，基本推荐采用独立式中央冷却水系统（瓦锡兰的苏尔寿柴油机也有推荐采用混流式中央冷却水系统）。

独立式中央冷却水系统必须设置高温水冷却器，对高温水的调节比混流式稳定可靠。

3）对航速较高的集装箱船，船东提出或者经过与船东协商，可选用自流式中央冷却水系统，以进一步提高航行的经济性。

（2）中速柴油机的冷却系统通常按照柴油制造厂的推荐系统进行设计。

大同小异，各个系列的柴油冷却系统各有特色。

大部分中速柴油机制造厂推荐的系统均为主机的中央冷却系统，同时为保证该系统完全符合预定要求，制造厂还能供应系统的附属设备（包含水泵，冷却器等）。

所推荐的系统中有混流式中央冷却水系统，也有独立式中央冷却水系统。

设计时必须符合柴油机制造厂的推荐系统。

（3）全船动力装置冷却水系统；1）低速机动力装置：a，常规冷却系统，除了为主机设置缸套淡水冷却泵，海水冷却泵；另外需要为辅助柴油机、空压机、空调、冷藏、大气冷凝器、真空冷凝器等装置配置海水泵；b，中央冷却系统，应设计成包括主机在内的整个动力装置的中央冷却水系统，所有设备均用淡水冷却，包括辅助柴油机、空压机、空调、冷藏、大气冷凝器、真空冷凝器等装置；（如今因为真空冷凝器只是在装货卸货时开启，使用频率较低，故设置真空冷凝器为独立的海水冷却，降低淡水冷却的系统负荷和成本）2）中速机动力装置：a，主机采用制造厂推荐的独立的中央冷却水系统，而辅助柴油机和其他机械设备用各自的冷却系统（案例：半潜船，主机独立一套，辅助设备独立一套，各自分开）b，包括主机在内的所有机械设备设计成整套中央冷却水系统，（案例：目前凝析油轮，所有设备采用统一的中央板冷，并且高低温混流，要点是平衡主机和辅助设备之间的水量和出口水压）表2返回目录3，冷却水系统实例；手上的实船案例：同样的系统有细微的差别TORM11.4万吨：独立式中央冷却水系统；OK凝析油船：混流式中央冷却水系统OK5万吨半潜船：分别独立式中央冷却水系统OKHAFNIA 75000（有发电机缸套水为主机停车暖缸）：独立式中央冷却水系统海工拖船：直接海水冷却的系统；OK海工船，中央冷却水系统OK集装箱船；自流式冷却水系统返回目录4，中央冷却系统热平衡计算；在初步热平衡计算之后，在中央板冷热交换功率和中央冷却水泵排量，主冷却海水泵排量理论值的基础上，按照规格书要求百分比的量进行订货。

（1） 热平衡计算的基本公式（用于理论计算足够，这个阶段不用考虑系统的自然损失，把整个系统当成对外完全热绝缘）；*H T Q C ∆=其中：温升/温降T ∆- 度（℃）热交换量H – 千卡（kcal ）介质流量Q – 千克/小时（kg/h ）介质比热C – 千卡/千克*开（kcal/kg*k ）单位换算常数： 1 kW=860 kcal/h淡水密度1000kg/m3海水密度1025 kg/m3这个公式用于热平衡计算的总表格，属于理论计算。

（2） 计算步骤，冷却系统形式确定后，需要进行热平衡计算。

步骤如下：1） 确定流程图；（或者是冷却系统流向图）2） 将主机及其他设备的已知参数输入流程图；3） 输入环境参数；（通常规格书定义的参数）4） 进行第一次预算，初步确定其余参数；5） 初步确定配套设备的规格；6） 由中央冷却制造厂进行详细设计（通常是板冷厂家计算），最终确定冷却器等配套设备的规格；对于中央板冷的污垢系数看规格书要求，通常设置在15%；7）注意：因为海水在温度上升时，盐析现象加重，为避免过快的盐析，板冷的海水出口计算温度通常选在44℃及以下。

（3）计算实例；（计划采用现有船型：凝析油船）（4）计算要点；1）各个关键点的温度值选择：需要控制中央板冷海水出口的温度防止盐析发生，盐析温度范围在50℃到55℃。

另，为了机械部件冷却热应力正常，柴油机的淡水进出口温差控制在10℃到15℃之间，具体以厂家指导文件为准。

2）主机及各机械设备的热交换量及冷却水流量可按照设备厂家规定。

3）轴系中间轴承的热交换量取主机功率的0.5%-1.0%。

4）海水温度32℃（除非规格书另外指定，或者有专门的冬季工况要求），低温冷却淡水温度为36℃（除非主机厂家有特殊要求，MAN机指导文件建议实际调试尽可能低）。

5）中央冷却器，海水冷却泵及低温淡水冷却泵的配置有几种方案，见表：返回目录5，冷却水系统的主要设备配置要点（1）冷却器通常，在常规冷却系统中多采用管壳式冷却器（也有部分采用板式冷却器），而在中央冷却系统中则采用板式冷却器，但是自流式冷却器为管壳式。

其他设备中的冷却器（如齿轮箱滑油冷却器，大气冷凝器，制冷机组冷凝器等）均采用管壳式。

1）板式冷却器船舶设计时通常由板式冷却器厂家对其进行计算和选型（板数，流动形式，阻力，液泵所需功率等）。

由于所选的板数，流动形式与液流阻力、所需液泵的功率有密切关系，而板数多少与价格相关，阻力大小影响营运费用，故此用户向板冷制造厂家提供有关参数（发热交换量，进出口参数，介质流量）后，制造厂有责任进行计算并作出最佳选择，然后交给设计部门和船厂认可。

对冷却介质为海水的板式冷却器，板材为钛合金。

而非海水则用不锈钢AISI316（American Iron and Steel Institute ）. 2） 管壳式冷却器 通常，由该设备制造厂进行计算，选型（流向）。

但在估算冷却面积时可用下述公式 1000***W Q A h t η=∆ 其中 A – 管壳式冷却器冷却面积（m 2） Q W – 热交换量（KW ） η– 清洁系数（另称污垢系数）0.85-0.9 h – 传热系数（W/m 2*K ） 对淡水冷却器 h=3500-4000 对滑油冷却器 h=256-410 对各个管壳式冷却器厂家来说，h 的数值不同，可以用最终结果和系统参数反推厂家的h 系数。

△t – 对数平均温差（K ），计算公式如下：()()1222122121''2'2.31*'2t t t t t t t t g t t t +⎛⎫-- ⎪⎝⎭∆=-+- 多数管壳式热交换器按照混合流设计，上述公式中：t ’1 – 被冷却介质出口温度（℃）t ’2 – 被冷却介质进口温度（℃）t 2 – 冷却介质出口温度（℃）t 1 – 冷却介质进口温度（℃）△t 也可以用其他公式计算：2121''22t t t t t +-∆=-t ’1 – 被冷却介质进口温度（℃）t ’2 – 被冷却介质出口温度（℃）t 2 – 冷却介质进口温度（℃）t 1 – 冷却介质出口温度（℃）（2） 冷却水泵1） 对常规冷却系统，不论海水冷却泵，低温淡水冷却泵，高温淡水冷却泵均以1+1形式配置，即一台常用，一台备用。

2） 对中央冷却系统，冷却水泵的配置见前表格。

（3）缸套水预热器缸套水预热器可用蒸汽（有辅助锅炉），热水（可以用发电机缸套水），电等方式。

1）MAN低速机要求缸套水出口温度最低为50℃，预热水量最少是10%缸套水冷却泵排量，加热器加热能力是主机L1点功率的1%。

在这种情况下能使主机缸套水在12H内升温35℃。

2）SULZER低速级要求缸套水出口温度最少为60℃，预热水量为5%缸套水冷却泵排量。

对加热器的加热能力则与加热时间和环境温度有关。

预热时间一般为6H，环境温度40℃，加热能力为每缸9KW。