浅析船舶热油系统的应用

浅析船舶热油系统的应用

何桥宝

广东中远船务工程有限公司523146

摘要：近年来热油加热系统在船舶上的应用日益广泛，相当多的船东在规格书中就明确要求采用热油加热系统。国外,热油加热系统目前在各个领域内应用很广,如石油、化工、橡塑、纺织等,在船上不仅液货船的货舱加热系统而且机舱及燃料油采用热油加热也越来越多。由我公司负责的N392船上也使用了热油系统。本文将有机热载体炉和蒸汽锅炉进行了比较，并介绍了热油系统的组成和工作原理。

关键词：船舶；热油系统；组成；有机热载体炉

引言

热油系统是作为船舶一个辅助系统设计的，与蒸汽加热相类似。但是用热油作为加热介质，对管路的连接要求相对比较高，对焊接工艺比较更为严格，而且能提供给高的温度给需要加热的系统。在热油燃油锅炉(又称热油加热器)和热油废气锅炉(又称热油经济器)中将油加热到较高的设计温度送至全船各热油用户处所,热油的热量传给被加热介质后又回到热油加热器加热，从而周而复始地循环，进而节约成本，节省劳动力。

1.船舶燃油加热系统的优缺点

近阶段船舶上提供热源的设备主要有两大类:一类是蒸汽锅炉，它利用锅炉产生的蒸汽来加热燃油；另一类是有机热载体炉(有产气的气相炉和液相炉之分，船用均采用液相炉)，它是以导热油为介质，利用热油循环泵强制导热油液相循环，将导热油中的热量传递给燃油，使其温度提高，然后导热油返回加热炉重新加热。

与传统的蒸汽加热系统相比,热油加热系统具有低压、高温(可达300℃左右)、高效、节能、无需凝水装置不消耗淡水、结构简单、制造较为方便、系统中的热利用率高等优势。其高效体现在适用范围广,比蒸汽加热具有更宽广的温度范围,可应用于需要高温加热的场合,如沥青运输船基本上都采用热油加热系统。可节约能源,蒸汽锅炉须高压（9.0MPa左右）才能得到300℃左右的高温，而热油加热系统只需以极低的压力即可得到300℃左右的高温。易于操作使热油系统实现了高度自动化。众所周知,蒸汽辅锅炉是高压容器,特别是在蒸汽温度较高时甚至可以达到10MPa以上。而热油锅炉的介质是液体,其工作压力则始终维持在0.6MPa左右,热油是不可能爆炸的,故其安全性是显而易见的。另外热介质的不同,促使两者在维护保养及使用寿命也不相同。热煤油本身腐蚀性极低，因此，热油锅炉不存在腐蚀及结垢问题,无需做水处理及添加药品工序,使日常使用中的维护及管理简化,节省费用。综上所述,在船用及工业用加热领域,热油锅炉无疑有取代蒸汽锅炉的趋势。

当然热油系统也有它的缺点。首先,热油有火灾的危险,主要是由于导热油变质。导热油的热稳定性和氧化安定性是评价导热油的两个重要指标，使用过程中会发生氧化反应和热裂解反应，变质后导热油的热稳定性和氧化安定性变差，容易导致加热器受热面过热、爆管，进而引起火灾。其次,热油温度变化比较频繁，很容易造成管路中各可拆接头处、各阀件的阀杆密封处泄漏。为了避免这种缺陷，管系在安装时要尽可能减少可拆接头，可并在各个有能泄漏的设备或装置下面设泄油盘，同时要避免这些设备或装置位于热表面上方。再者就是热油系统初置费用较高,这是热油系统一时还不能普遍推广的主要原因。右表为热油加热介质与传统蒸汽/热水加热介质的特性对比。

2.热油系统组成及工作原理

2.1热油介质

a.矿物油基热油

使用开式系统时其最高允许温度为300℃,具有便宜、无毒、防腐性。

b.合成有机基热油

是极好的载热介质,使用温度范围比矿物基热油广。

热油组成的主要性能参数要求:

(a)石蜡油

(b)粘性指数>100

(c)高的热力稳定性

(d)好的氧化稳定性

(e)闪点>180℃

(f)着火点>230℃

(g)沸点<320℃(760mmHg)

(h)酸值0.05mgKOH/g

(i)粘度35mm2/s-20mm2/s(40℃)

(j)膨胀系数约0.00075(1/℃)

2.2热油系统组成及原理

燃油加热系统主要由导热油废气加热器、热油循环泵(二台)、冷却过滤器、热油储藏箱、膨胀油箱、用热设备(燃油舱柜内的加热盘管、燃油分离机的加热器等)、热油泄放舱、最小流量控制装置、仪表盒电气控制等组成，上述这些设备通过管路连成封闭的回路。

其核心装置是导热油废气加热器，该装置主要由壳体和若干个热交换单元组成，热交换单元装在壳体内。经过各加热系统加热后温度较低的热油进入废气炉内的加热盘管，加热盘管呈环状布置在炉体内四周，然后利用循环泵将高温导热油吸出泵送到用热设备内，在用热设备内导热油放热，温度降低，燃油吸热，温度升高，通过改变进入用热设备导热油的流量可以有效的调节燃油温度。导热油在用热设备内完成热交换后回到导热油废气加热器，进行下次循环。

3.热油系统的设计要点

3.1热油系统的分类

热油系统可以按照不同的要求,设计成不同的系统:如热油循环泵可以设在出油管路上,如图2,也可以设在回油管路上,如图3,前者称吸出式热油系统,该系统热油循环泵的工作温度比较高,因而对泵的密封材料要求比较高;后者称注入式热油系统,该系统循环泵的工作温度比较低,不易泄漏,但热油锅炉出口应装安全阀。

3.2热油膨胀柜的设计与布置

热油膨胀柜在架设时，应该高于热载体加热系统。膨胀柜的调节容积应不低于有机热载体体积膨胀量的1.3倍。加油时，导热油加注量应使膨胀槽内的油量维持在总容量的2/3为好。膨胀柜是热油系统中的重要安全装置。其主要功能有:①容纳热载体受热后的膨胀量，防止引起系统超压；②在新油装入系统后，在升温过程排除锅炉和系统中的气体；③可通过热油膨胀柜向锅炉及系统注油；④可以用热油膨胀柜中的冷介质置换热油锅炉中的热介质⑤置于高位，其静压头可以保证热油循环泵的吸入压头。

3.3热油锅炉加热管子的焊接

目前牲畜船采用的是对焊形式，法兰数目降到最小，禁止使用螺纹接头，除非特殊的地方采用套管连接形式，如：分段合拢口，狭小地方无法使用对接焊焊机的地方，而且采用套管连接的地方要保证管路的中心线在一条直线上，防止因为热胀冷缩导致焊缝撕裂而导致漏油等情况。

3.4系统最小流量的要求

由于热油系统用户的负荷是不均衡的，对热油量的需求也是频繁变化的，为保证稳定的热油量通过锅炉，在单循环系统中必须设置旁通管路，旁通阀是根据锅炉出口主管路内的流量或压力大小信号进行动作，以控制旁通量的大小，从而保证锅炉的稳定运行及安全。

4.结束语

首制船交付之后，通过船东的反馈，热油系统在N392船上是工作是稳定的，而且充分满足各个加热系统的需求。通过该穿热油系统的设计的研究及实船的建造与实验，不断总结设计与施工过程中的经验、教训，在后续同类船舶的设计过程中力求设计更趋合理、考虑更加全而、施工更加方便，为其他船舶的热油系统设计提供参考。

参考文献

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[2]导热油炉供热系统与导热油的使用方法[A].汪琦,季炳奎,季俊.第九届全国工业炉学术会议论文集[C].2015

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