基于套管形式的船舶燃油预热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于套管形式的船舶燃油预热系统，属于船舶燃油预热技术领域。
【背景技术】
[0002]船舶燃油输送系统中，需要将燃油从储存舱中输送至沉淀柜。储存舱中的燃油一般为重燃油，其粘度随温度不同变化差别极大，温度越高，粘度越低，如某一款重燃油在50°C下粘度为380cSt，而在0°C时接近20000cSt。粘度大会导致输送栗抽吸燃油时阻力大而增加功耗甚至无法栗送，因此有必要对燃油预先进行加热至一定温度以降低粘度再栗送。目前运营船舶重油的传统加热方式是通过在船两侧的燃油舱内布置加热盘管，通过蒸汽加热重油来达到驳运条件，如图1所示。采用加热盘管来加热重油，达到输运条件后，开启阀门，从吸口往外抽吸燃油。这种方式缺点明显:1)能量利用率较低。盘管加热的是整舱燃油，而实际中需要栗送的燃油量相对燃油储存舱容积很小，因此相当部分热量被用来加热不必栗送的燃油，而这部分热量易通过舱壁与外界进行热交换而被浪费。2)会产生较大范围高温区。当储存舱邻近压载舱或货舱时，压载舱壁高温会加速腐蚀的发生，同时也会给对温度敏感的货物，比方谷物，煤炭等带来破坏。3)当燃油液位低于加热盘管的时候，暴露在空气中的盘管会加速燃气挥发并形成硬垢。4)加热盘管布置高度不能太低，当燃油液位完全低于加热盘管的时候，燃油将很难被输送，导致了燃油留存。
[0003]为了解决燃油输送系统中加热盘管带来的问题，现有技术中也出现了新型燃油转换装置，其主要设计思想是:在燃油储存舱中设置一个小隔舱，隔舱与储存舱相通，首先往小隔舱中栗入沉淀柜中的高温燃油，预热得到一定量的相对高温燃油，达到栗送条件，然后采用燃油输送栗抽吸燃油至沉淀柜，如此往复循环。图2给出的是燃油储存舱中的隔舱方案示意图。隔舱设计的主要目的是使注入的热燃油尽量主要被用来加热局部区域的冷燃油，且控制被加热的燃油不至于太分散，而是集中在小隔舱内，使被抽出燃油均为相对高温燃油，便于栗送。尽管这种燃油转换装置能较好地避免盘管加热带来的问题，也更节约运营成本，但是也存在缺点一一其预热效果的好坏依赖于隔舱方案的设计，不合理的隔舱设计可能导致隔舱内燃油温度分布不均、热油积聚在隔舱上方、冷热油换热不充分、吸口附近油温过低等问题，这将弱化其相对于传统盘管加热方式的优势，运行工况恶化时甚至可能增加运营成本，甚至经济性劣于盘管加热。因此，合理的隔舱方案设计是整个燃油预热系统的关键。
[0004]公布日2015年8月5日，公布号为CN104819080A，名称为《一种船舶燃油预热系统及预热方法》公开了一种船舶燃油预热系统，该方案采用了“小隔舱”的形式，对小隔舱内的燃油进行预热，其存在的问题是:
[0005]1)燃油预热不均匀:其预热栗和输送栗时交替开启的，当预热栗关停后，输送栗开启，根据热油向上，冷油向下的原理，此时热油位于小隔舱的上部，抽吸输送时，流入管路A中的油温是不稳定的，而且随着时间推移，流入管路A中的油温会有所下降，即使严格控制输送栗和预热栗开启的时间长度，也难以确保油温的稳定性。
[0006]2)热油和冷油仅仅依靠热扩散进行换热，换热的效果不佳，油温的控制难度较大。
[0007]3)输送栗开启后随着油温降低，粘度增大，功率会有一个逐渐增大的过程，导致电机功率不稳定，寿命受到影响。
[0008]4)输送栗和预热栗需按照设定程序交替开启，热油输送的工作效率较低。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型需要解决的技术问题是:现有的采用小隔舱进行船舶燃油预热的方案，燃油预热不均匀；换热的效果不佳，油温的控制难度较大；栗的电机功率不稳定，寿命受到影响；输送栗和预热栗需按照设定程序交替开启，热油输送的工作效率较低。
[0010]本实用新型采取以下技术方案:
[0011]—种基于套管形式的船舶燃油预热系统，在储存舱和沉淀柜之间设置燃油预热和输送两条管路，一路设置预热栗，为储存舱提供高温燃油，另一路设置输送栗，将加热的重油输送至沉淀柜，两条支路均设置相应方向的截止止回阀，防止管路方向错位；燃油预热管路比燃油输送管路直径小，位于储存舱内部的一段燃油预热管路B位于对应的燃油输送管路A之内，A、B管路各自设置调节阀；所述A管路的流量大于B管路的流量；所述管路A与管路B之间设有带截止阀的连通管C。
[0012]本技术方案对现有技术的带小隔舱的燃油预热系统进行优化设计:
[0013]在储存舱内部的注油管B管口位于抽油管A的内部，两者同轴，在管口处热油与冷油发生强对流换热，充分混合，且抽油管A的流量大于注油管B，热油基本被冷油包络，使得热量不容易扩散浪费，高温燃油携带的热量能充分有效用来加热储存舱内抽油管A管口的冷油，能量利用率提高。
[0014]燃油注抽同时进行。冷油、高温燃油及被加热的燃油三者都处于运动状态，对流换热占据主流，而现存燃油预热方案基本以热扩散为主，对流换热强度和速度要大大高于热扩散，因此，换热效率和程度要明显提高，且经数值模拟验证，待系统稳定运行后，被抽出燃油的温度基本维持在相对较小的范围内，能更好地符合燃油输运条件。
[0015]进一步的，位于储存舱内的A、B管路同轴。
[0016]进一步的，A管路位于储存舱内的管口部位具有喇叭口。
[0017]进一步的，在热油不至于损坏舱底的情况下A、B管口可尽量接近舱底，但不能太近，以免流动阻力过大。
[0018]—种基于套管形式的船舶燃油预热方法，包括以下步骤:
[0019]A)由预热栗注入B管往储存舱注入tl时间的高温燃油，流量Qvl，储存舱内的B管通过其管壁对A管内的燃油先进行预热；
[0020]B)预热栗与输送栗同时开启，A、B两条管路同时运行:预热栗经管B注入，流量Qv2 ;输送栗经管A抽出，流量Qv3，Qv3大于Qv2。
[0021]进一步的，步骤A)中，储存舱外的A管有蒸汽伴行加热。
[0022]另一种基于套管形式的船舶燃油预热方法，包括以下步骤:
[0023]A)打开管路C的调节阀，关闭管路B的调节阀，预热栗开启，预热燃油经A管进入储存舱，储存舱内的A管内、B管外的冷油被热油推入储存舱内；由预热栗注入A管往储存舱注入tl时间的高温燃油，流量Qvl ；
[0024]B)关闭管路C的调节阀，打开管路B的调节阀，输送栗同时开启，A、B两条管路同时运行:预热栗经管B注入，流量Qv2，输送栗经管A抽出，流量Qv3，Qv3大于Qv2。
[0025]这种预热方法较之前一方法，起步时预热的速度更快，因为将热油直接通过管路C推动管路A内冷油向前运动，直至推至储存舱中，从而快速使管A内充满高温燃油，在输送栗工作时不会因为A管内低温燃油粘度过大造成输送栗无法启动。
[0026]本实用新型的有益效果在于:
[0027]1)绿色节能，降低营运成本。由于只加热部分燃油，且热量被有效利用，与外界热交换减少，符合绿色节能理念，并能有效降低船舶营运成本。
[0028]2)避免了由加热盘管带来的结垢、蒸汽泄漏、燃油留存等问题，且免于盘管加热系统的安装、维护。
[0029]3)不会因为燃油储存舱温度高而损坏邻近货物，也不会造成压载舱的腐蚀。
[0030]4)不同于盘管加热整舱燃油，本设计只需加热局部区