一种舱柜节能系统热交换箱及船舶燃油预热系统的制作方法

本发明涉及船舶燃油预热技术领域，尤其是涉及一种舱柜节能系统热交换箱及船舶燃油预热系统。

背景技术：

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℃下粘度为380cst，而在0℃时接近20000cst。粘度大会导致输送泵抽吸燃油时阻力大而增加功耗甚至无法泵送，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泵送。目前运营船舶重油的传统加热方式是通过在船两侧的储存舱1’内布置加热盘管2’，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2’来加热重油，达到输运条件后，开启阀门3’，从吸口往外抽吸燃油。尽管这种方式能降低燃油粘度而节省能耗，但是弊端较多：

1)能量利用率较低。加热盘管2’加热的是整舱燃油，而实际中需要泵送的燃油量相对储存舱1’容积很小，因此相当部分热量被用来加热不必泵送的燃油，而这部分热量已通过舱壁与外界进行热交换而被浪费。

2)会产生局部高温区。当储存舱1’临近压载舱或货舱时，压载舱壁高温会加快腐蚀的发生，同时也会给对温度敏感的货物带来危害。

3)结垢。当燃油液位低于加热盘管2’时，暴露于空气中的加热盘管2’会加速燃气挥发形成硬垢。

4)燃油残存。当燃油液位完全低于加热盘管2’时，燃油很难被输送，导致燃油留存。

为了解决燃油输送系统中加热盘管带来的问题，在日本已经采用一种新的加热方式来代替加热盘管——新型燃油转换装置(f.o.s系统)。f.o.s系统的主要设计思想是：在储存舱1’中设置一个隔舱4’，隔舱4’与储存舱1’相通，首先往隔舱4’中泵入沉淀柜中的高温燃油，预热得到一定量的相对高温燃油，达到泵送条件，然后采用燃油输送泵抽吸燃油至沉淀柜，如此往复循环。图2给出了储存舱1’中的隔舱4’方案示意图。隔舱4’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，而是集中在隔舱4’内，使被抽出的燃油均为相对温度较高的燃油，便于泵送。尽管这种燃油转换装置能较好地避免加热盘管2’加热带来的问题，也更节约运营成本，但是也存在缺陷——其预热效果的好坏依赖于隔舱4’方案的设计，不合理的隔舱4’设计可能导致隔舱4’内燃油温度分布不均、热油积聚在隔舱4’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加热盘管2’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4’方案设计师整个燃油预热系统的关键。

申请号为cn204984655u，名称为《基于套管形式的船舶燃油预热系统》的专利公开了一种基于套管形式的船舶燃油预热系统，如图3所示，在储存舱1’和沉淀柜5’之间设置燃油预热管路6’和燃油输送管路7’，燃油预热管路7’设置预热泵8’，为储存舱1’提供高温燃油，燃油输送管路6’设置输送泵9’，将加热的燃油输送至沉淀柜5’，燃油预热管路7’比燃油输送管路6’的直径小，位于储存舱1’内部的一段燃油预热管路7’位于对应的燃油输送管路6’之内，燃油预热管路7’和燃油输送管路6’之间设置有连通管10’(具体请参见图4)。但是，经数值研究及试验测试发现，该方案由于套管的燃油预热管路7’和燃油输送管路6’尺寸相差不够大，导致燃油抽出的粘性阻力较大(相对高温燃油的流道为环形通道，存在两个环形壁面的粘性阻力)，增加了输送泵9’的负荷，在恶劣工况下，输送泵9’可能超负荷运行，噪音增大；另一方面，由于船舶运行过程中存在燃油消耗较低的工况，此时需要停止运行燃油预热系统，特别是在环境温度较低时，经过一段时间的冷机状态，套管由于长期处在低温油舱中，套管内燃油热量耗散殆尽，根据燃油粘度随温度降低急剧增加的特性，停机之后再次冷启动时，可能产生输送泵9’完全抽不动燃油的情况，对输送泵9’造成较大损害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种舱柜节能系统热交换箱及船舶燃油预热系统，以缓解现有的“小隔舱”形式的船舶燃油预热系统存在的吸口附近油温过低、输送泵冷启动抽吸困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种舱柜节能系统热交换箱，位于储存有燃油的储存舱内，包括注油管和抽油管；

所述注油管的输入端的至少部分位于所述抽油管的抽吸端内；并且所述注油管的输入端套设有加热盘管。

更进一步地，

所述加热盘管具有第一加热区，所述第一加热区分布有第一加热件，所述第一加热件缠绕于所述注油管的输入端。

更进一步地，

所述加热盘管具有第二加热区，所述第二加热区分布有第二加热件，所述第二加热件在所述抽油管内部延伸，且所述第二加热件与所述第一加热件连续。

更进一步地，

所述注油管的输入端的端面封闭，且所述注油管的靠近所述端面的侧壁上开设有出油孔。

更进一步地，

所述抽油管沿出油方向设置有第一管段和第二管段，所述第一管段的横截面积大于所述第二管段的横截面积。

更进一步地，

所述注油管穿过所述第一管段的侧壁后进入所述第一管段内然后向储存舱底部方向延伸。

更进一步地，

所述热交换箱还包括箱体，所述箱体底部开口，所述注油管和所述抽油管均穿过所述箱体的侧壁后向所述储存舱底部方向延伸。

更进一步地，

所述箱体顶部设置有至少一个透气孔，和/或，所述箱体侧部设置有检修盖。

一种船舶燃油预热系统，包括所述的舱柜节能系统热交换箱。

更进一步地，

还包括沉淀柜以及分别连通所述沉淀柜和所述储存舱的注油管和抽油管。

结合以上技术方案，本发明至少能达到的有益效果在于：

注油管的输入端套设有加热盘管，系统长期停止工作后，加热盘管能对注油管和抽油管之间的燃油进行加热，以提高注油管附近燃油的温度，进而降低其粘度，使输送系统在启动时能够正常工作，避免因注油管内燃油温度过低造成输送泵启动的初始时刻阻力过大以至于输送泵工作负荷过大无法启动的现象。

另外，在环境温度低等恶劣工况下，对注油管的输入端进行蒸汽辅助加热，提高热交换箱内高低温燃油混合后的流动初始时刻的油温，可以显著降低抽油管的阻力损失，减小输送泵的运行负荷，改善输送泵的工作条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中采用加热盘管加热的燃油预热系统的示意图；

图2为现有技术中采用燃油转换装置的燃油预热系统的示意图；

图3为现有技术中采用燃油转换装置的船舶燃油预热系统运行流程图；

图4为现有技术中采用燃油转换装置的船舶燃油预热系统中套管的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的主视图；

图6为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的a－a向视图；

图7为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的b－b向视图；

图8为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的c－c向视图；

图9为本发明实施例提供的船舶燃油预热系统的流程图。

图标：1’-储存舱；2’-加热盘管；3’-阀门；4’-隔舱；5’-沉淀柜；6’-燃油输送管路；7’-燃油预热管路；8’-预热泵；9’-输送泵；10’-连通管；100-注油管；200-抽油管；300-加热盘管；400-箱体；500-储存舱；600-沉淀柜；700-预热泵；800-输送泵；900-连通管；110-端面；120-出油孔；210-第一管段；220-第二管段；310-第一加热件；311-第一加热区；321-第二加热区；320-第二加热件；410-侧壁；420-透气孔；430-检修盖。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例1至实施例2进行详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种舱柜节能系统热交换箱，位于储存有燃油的储存舱500内，请一并参照图5至图9。图5为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的主视图；图6为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的a－a向视图；图7为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的b－b向视图；图8为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的c－c向视图；图9为本发明实施例提供的船舶燃油预热系统的流程图。

包括注油管100和抽油管200；注油管100的输入端的至少部分位于抽油管200的抽吸端内；并且注油管100的输入端套设有加热盘管300。

注油管100的输入端套设有加热盘管300，系统长期停止工作后，加热盘管300能对注油管100进行加热，以提高注油管100附近燃油的温度，进而降低其粘度，使输送系统在启动时能够正常工作，避免因注油管100内燃油温度过低造成输送泵800启动的初始时刻阻力过大以至于输送泵800工作负荷过大无法启动的现象。另外，在环境温度低等恶劣工况下，对注油管100的输入端进行蒸汽辅助加热，提高热交换箱内高低温燃油混合后的流动初始时刻的油温，可以显著降低抽油管200的阻力损失，减小输送泵800的运行负荷，改善输送泵800的工作条件。

需要说明的是，注油管100的输入端的至少部分位于抽油管200的抽吸端内包括注油管100的输入端全部位于抽油管200的抽吸端内和注油管100的输入端部分位于抽油管200的抽吸端内两种方案。当注油管100的输入端全部位于抽油管200的抽吸端内时，注油管100和抽油管200同时运行，较为优选地，注油管100和抽油管200同心设置，热油注入方向与冷油抽出方向相反，如此设置能够实现强制对流，能更有效的促进热交换。同时，本实施例中的热交换损失仅为抽油管200与热交换箱接触面的散热，注油管100的高温燃油被最大化利用，能够节约能源。当注油管100的输入端部分位于抽油管200的抽吸端内时，注油管100较早地从抽油管200内分离出来，能够增加高低温燃油混合后的燃油的流通面积，降低抽油管200的输送阻力。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

加热盘管300具有第一加热区311，第一加热区311分布有第一加热件310，第一加热件310缠绕于注油管100的输入端。

第一加热件310呈螺旋状，缠绕于注油管100，能够增大加热面积，使第一加热区311的温度迅速升高，提高第一加热件310与燃油的热交换效率，不仅能够使注油管100的输入端的温度快速升高，还可以使抽油管200内的燃油迅速升温，降低燃油的粘度和输送阻力，进而降低启动时输送泵800的负荷。进一步地，注油管100的位于抽油管200内部的管路均缠绕有第一加热件310，使得第一加热区311能够最大范围覆盖注油管100。

加热盘管300的可选方案中，较为优选地，

加热盘管300具有第二加热区321，第二加热区321分布有第二加热件320，第二加热件320在抽油管200内部延伸，且第二加热件320与第一加热件310连续。

第二加热件320主要用于加热抽油管200内部的低温燃油，第二加热件320与第一加热件310为一整体，第二加热件320的第二加热区321与第一加热件310的第一加热区311组合，能够增加加热盘管300的加热面积。具体而言，第二加热件320具有两个端部，一端与缠绕于注油管100的输入端的第一加热件310的一端连接，另一端与缠绕于注油管100的远离输入端的第一加热件310的一端连接，第二加热件320整体呈直线状，能够降低对抽油管200内燃油的阻力。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

注油管100的输入端的端面110封闭，且注油管100的靠近端面110的侧壁上开设有出油孔120。

高温燃油从出油孔120剧烈喷出，高温燃油的喷出方向与抽油管200抽吸来自储存舱500内的低温燃油的运动方向相反，使得由出油孔120喷出的高温燃油与来自储存舱500内的低温燃油剧烈混合，大幅加强了高低温燃油的换热换质过程，使得高低温燃油在抽油管200的抽吸端即充分换热换质。另外，高温燃油从注油管100的侧壁喷出，有效避免了高温燃油对于储存舱500底部的热冲击，尤其对于设置于货舱区的，避免了高温燃油对货舱内货物产生的损坏。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

抽油管200沿出油方向设置有第一管段210和第二管段220，第一管段210的横截面积大于第二管段220的横截面积。

注油管100和第一加热件310均位于第一管段210内，且抽油管200的抽吸端位于第一管段210，第一管段210的直径大于第二管段220，便于布置注油管100和第一加热件310。进一步地，第一管段210包括连接部、中间部和抽吸部；连接部与第二管段220连接，其截面直径沿指向抽吸方向逐渐减小；中间段呈圆筒状，用于容纳注油管100和加热盘管300的第一加热件310；抽吸部为喇叭状结构，其截面直径沿指向注油方向逐渐增大，便于储存舱500内的低温燃油进入第一管段210，同时，喇叭状结构的横截面积大于第一管段210其他各处的横截面积，能够增大喇叭状结构管壁与出油孔120的距离，减小由注油管100的出油孔120剧烈喷出的高温燃油对第一管段210的冲击。

进一步地，

注油管100穿过第一管段210的侧壁后进入第一管段210内然后向储存舱500底部方向延伸。

注油管100较早地从抽油管200内分离出来，能够增加高低温燃油混合后的燃油的流通面积，降低抽油管200的输送阻力。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

热交换箱还包括箱体400，箱体400底部开口，注油管100和抽油管200均穿过箱体400的侧壁410后向储存舱500底部方向延伸。

箱体400与储存舱500相比，尺寸较小，且位于储存舱500内部，箱体400通过底部的开口与储存舱500相通。系统运行时，首先经注油管100的输入端向箱体400内注入一定量的高温燃油，同时加热盘管300也只对箱体400内的部分燃油进行加热，另外，高温燃油会产生相对于低温燃油向上的流动，箱体400顶部封闭，能够避免高温燃油回流至储存舱500，达到泵送条件后，抽油管200抽取箱体400内的高温燃油，储存舱500内的低温燃油会随之进入箱体400内，如此循环，便能够为输送泵800提供连续的燃油。箱体400的主要目的在于使由注油管100的输入端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，而是集中在箱体400内，使被抽出的燃油均为相对温度较高的燃油，便于泵送，且能够节约系统的运营成本。

进一步地，

箱体400设置于储存舱500的底部，使储存舱500底部与箱体400底部的开口之间具有较小的间隙，能够保证完成热交换的燃油向上流动，进入抽油管200，而不会由箱体400底部的开口回流至储存舱500内，进一步加强箱体400控制被加热的燃油的效果。

箱体400的可选方案中，较为优选地，

箱体400顶部设置有至少一个透气孔420，和/或，箱体400侧部设置有检修盖430。

箱体400顶部设置透气孔420，能够有效预防空气聚集在箱体400顶部无法逃逸造成箱体400内部压力增大的问题。箱体400侧部设置检修盖430，检修盖430可拆卸，如螺栓连接、铆接、胶接等，对箱体400内部元件进行检修时，无须将箱体400进行解体，只需拆卸检修盖430，从检修盖430一侧查看箱体400内部情况和检修即可，降低了维修成本。

进一步地，

箱体400包括第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，第一侧面与第二侧面相对设置，第三侧面与第四侧面相对设置，第一侧面安装有检修盖430，第二侧面设置有用于安装抽油管200和注油管100的安装孔，第三侧面设置有多个安装支架，第四侧面的对应位置也设置有安装支架，安装支架用于支撑箱体400。

实施例2

本实施例提供了一种船舶燃油预热系统，请一并参照图5至图9。图5为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的主视图；图6为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的a－a向视图；图7为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的b－b向视图；图8为本发明实施例提供的舱柜节能系统热交换箱的c－c向视图；图9为本发明实施例提供的船舶燃油预热系统的流程图。

该船舶燃油预热系统包括实施例1述及的舱柜节能系统热交换箱(具体请参见图8)，还包括沉淀柜600、分别连通沉淀柜600和储存舱500的注油管100和抽油管200、预热泵700和输送泵800。舱柜节能系统热交换箱设置于储存舱500内部；注油管100和抽油管200设置于储存舱500和沉淀柜600之间，注油管100上设置有预热泵700，预热泵700能够预热注油管100内流经预热泵700的燃油；抽油管200上设置有输送泵800，输送泵800将加热的燃油输送至沉淀柜600。

本实施例提供的船舶燃油预热系统的具体预热过程如下：

启动加热盘管300，加热注油管100的输入端附近的低温燃油，启动预热泵700，预热泵700对注入注油管100内流经预热泵700的燃油进行预热；开启输送泵800，抽油管200的抽吸端抽取箱体400内的高温燃油，并将其输送至沉淀柜600。注油管100和抽油管200同时运行，储存舱500内的低温燃油不断进入箱体400内进行热交换，并被泵送至沉淀柜600。

输送泵800启动时，加热盘管300已经对注油管100的输入端附近的低温燃油进行加热处理，抽油管200和注油管100内已经充入高温燃油，输送泵800启动初期，抽油管200的抽吸端的燃油粘度降低，避免了输送泵800因低温燃油粘度过大而无法启动的问题。同时，不需要反复控制预热泵700和输送泵800的启停以减小输送泵800的负荷，简化了控制方式，提高了输送效率。注油管100和抽油管200同时运行，高低温燃油的换热形式主要为对流换热，对流换热的热交换速度和强度大于现有技术中热扩散的热交换形式。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

注油管100和抽油管200上均设置有燃油流动方向的截止止回阀，截至止回阀能够防止方向错位。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

注油管100和抽油管200之间设置有连通管900，连通管900上设置有调节阀。

本实施例的可选方案中，较为优选地，

位于沉淀柜600和储存舱500之间的注油管100和抽油管200管路上还设置有蒸汽伴热装置，以避免，在高温燃油由沉淀柜600输出并进入热交换箱之间预冷而导致温度降低，以及由热交换箱输出的高温燃油在储存舱500外部遇冷导致温度降低的问题。

本实施例提供的船舶燃油预热系统的具体预热过程如下：

启动加热盘管300，加热注油管100的输入端附近的低温燃油。

打开连通管900上的调节阀，关闭注油管100上的截止止回阀，开启预热泵700，高温燃油经连通管900进入抽油管200，并经抽油管200进入箱体400，抽油管200内的低温燃油被高温燃油推入储存舱500内。

关闭连通管900上的调节阀，打开注油管100上的截止止回阀，打开输送泵800，注油管100和抽油管200同时运行，储存舱500内的低温燃油不断进入箱体400内进行热交换，并被泵送至沉淀柜600。

这种预热过程在初次启动时预热速度更快。

综上所述，本实施例提供的舱柜节能系统热交换箱及可船舶燃油预热系统可以实现如下技术效果：

1)由于注油管的输入端套设有加热盘管，系统在长期停止工作或环境温度低的工况下，加热盘管能对注油管的输入端进行加热，能够提高注油管附近燃油的温度和箱体内燃油流动初始时刻的油温，进而降低燃油的粘度和抽油管的阻力损失，因此，能够减小输送泵的运行负荷，避免因注油管内燃油温度过低造成输送泵启动的初始时刻阻力过大以至于输送泵工作负荷过大无法启动的现象。

2)由于热交换损失仅为抽油管和注油管暴露于箱体部分与箱体接触面的散热，因此注油管的高温燃油被最大化利用，能够节约能源。

3)由于预热抽油管的抽吸端燃油时，输送泵和预热泵不必频繁启停，控制简单，因此提高了输送效率。

4)由于注油管的输入端部分位于抽油管的抽吸端内时，注油管较早地从抽油管内分离出来，因此能够增加高低温燃油混合后的燃油的流通面积，降低抽油管的输送阻力。

5)由于高温燃油从出油孔剧烈喷出，高温燃油的喷出方向与抽油管抽吸来自储存舱内的低温燃油的运动方向相反，由出油孔喷出的高温燃油与来自储存舱内的低温燃油剧烈混合，因此大幅加强了高低温燃油的换热换质过程。

6)由于高温燃油从出注油管侧壁的油孔剧烈喷出，因此有效避免了高温燃油对于储存舱底部的热冲击，尤其对于设置于货舱区的，避免了高温燃油对货舱内货物产生的损坏。

7)由于抽吸部为喇叭状结构，增大了其与出油孔的距离，因此减小了由注油管的出油孔剧烈喷出的高温燃油对抽油管的冲击。

8)由于箱体与储存舱相比，尺寸较小，且位于储存舱内部。由注油管注入的热燃油主要被用来加热局部区域的冷燃油，被加热的燃油集中在箱体内，因此能够节约系统的运营成本。

9)由于箱体顶部设置透气孔，因此能够有效预防空气聚集在箱体顶部无法逃逸造成箱体内部压力增大的问题。

10)由于箱体侧部设置检修盖，检修盖可拆卸，对箱体内部元件进行检修时，只需拆卸检修盖，因此降低了维修成本。

11)由于高温燃油能够由连通管进入抽油管，将抽油管内的低温燃油推入储存舱内，因此加快了预热速度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。