船用MGO冷却器的选型设计
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摘 要：MGO（Marine Gas Oil）是低硫轻柴油，粘度很低，为了满足船用燃油设备的粘度要求，必须提高其粘度。文章详细介绍了采用冷却器进行热交换来加以解决，对实船的设计和订货有一定的参考价值。
关键词：船用；MGO；冷却器；选型；设计
中图分类号：U664 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0086-02
Abstract： MGO （Marine Gas Oil） is a low sulfur light diesel oil with low viscosity. In order to meet the viscosity requirements of marine fuel equipment， it is necessary to increase its viscosity. In this paper， the use of cooler for heat exchange is introduced in detail， which has a certain reference value for the design and ordering of real ships.
Keywords： marine； MGO； cooler； type selection； design
1 概述
自2010年1月1日起，欧盟港口开始单边实施船舶强制使用低硫燃油的法令2005/33/EC。法令规定：2010年1月1日起，在欧盟港口停泊（包括锚泊、系浮筒、码头停泊）超过2小时的船舶不得使用硫含量超过0.1%m/m的燃油，船舶停泊后应尽早转换为低硫燃油（硫含量不超过0.1%m/m），船舶开航前尽量晚切换成高硫燃油；燃油轉换操作应记录在船舶日志上。该限制适用于所有燃油种类及所有燃烧设备，包括主锅炉和辅锅炉。该法令和现有的“波罗的海、英吉利海峡及美北海排放控制区（ECA）”要求的实施，意味着船舶必须备有合适的燃油及可行的储存和操作系统。IMO和CARB燃油硫含量限值及应用阶段见图1。
2 面对的问题
长时间使用MGO会导致MGO粘度降低，因为主机的回油和新油混合会使燃油温度提高，这样当粘度小于2cSt时很容易造成高压油泵咬死，所以如果船上遵循此规范，就必须控制主机进油口的粘度，就应该添加必要的冷却设备。目前需解决的问题是：
（1）人们把硫含量低于0.1%的低硫柴油称为MGO（Marine Gas Oil），意思是船用汽油，易燃易爆的风险性很大。
（2）MGO含硫量低同时其粘度也很低，40℃时是1.5cSt及以上。
（3）目前冷却设备设计还不全面，无法满足所有要求。研究空调系统的科研人员考虑采用Chiller Unit，用制冷剂作为热交换介质的冷水机组，可以将MGO的油温降低到20℃，燃油的粘度等级完全可以达到要求。但此冷却设备体积较大，且投入成本较高。
（4）采用板式冷却器（Cooler Unit）。
3 选型研究
3.1 制冷单元
以辅机MGO的制冷单元为例。
3.1.1 冷水机组
（1）冷媒：R404A或R134A或R407C。（2）冷凝器端冷却水类型：36℃低温淡水。（3）冷凝器端冷凝温度：40℃。（4）蒸发器端冷却水温度：从12℃到7℃。（5）MGO端冷却温度：从42℃到20℃。（6）MGO冷却器冷媒：36℃低温淡水。
3.1.2 压缩机电机4.2kW/1200rpm
3.1.3 冷凝器
（1）型式：卧式壳管式。（2）冷却水类型：36℃低温淡水。（3）冷却水消耗量：3m3/h。（4）冷凝温度：40℃。
3.1.4 蒸发器
（1）型式：卧式壳管式。（2）水进口温度：12℃。（3）水出口温度：7℃。
3.1.5 冷水机组配件
制冷剂贮液罐、电磁阀、膨胀阀、视液镜、干燥滤器等。
3.2 MGO低硫油冷却单元
3.2.1 膨胀水箱
（1）容量大约49升。（2）最高工作压力：0.25MPa。（3）附件有：用于液位控制的管子开关、手动进水阀、自动进水阀、止回阀、出水阀、泄放阀、排气阀、安全阀、压力表等。
3.2.2 水滤器
3.2.3 冷却水泵
3.2.4 冷却器
（1）型式：板式热交换器。（2）最大冷却功率：10.52kW。（3）结垢热损失：20%。（4）低硫油进口温度：42℃。（5）低硫油出口温度：20℃。（6）冷却水进口温度：7℃。（7）冷却水出口温度：12℃。（8）附件有：旁通阀、截止阀、安全阀、电动三通调节阀。
3.2.5 温控阀
带位置驱动温控阀，由PT100输出信号控制，以控制到MGO冷却器的冷却水量。
3.3 电气及控制
采用PLC自动控制报警及各启动功能，包括电控箱、报警信号、运行信号及电气连接。机组启动运行后，自动控制系统将根据燃油回油设定温度，自动控制机组的能量调节。
从以上配置可以看出，采用冷水机组的原理可以将水制冷到7℃，然后通过板式冷却器进行热交换，将42℃的MGO低硫油冷却到20℃，从根本上确保了MGO的粘度能够控制到2cSt以下。但热交换设备复杂，占用船上空间大，且需电气控制系统，产生故障的频率增大，费用相当高，Chiller Unit流程图及外形图见图2。
3.4 海水冷却单元
在主机及发电机燃油进油管路上各安装1台独立的板式热交换器，用32℃的海水去冷却NGO，可以冷却到35℃，板片的材料采用0.5mm厚的钛板。经过试验，燃油的粘度非常接近2cSt。当然，如果海水温度低于32℃，则MGO冷却后的温度更低，粘度将低于2cSt。
用海水作为冷侧热交换介质板式冷却器，板片数量少，冷却器结构简单，控制简单，布置占用空间小，成本非常低。但是，海水冷却的热交系统是开式系统，一旦冷却器的板片结构发生泄漏，热侧的燃油渗漏到冷侧的海水侧，燃油将会排入海中，对海洋环境造成污染，这是IMO和SOKAS不允许的。
3.5 淡水冷却单元
在主机及发电机燃油进油管路上各安装1台独立的板式热交换器，用36℃的淡水去冷却NGO，可以冷却到35℃，板片的材料采用0.5mm厚的钛板。经过试验，燃油的粘度非常接近2cSt。随着炼油技术的不断提高，目前，只要确保40℃左右的冷却温度，MGO的粘度完全可以达到2cSt以上。当然，如果海水温度低于32℃，则MGO冷却后的温度更低，粘度将低于2cSt。
4 结束语
船上的主机、发电机、锅炉等使用燃油的设备，均要求燃油的粘度不低于2cSt，否则将加剧零部件的磨损。对于柴油机，油泵磨损后，内部泄漏量增大，导致喷射压力不足，可能会造成主机无法启动。用船上造水机自产的淡水通过板式热交换器去冷却燃油，既经济又清洁环保。
目前的最新优化设计是将淡水冷却的MGO冷却器与燃油供油单元一起设计和供货，减少了独立MGO冷却单元的电气控制系统，且MGO粘度控制和油温的显示与供油单元一起安装到船上，36℃的淡水冷却，既节约空间，采购成本也将大大减少。
根据实船的安装统计，如果采用Chiller Unit，每条船MGO冷却单元的采购成本不少于40万元人民币；当采用淡水冷却的Cooler Unit，且MGO冷却单元安装在供油单元上，则每条船MGO冷却单元的采购成本不超过3万元人民币。
参考文献：
[1]中国船级社（CCS）.船舶使用低硫燃油指南[Z].2013，7.
[2]MAN Diesel & Turbo低硫燃油的使用Operation on Low Sulphur Fuels，2010.船舶设计实用手册（轮机分册）[M].国防工业出版社，1999.
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