李碧桃

(福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州 350007)

在能源緊張的今天，船舶節(jié)能技術(shù)是全世界共同關(guān)注的問(wèn)題。船舶消耗的主要能源是油料，在各種船用油料中，重油價(jià)格低廉，約是輕柴油價(jià)格的60%。漁船主機(jī)進(jìn)行燃用重油改造，可大大降低船舶營(yíng)運(yùn)成本。但漁船運(yùn)行工況變化頻繁，而且常用工況負(fù)荷較低，一般只有額定工況的65% ～80%，對(duì)燃用重油的適應(yīng)性較差，特別是重油粘度高，在噴油時(shí)無(wú)法正常霧化而影響柴油機(jī)正常運(yùn)行。通過(guò)對(duì)重油的粘度進(jìn)行嚴(yán)格自動(dòng)控制，并通過(guò)對(duì)柴油機(jī)的相關(guān)零部件和船舶動(dòng)力管系進(jìn)行燃用重油的改造設(shè)計(jì)及對(duì)柴油機(jī)的運(yùn)行管理提高要求后，重油在中速柴油機(jī)漁船上使用的技術(shù)已經(jīng)十分成熟。本文主要介紹漁船中速柴油機(jī)改用重油時(shí)，對(duì)重油粘度自動(dòng)控制方法及其控制系統(tǒng)。

1 燃油粘度自動(dòng)控制原理

燃油粘度自動(dòng)控制系統(tǒng)原理如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)的組成包括:燃油粘度測(cè)量裝置 (測(cè)粘計(jì));溫度傳感器;控制燃油粘度的電動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥;蒸汽加熱器;輕/重油切換閥;燃油粘度/溫度控制器。

當(dāng)燃油粘度/溫度控制器接受來(lái)自粘度測(cè)量裝置、溫度傳感器的測(cè)量信號(hào)時(shí)，控制器軟件根據(jù)設(shè)定的工作狀態(tài)和粘度、溫度測(cè)量值輸出的控制信號(hào)，控制輕/重油切換閥和控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作。燃油粘度測(cè)量裝置采用壓差式測(cè)粘計(jì)和電動(dòng)差壓變送器，電動(dòng)差壓變送器將反映粘度大小的壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流送給燃油粘度/溫度控制器，作為測(cè)量信號(hào)。

圖1 燃油粘度控制系統(tǒng)原理圖

溫度傳感器由Pt100熱電阻和電流變送器組成，電流變送器將反映溫度高低的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電流送至控制器。燃油粘度/溫度控制器的自動(dòng)模式分為粘度自動(dòng)控制和溫度自動(dòng)控制2種模式。粘度/溫度自動(dòng)控制模式的工作過(guò)程如圖2所示。

圖2 粘度/溫度控制模式

當(dāng)燃油粘度增大時(shí)，壓差式測(cè)粘計(jì)通過(guò)電動(dòng)差壓變送器輸出的電流信號(hào)增大，該增大的信號(hào)送入燃油粘度/溫度控制器，經(jīng)過(guò)燃油粘度/溫度控制器輸出增大的信號(hào)使控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增大，加強(qiáng)對(duì)燃油的加熱強(qiáng)度，降低燃油的粘度，該控制的調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)過(guò)燃油粘度/溫度控制器的PID調(diào)節(jié)作用規(guī)律，直到燃油粘度回到給定值上。反之，當(dāng)燃油粘度減小，調(diào)節(jié)作用相反，關(guān)小控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，降低對(duì)燃油的加熱強(qiáng)度，燃油的粘度升高，直到燃油粘度回到給定值上。

當(dāng)溫度傳感器的測(cè)量信號(hào)增大時(shí)，即油溫升高，則燃油粘度降低，該增大的信號(hào)送入燃油粘度/溫度控制器，經(jīng)過(guò)燃油粘度/溫度控制器輸出增大的信號(hào)使控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度減小，降低對(duì)燃油的加熱強(qiáng)度，燃油的粘度升高，該控制的調(diào)節(jié)過(guò)程經(jīng)過(guò)燃油粘度/溫度控制器的PID調(diào)節(jié)作用規(guī)律，直到燃油粘度回到給定值上。反之，當(dāng)溫度傳感器的測(cè)量信號(hào)減小時(shí)，即油溫降低，則燃油粘度增大，調(diào)節(jié)作用相反，開(kāi)大控制燃油粘度的蒸汽調(diào)節(jié)閥，加強(qiáng)對(duì)燃油的加熱強(qiáng)度，燃油的粘度降低，直到燃油粘度回到給定值上。溫度傳感器的測(cè)量信號(hào)同時(shí)作為輕/重油切換閥的控制信號(hào)，當(dāng)油溫達(dá)到切換的設(shè)定溫度時(shí)，燃油粘度/溫度控制器輸出信號(hào)去控制輕/重油切換閥，實(shí)現(xiàn)輕柴油/重油的自動(dòng)切換。

當(dāng)油溫未達(dá)到柴油機(jī)所需最佳粘度值對(duì)應(yīng)的溫度 (上限溫度)時(shí)，對(duì)油溫的控制采用溫度自動(dòng)控制模式，此時(shí)粘度自動(dòng)控制模式未工作，當(dāng)油溫達(dá)到柴油機(jī)所需最佳粘度值對(duì)應(yīng)的溫度 (上限溫度)時(shí)，粘度自動(dòng)控制模式自動(dòng)投入工作，而溫度自動(dòng)控制模式自動(dòng)停止工作。

該系統(tǒng)在自動(dòng)控制出現(xiàn)故障時(shí)，燃油粘度和溫度還可進(jìn)行手動(dòng)控制，通過(guò)手動(dòng)改變蒸汽調(diào)節(jié)閥，改變加熱器的加熱強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)大時(shí)，燃油溫度升高，粘度降低;反之，溫度降低，粘度升高。輕/重油切換也可手動(dòng)操作。

2 蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前，絕大多數(shù)漁船都沒(méi)有設(shè)置燃油輔鍋爐，而且漁船運(yùn)行工況變化頻繁，常用工況負(fù)荷較低，一般只有額定工況的65%～80%，所以漁船也不適合設(shè)置廢氣鍋爐。因此，早些時(shí)候，在一些漁船中速柴油機(jī)上嘗試改用重油時(shí)，其重油的粘度控制采用電加熱裝置直接對(duì)重油加熱的方式，這種控制方法設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，占據(jù)空間小，投資少，機(jī)艙不需要有設(shè)置鍋爐及其系統(tǒng)的空間，但采用電能直接加熱存在傳熱不均勻性的缺點(diǎn)，使油的粘度無(wú)法均勻調(diào)節(jié)到適合主機(jī)的燃油霧化質(zhì)量要求，從而使主機(jī)運(yùn)行不良。所以，電能直接加熱方法控制燃油粘度在漁船上沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。

對(duì)重油粘度控制采用蒸汽加熱的調(diào)節(jié)方法效果最佳，根據(jù)上述重油粘度控制系統(tǒng)原理，針對(duì)漁船沒(méi)有設(shè)置燃油輔鍋爐及廢氣鍋爐的特點(diǎn)，這里介紹一種適用于漁船的生產(chǎn)蒸汽的系統(tǒng)及其設(shè)備。系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 蒸汽系統(tǒng)原理圖

該蒸汽系統(tǒng)利用漁船主機(jī)排出的廢氣的余熱(漁船主機(jī)排除廢氣的余熱溫度可達(dá)300℃以上)通過(guò)熱交換器加熱電鍋爐水 (淡水)，電鍋爐水被加熱溫度升高后存放于熱水柜，蒸汽由電鍋爐產(chǎn)生，產(chǎn)生的蒸汽用于加熱重油來(lái)控制重油的粘度。而當(dāng)電鍋爐的水位因產(chǎn)生蒸汽而下降到低水位時(shí)，由熱水柜對(duì)電鍋爐自動(dòng)補(bǔ)充熱爐水 (電鍋爐水位可自動(dòng)控制)。

該蒸汽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，克服了采用電能直接加熱的不均勻性的缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)主機(jī)排出的廢氣余熱回收利用，進(jìn)一步提高主機(jī)的綜合熱效率、能源的利用效率以及船舶的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

能源和資源問(wèn)題已經(jīng)成為世界發(fā)展的頭號(hào)問(wèn)題，我國(guó)漁船在發(fā)展過(guò)程中存在的能源利用率低的問(wèn)題應(yīng)得到高度重視。只要我們?cè)跐O船設(shè)計(jì)、制造、改造和使用方面充分考慮節(jié)能降耗問(wèn)題，利用先進(jìn)的技術(shù)和管理模式，就能合理利用能源，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，本文介紹的漁船中速柴油機(jī)燃用重油的粘度控制方法和技術(shù)的應(yīng)用，可以大大提高漁船運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，是漁船節(jié)能的有效措施。

［1］陳清彬.輪機(jī)自動(dòng)化［M］.人民交通出版社，2009.

［2］李世臣，徐善林.輪機(jī)自動(dòng)化［M］.大連海事大學(xué)出版社，2008.

［3］黃步松，呂鳳明.船舶柴油機(jī)［M］.人民交通出版社，2009.

［4］劉興永.船舶動(dòng)力裝置［M］.人民交通出版社，2008.