摘要：我国船舶与海洋事业飞速发展，而对冷却系统在海洋环境中的应用却少有探究。分析常见的冷空气冷却系统、板式冷却系统和壳体冷却系统，从冷却效率、占地面积和重量、生产制造成本、工作压力、工作温度和噪声等方面探讨冷却系统在船舶和船舶工程中的使用。
关键词：冷却系统；船舶与海洋工程；应用分析
引言：
海洋和海洋工程设备的重要部分是一个冷却系统，其功能是保证整个系统的热力学平衡，确保系统能够正常工作的大部分冷却系统的设计者和制造商仍然是摸索期间。因此，设计与选取适合的冷却系统直接关系到总体的装备是否可以实现，所以十分重要。近几年来，船舶和海洋工程领域获得了长期的进步与进展，到那时我国关于船舶和海洋冷却工程的相关文献很是缺乏。此外，面对如此复杂的海洋环境和工程的特殊性，笔者根据多年船舶和海洋工程冷却系统的设计和施工经验对常用的冷却系统进行综合分析，为海洋环境冷却系统的设计和选择提供相关的支持和指导。
一、海洋环境常见冷却系统分析
（一）风冷式冷却系统
此系统有动力源（电机、发动机、液压、马达）、散热器等组合而成，风机由设备驱动旋转，系统中多余的热量通过强制卷积分散。因为空气的热容量没有水高，致使在同样状况下热量不一。
（二）管壳式冷却系统
本系统属于壁间换热器。换热管内的流动通道叫做管侧，管外的流体管道是壳侧。当管侧和壳侧有不同流体流动时，可以从换热管壁向低温的流体传导热量。这时温度高的会冷却，而相对低的则会受到加热租用，继而完成两种流体间的换热操作。
（三）板式冷却系统
该系统包括盲板、通道板和端板。换热器板和端板的两端是盲目的，信道板的总部位置被密封，和通道板被夹在中间的端板之间，形成腔体有许多间隔，在四个角圆孔通道板。因为板片有特定的形体，周边孔道有密封垫片槽孔，所以使一类介质被限制在一种容腔中，绝对不会流到其他容腔内，使加热与未被加热的介质可以充分接触，实现换热的目的。
二、三种散热器在海洋中应用的分析对比
（一）污垢系数
当板式换热器与管壳换热器相比，其中受热以及没有受热介质的其污垢系数更小。这是因为前者板与版间流体中具有强烈流动的湍流，使杂质不容易沉淀，板间流体通道的死区不大。所以不需用不锈钢制作而成，同时清洗方便。然而内流管和壳式换热器壳是复杂的，并且旁路死区，难以清洁，从而使形成的杂质旧污垢积累。
（二）冷却效率
冷却效率的判断标准是传热系数。从管壳式换热器的换热上看，板式比板式的换热性能更差。板式换热器传热系数高，一般在12560kj/m2～39034kj/m2之间。通常是板式换热器其传热系数比管壳高3到5倍；处于同样的换热环境中，换热面积也是管式的5倍，并且压降小；在最小传热温差状况中，壳式传热系数是3℃，而板式的传热系数为1～3℃。
（三）占地面积和重量
板式换热器结构十分紧凑，是壳式传热面积的2至5倍。且不用为管束的维修和检验预留下空间。有关紧凑度：管式为78m2/m3，板式是220m2/m3[2]。所以，完成同样换热目标，板式比管壳式多用五分之一到十分之一的占地面积。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆两种换热器的厚度分别是0.6•0.8mm，2.0～2.5mm，能够看到管壳式比板式厚。而在完成同样的换热目标时，由于板式换热器不太重，用地面积小。而管式换热器虽然专用换热面积比冷风式大，但是当冷风式占地面积却是前两者均小，同时有较轻的重量。在各种散热单元的情况下，风冷式散热器的集成更高，结构更加紧密。
（四）制造成本
海洋环境使用的散热器在防腐方面提出很高的需要，使用可以满足的防腐蚀标准的材料，应用技工散热器，所以其成本便比陆地上更高。而在环境相同的状况下，板式换热器主要采用耐腐蚀优良的金属原料，以至于原料的价格没有同样材质的高，同时在创造中主要使用冲压成型的方式，机器加工较少，且零件的通用型比管壳式大很多，使制造后的成本得以减少。同时，因为板式换热器的板片表面经过转化膜的处理能够耐受各类介质，特别是抗击水中氯离子的腐蚀作用，因此寿命通常是管式交换器的2到3倍[2]。风冷式结构与前两者有更复杂的内部结构，一般多应用较好腐蚀性的全铝式和桐式散热器的结构。另外，制造的工艺比较简单，操作环节少，所以有突出的经济优势。
（五）工作压力和温度
换热器的结构和材料决定其耐压和耐热能力的高低。这是由于管壳式换热器有很多可选项，只将壳体两端用垫片密封就可增加垫片的压力，一般应该选择适当宽松的温度和压力。板式换热器是利用垫片密封，其具有密封周长的密切板片较薄、刚性很差的特点，致使垫片没有充足的紧压力，所以耐压能力不够，工作压力一般是1PMa之下[4]。在进行安装时如果不慎便会产生泄漏；由此可见密封垫片材料的好坏直接决定换热器的工作温度。
三、结束语
冷却系统的关键在于散热器，在进行设计时需基于满足耐腐蚀性的基础上，根据三种散热器的优缺点，并结合实际状况综合考虑。对船舶和海洋工程的冷却系统，因为其特殊的环境和有限的工作空间，在进行冷却设计和使用时需从各种方面加以考虑，结合实际状况加以选择[5]。因为不同散热器的优势有所不同，应该根据尽量用较少的成本和维护费用的原则综合考虑，比如风冷式。由于比板式和管壳式具有结构简单、维护成本低，但是噪音大的特点，一方面需重点控制噪音问题，可以在对噪音要求不高的环境使用[6]。板式换热器是高效紧凑的换热器，具有传热系数高、损失压力小、维修方便等优点，但是在高压或高温以及有特殊介质的状况下不宜使用[7]。同时其流动截面小，十分容易产生结垢，不合适有悬浮杂质的物料，另外也受截面大小的限制[8]。
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论文作者:刘港,张毅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
标签：海洋工程论文; 系统论文; 船舶论文; 管壳论文; 换热器论文; 散热器论文; 换热论文; 《基层建设》2019年第23期论文;