EN
Marine motorafkølingssystemer er hjertet og sjælen i fremdrifts- og kraftværkssystemer på skibe. I en tid med stigende effekttætheder og strengere krav til emissioner er betydningen af og udfordringerne ved motortermisk styring vokset. Anvendelsen af pladeprocesvarmevekslere (PHE) som den optimale løsning til motorafkøling – på grund af deres effektive varmeoverførsel, kompakte størrelse samt behovet for præcis afstemning af alle hydrauliske, materiale- og driftsmæssige egenskaber i systemet for at sikre længere levetid – er nu almindelig praksis.
Hvorfor pladevarmevekslere til marine motorer?
I forhold til en traditionel skal-og-rør-varmeveksler overfører en pladevarmeveksler op til fem gange større varmetransferkoefficient som følge af induceret turbulens fra ribbede plader. Effektiviteten af pladevarmeveksleren resulterer direkte i betydeligt mindre størrelse og vægt – en afgørende overvejelse for pladsbegrænsede marine motorer. Takket være deres modulære design kan yderligere plader nemt installeres, hvis der kræves større varmeoverførsel på grund af skiftende belastninger på motoren eller krav til kølesystemet. Den lille temperaturforskel (close temperature approach) i pladevarmevekslere muliggør bedre afkøling af jacketvand og smøreolie, hvilket optimerer ydelse og holdbarhed i motorsystemets forbrændingsproces.
Vigtige integrationspunkter i kølecyklussen
Marinemotorer har et to-dels kølesystem, som består af en friskvandskreds med høj temperatur, der køler motorblokken, og en kreds med havvand med lav temperatur, der fjerner varmen, der er overført fra friskvandet i en central køler. Pladevarmevekslere kan have to formål i dette system: enten som den primære køler for motorens friskvandskreds eller som køler for smørelæsningen. Som den primære køler for motorens friskvandskreds overfører pladevarmeveksleren varme fra friskvandskredsen til havvandet og holder friskvandstemperaturen inden for det driftsmæssige interval på 75 °C til 85 °C.
Pladevarmeveksleren som smørelæsningskøler regulerer smørelæsnings temperaturen til eller under en specificeret temperatur for at opretholde den korrekte viskositet.
Ud over at køle jaktvandet og smørelolien bruges PHE'er også til at køle turboladerens luftladning i en lignende kreds, for at øge densiteten af den luft, der træder ind i motoren, og dermed forbedre forbrændingseffektiviteten. Hver af disse anvendelser har forskellige tryk-, temperatur- og udskidningsforhold, som afgør systemstørrelsen.
Materialer og designovervejelser til maritime anvendelser
På grund af den korrosive miljø i havvand i marine applikationer er det afgørende at vælge de rigtige pladematerialer omhyggeligt. Titan kan tilbyde den bedste beskyttelse mod kloridinduceret spæd-, spalte- og galvanisk korrosion, som typisk opstår ved varme, klorerede havvandsstrømme. 316L rustfrit stål kan ofte specificeres på ferskvandssiden af PHE til en betydeligt lavere pris, samtidig med at det giver god korrosionsbestandighed. For mere korrosive ferskvands- eller smøreløbsstrømme kan legering 254 eller duplex-stål specificeres for højere styrke og korrosionsbestandighed. Valget af pakningens materiale skal også tage højde for kombinerede faktorer såsom temperaturcykler, væskens kemiske sammensætning og virkningen af kompressionsnedslag.
Almindelige materialer til PHE'er er nitril, EPDM og FKM (Viton), hvor hvert materiale har forskellige driftstemperaturområder og modstandsdygtighed over for specifikke væske-kemier. Det bør bemærkes, at trykfaldet over en PHE bør begrænses til ca. 1–2 bar for begge kredsløb for at undgå pumpeoverbelastning eller lav strømningshastighed.
Systemhydraulik og bedste praksis ved installation
Den korrekte brug af pladepakken i en PHE går dybere. Systemhydraulikken og designet har betydelige konsekvenser for den korrekte drift af varmeveksleren. Den bør udformes således, at mængden af rørledninger reduceres, og så der er let adgang til pladebundlen til vedligeholdelse. Den optimale orientering og placering af PHE'en bør minimere rørledningslængden og gøre det nemt at rengøre pladebundlen, da en PHE skal tømmes for at muliggøre fjernelse af bundlen.
Standardpraksis kræver, at PHE placeres lodret for at sikre korrekt afløb af begge kredsløb og luftudluftning i de fangete luftlommer. Der skal inkluderes silte i begge væskestrømme før PHE-indgangen for at beskytte pladerne og pakningssystemet mod forureninger og skade. Temperaturer og tryk skal overvåges i begge kredsløb ved hjælp af passende monterede manometre, og den termiske udvidelse af begge væskekredsløb skal tages højde for enten ved udvidelsesslynger eller fleksible rørforbindelser for at undgå unødigt spændingspåvirkning af PHE-tilspændingsskruerne. For skibe med flere motorer og deres tilhørende PHE’er skal der være ventiler installeret, så én PHE kan isoleres og vedligeholdes uden at skulle standse skibets drift.
Overvågning af ydelse og integration af vedligeholdelse
Systemintegration af en PHE er ikke en "monter-og-glem"-operation, men kræver overvågning af PHE’s driftsparametre for at sikre, at den opnår sin designeffektivitet. Indikatorer på problemer er betydelige afvigelser fra de ønskede indstillinger for udløbsvæskens temperatur, stigende trykfald over én af kredsløbene samt overvågning af mængden af havvand, der blander sig med ferskvandskredsløbet. Hvis der konstateres en forringelse af ydelsen, kan en kemisk rengøring af PHE genoprette dens oprindelige varmeoverførselsydelse ved organisk belægning, mens rengøring med højt tryk og høj temperatur kan anvendes til fjernelse af skorper. Ved at inkludere et tidsplan for rutinemæssig vedligeholdelse, der udføres samtidigt med motorens vedligeholdelsesperioder, kan mængden af utilsigtet nedetid reduceres, og den effektive levetid for plader og pakninger forlænges.
Konklusion
At vælge at integrere pladevarmevekslere i deres marine motorer giver optimale forhold og sikrer den højeste grad af varmeoverførsel på de mindste mulige arealer, samtidig med at der opnås en utrolig fleksibilitet i forhold til kapacitet. SME Group har aktivt beskæftiget sig med marin teknik i over tyve år og har en ISO-certificeret kvalitetssystem for komplette kølesystemer, hvilket garanterer omhyggelig styring – også ved udførelse af retrofitprojekter. Desuden gør en 5.000 m² stor produktionsfacilitet med hundrede ingeniører og teknikere det muligt for SME at gennemføre alle deres maritime projekter under mottoet "Beyond Concern", hvor vi hjælper dig og serviceyder cirka et tusind skibe årligt med systemer og originale reservedele. SME Group er den ideelle samarbejdspartner til at optimere både ydelse og levetid for dine maritime motorers kølesystemer; tøv ikke med at kontakte os for at drøfte detaljerne i dine næste projekter, så vi kan udarbejde et tilbud på et marin kølesystem til dig.