שילוב מחליפים חום לוחיות במערכות הקירור של מנועים ימיים

מערכות קירור של מנועים ימיים הן לב ורוח של מערכות הנעה וייצור חשמל בספינה. בעידן של צפיפויות הספק הגוברות וסוכנות מחמירה יותר של פליטות, החשיבות והאתגרים הקשורים לניהול תרמי של המנוע הרחיבו. השכיחות של מחלפי חום לוחות (PHE) כבחירה האופטימלית לקירור מנוע - בזכות היעילות בتبادل החום והגודל הקומפקטי, יחד עם הצורך לשלב באופן מדויק את כל התכונות ההידראוליות, החומריות והאופרטיביות של המערכת - לשיפור האורך חיים הפך לסטנדרט.

למה מחליפים לוחות חום למנועים ימיים?

ביחס למחלף צינור-מעטפה מסורתי, מחלף לוחות מעביר עד חמישה פעמים את מקדם העברת החום הודות לטורבולנציה המושרית על ידי הלוחות המשולבים. היעילות של מחלף הלוחות מביאה ישירות לגודל ומשקל קטנים בהרבה, מה שמהווה שיקול קריטי עבור מנועים ימיים עם מגבלות מקום. בזכות העיצוב המודולרי שלהם, ניתן להתקין בקלות לוחות נוספים אם נדרשת העברת חום גדולה יותר עקב שינויים בטעינה של המנוע או בדרישות מערכת הקירור. ההבדל הקטן בטמפרטורות בין זרמי הנוזלים במחלפי לוחות מאפשר קירור טוב יותר של מים הסגירה והשמן השמנים, כדי לאפשר ביצוע אופטימלי ועמידות של מערכת הבעירה של המנוע.

נקודות אינטגרציה עיקריות בלולאת הקירור

למנועי ים יש מערכת קירור דו-שלבית, הכוללת מעגל מים מתוקים בטמפרטורה גבוהה שמקיר את גוף המנוע, ומעגל מים ימיים בטמפרטורה נמוכה שמוציא את החום שהועבר מהמים המתוקים במקרר מרכזי. מחליפים חום לוחיותיים יכולים לשמש בשתי מטרות במערכת זו: כמקרר המים של גוף המנוע או כמקרר שמן השמירה. כמקרר המים של גוף המנוע, המחליף מעביר חום מהמעגל של המים המתוקים למים הימיים ומשמר את טמפרטורת המים בטווח הפעולה של 75°–85° צלזיוס.

המחליף החום הלוחיתי כמקרר שמן השמירה שולט בטמפרטורת שמן השמירה כך שהיא לא עולה על טמפרטורה מסוימת כדי לשמור על צמיגות תקינה.

בנוסף לקירור מים הקופסה ולשמן השמנים, משתמשים ב- PHE גם לקירור אוויר הטעינה של המטוהר הטורבו בלולאה דומה, כדי להגביר את הצפיפות של האוויר הנכנס למנוע וכתוצאה מכך לשפר את יעילות הבעירה. לכל יישום כזה יש תכונות שונות של לחץ, טמפרטורה ודלקות שקובעות את גודל המערכת.

היבטים של חומר ועיצוב לשירות ימי

בשל הסביבה הקורוזיבית של מים ימיים ביישומים ימיים, הבחירה המזהירה בחומרים הנכונים לפלטות היא קריטית. טיטניום יכול להציע את ההגנה הטובה ביותר מפני קורוזיה נקודתית, קורוזיה בפערים וקורוזיה גלוונית שמתפתחת בגלל כלורידים, אשר בדרך כלל מופיעה במים ימיים חמים ומוחלטים. פלדת אל חלד מסוג 316L יכולה לעתים קרובות לשמש בצד המים המתוקים של המחלף חום לוחות (PHE) במחיר נמוך בהרבה, תוך שמירה על התנגדות טובה לקורוזיה. עבור זרמים של מים מתוקים קורוזיביים יותר או שמן שמנון, ניתן לציין את סגסוגת 254 או פלדת דואלקס כדי להשיג עמידות גבוהה יותר לקורוזיה וכוח מכני גבוה יותר. גם בחירת חומר החוטם חייבת לקחת בחשבון גורמים משולבים כגון תנודות בטמפרטורה, כימיה של הנוזל והשפעת אובדן הדחיסה.

החומר הנפוץ שנבחר ל- PHEs הוא ניטריל, EPDM ו-FKM (ויטון), אשר כל אחד מהם בעל טווחי טמפרטורת הפעלה שונים והתנגדויות שונות לכימיה של נוזלים ספציפיים. יש לציין כי ירידת הלחץ דרך ה- PHE חייבת להיות מוגבלת ל-1–2 בר עבור שני המעגלים כדי למנוע עומס יתר על המניע או מצבים של זרימה נמוכה.

הידראוליקה של המערכת והנחיות להתקנה הטובה ביותר

השימוש הנכון בחבילה הלוחית של ה- PHE הולך מעבר לכך. ההידראוליקה של המערכת והעיצוב שלה משפיעים באופן משמעותי על הפעולה הנכונה של מחלף החום. יש לעצב את המערכת כך שתפחית את כמות הצינורות ותאפשר גישה קלה לחבילה הלוחית לצורך תחזוקה. האוריינטציה והמיקום האופטימליים של ה- PHE צריכים למזער את אורך הצינורות ולאפשר גישה קלה לניקוי החבילה הלוחית, מאחר ש- PHE חייב להיות מרוקן כדי לאפשר הסרה של החבילה.

הנוהג הסטנדרטי מחייב להתקין את המחלף חום לוחות (PHE) במאונך כדי לאפשר ניקוז תקין של שני מעגלי הנוזלים ופליטה של אויר לכוד. יש לכלול מסננים בשני זרמי הנוזלים לפני כניסת הנוזל למחלף חום לוחות (PHE) כדי להגן על הלוחות ועל מערכת החצאיים מפני זיהומים ופגיעות. יש למדוד את הטמפרטורות והלחצים בשני מעגלי הנוזלים באמצעות מדדי לחץ וטמפרטורה היכולים לספק קריאות מדויקות, וכן יש לקחת בחשבון את ההתפשטות התרמית של שני מעגלי הנוזלים באמצעות לולאות התפשטות או חיבורים גמישים של צינורות כדי למנוע מתח יתר על ברגי הקישור של המחלף חום לוחות (PHE). באניות שמכילות מספר מנועים ומחלי חום לוחות (PHE) קשורים, יש להתקין שסתומים שיאפשרו לבידוד ולתחזוקה של מחלף חום לוחות (PHE) אחד ללא צורך לעצור את פעולת האניה.

מערכת עקבה אחר הביצועים ושילוב תחזוקה

השילוב של מחליף חום לוחות (PHE) למערכת אינו תהליך של 'הכנס ושכח', אלא דורש מעקב אחר הפרמטרים המופעלים שלו כדי להבטיח שהמחליף פועל ביעילות העיצוב שלו. סימנים שמעוררים חשש הם סטיות משמעותיות מהנקודות המבוקשות של טמפרטורת הנוזל במוצא, עלייה במדרגת הלחץ בכל אחת משתי המערכות, ומעקב אחר קצב חדירת מי הים למערכת המים המטוהרים. אם נצפתה ירידה בביצועים, ניתן לשחזר את יעילות העברת החום המקורית של המחליף על ידי ניקוי כימי במקרה של צמיחה אורגנית, או באמצעות שטיפה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה במקרה של ספיחי סקלה. על ידי שילוב תכנון תחזוקה שגרתית, שתתבצע באותו זמן כמו תחזוקת המנוע, ניתן לצמצם את כמות עצירת המערכת שלא מתוכננת ולהאריך את תקופת השימוש האפקטיבית של הלוחות והחוגרים.

מסקנות

החליטה לשלב מחליפים חום לוחיות במנועים ימיים מספקת תנאי אופטימליים, המבטיחים את רמת העברת החום הגבוהה ביותר במרחבים הקטנים ביותר, תוך שומרת על גמישות יוצאת דופן מבחינת קיבולת. קבוצת SME עוסקת בהנדסת ים למעלה מעשרים שנה, ומביאה עמה את הביטחון של מערכת איכות מאושרת לפי תקן ISO עבור מערכות קירור מלאות, אשר מבטיחה ניהול מדוקדק גם בעת ביצוע השמות מחדש (Retrofits). בנוסף, מתקן בשטח של 5,000 מטר רבוע, עם מאה מהנדסים וטכנאים, מאפשר לקבוצת SME להשלים את כל הפרויקטים הימיים שלכם תחת הסיסמה "מעבר לדאגה", ולסייע לכם ולשרת כאלף ספינות מדי שנה באמצעות מערכות וחלקי חילוף מקוריים. קבוצת SME היא שותפת האידיאלית לאופטימיזציה של ביצועי מערכות הקירור למנועי הים שלכם, וכן של משך חייהם; אל תהססו ליצור איתנו קשר כדי לדון בפרטי הפרויקטים הבאים שלכם, כדי שנוכל לספק לכם הצעת מחיר למערכת קירור ימית.