Integrarea schimbătoarelor de căldură cu plăci în sistemele de răcire ale motoarelor

Sistemele de răcire ale motoarelor marine reprezintă inima și sufletul sistemelor de propulsie și generare a energiei pe o navă. Într-o eră marcată de densități de putere în continuă creștere și de o agendă privind emisiile tot mai strictă, importanța și provocările legate de gestionarea termică a motoarelor s-au intensificat. Răspândirea schimbătoarelor de căldură cu plăci (PHE) ca soluție optimă pentru răcirea motoarelor – datorită eficienței lor în schimbul de căldură și dimensiunii compacte, împreună cu necesitatea de a cupla precis toate proprietățile hidraulice, materiale și operaționale ale sistemului – pentru o durată de viață îmbunătățită, a devenit o practică standard.

De ce schimbătoare de căldură cu plăci pentru motoare marine?

Comparativ cu un schimbător de căldură clasic cu ţevi şi mantauă, un schimbător de căldură cu plăci transferă până la de cinci ori coeficientul de căldură datorită turbulenţei induse de plăcile ondulate. Eficienţa schimbătorului de căldură cu plăci are ca rezultat direct o dimensiune şi o masă mult mai mici, o consideraţie esenţială în cazul motoarelor marine, unde spaţiul este limitat. Datorită designului modular, plăci suplimentare pot fi instalate uşor dacă este necesar un transfer de căldură mai mare, în funcţie de sarcinile variabile ale motorului sau de cerinţele sistemului de răcire. Apropierea redusă a temperaturilor în schimbătoarele de căldură cu plăci facilitează răcirea superioară a apei din camasa motorului şi a uleiului de ungere, optimizând astfel performanţa şi durabilitatea sistemului de ardere al motorului.

Puncte cheie de integrare în circuitul de răcire

Motoarele marine au un sistem de răcire în două părți, format dintr-un circuit cu apă dulce la temperatură înaltă care răcește blocul motorului și un circuit cu apă de mare la temperatură scăzută pentru a elimina căldura transferată de la apa dulce într-un răcitor central. Schimbătoarele de căldură cu plăci pot îndeplini două roluri în acest sistem: fie ca răcitor principal al apei de carcasă a motorului, fie ca răcitor al uleiului de ungere. Ca răcitor principal al apei de carcasă a motorului, schimbătorul de căldură cu plăci (PHE) transferă căldura din circuitul cu apă dulce către apa de mare și menține temperatura apei de carcasă în intervalul de funcționare de la 75 °C până la 85 °C.

Schimbătorul de căldură cu plăci (PHE) ca răcitor al uleiului de ungere controlează temperatura uleiului de ungere la o valoare egală sau mai mică decât o temperatură specificată, pentru a menține vâscozitatea corectă.

În afară de răcirea apei din manta și a uleiului de ungere, schimbătoarele de căldură cu plăci (PHE) sunt utilizate, de asemenea, pentru răcirea aerului comprimat de turbocompresor într-un circuit similar, pentru a crește densitatea aerului care intră în motor și, astfel, pentru a îmbunătăți eficiența arderii. Fiecare dintre aceste aplicații implică presiuni, temperaturi și caracteristici de îmbâcsire diferite, care determină dimensionarea sistemului.

Considerații legate de material și proiectare pentru serviciul maritim

Din cauza mediului coroziv al apei de mare în aplicațiile marine, alegerea atentă a materialelor corecte pentru plăci este esențială. Titanul oferă cea mai bună protecție împotriva coroziunii locale induse de cloruri, a coroziunii interstițiale și a celei galvanice, care apar în mod obișnuit în fluxurile de apă de mare caldă și clorată. Oțelul inoxidabil 316L poate fi adesea specificat pe partea cu apă dulce a schimbătorului de căldură cu plăci (PHE) la un cost mult mai scăzut, oferind în același timp o rezistență bună la coroziune. Pentru fluxuri de apă dulce mai corozive sau pentru uleiuri lubrifiante, pot fi specificate aliajele 254 sau oțelul duplex, care asigură o rezistență mecanică și la coroziune superioară. Alegerea materialului pentru garnitură trebuie, de asemenea, să țină cont de factori combinați, cum ar fi variațiile de temperatură, compoziția fluidului și efectul deformării permanente sub compresie.

Materialele frecvent selectate pentru schimbătoarele de căldură cu plăci sunt nitrilul, EPDM-ul și FKM-ul (Viton), fiecare având domenii diferite de temperatură de funcționare și rezistențe diferite la anumite compuși chimici din fluide. Se subliniază faptul că căderea de presiune printr-un schimbător de căldură cu plăci trebuie limitată la aproximativ 1–2 bar pentru ambele circuite, pentru a preveni suprasolicitarea pompei sau apariția unor condiții de debit scăzut.

Hidraulica sistemului și cele mai bune practici de instalare

Utilizarea corectă a pachetului de plăci ale unui schimbător de căldură cu plăci implică mai mult decât pare la prima vedere. Hidraulica și proiectarea sistemului au implicații semnificative asupra funcționării corespunzătoare a schimbătorului de căldură. Proiectarea trebuie să vizeze reducerea lungimii conductelor și să asigure acces ușor la ansamblul de plăci pentru întreținere. Orientarea și poziționarea optimă a schimbătorului de căldură cu plăci trebuie să minimizeze lungimea conductelor și să permită acces ușor pentru curățarea ansamblului de plăci, deoarece un schimbător de căldură cu plăci trebuie golit pentru a permite retragerea ansamblului.

Practica standard impune poziționarea verticală a schimbătorului de căldură cu plăci (PHE) pentru a permite drenarea corespunzătoare a fiecărui circuit și evacuarea aerului închis. Sistemul de filtrare trebuie inclus în ambele fluxuri de fluid, înainte de intrarea în PHE, pentru a proteja plăcile și sistemul de etanșare împotriva contaminanților și a deteriorării. Temperaturile și presiunile trebuie monitorizate în ambele circuite, folosind manometre și termometre amplasate corespunzător, iar expansiunea termică a ambelor circuite de fluid trebuie luată în considerare prin utilizarea buclelor de expansiune sau a racordurilor flexibile pentru a preveni solicitarea excesivă a șuruburilor de fixare ale PHE. Pentru navele echipate cu mai multe motoare și cu schimbătoarele de căldură cu plăci asociate, trebuie prevăzute robinete care să permită izolarea și întreținerea unui singur PHE fără a opri funcționarea navei.

Monitorizarea performanței și integrarea întreținerii

Integrarea sistemului unui schimbător de căldură cu plăci (PHE) nu este o operațiune de tip „instalează și uită”, ci necesită monitorizarea parametrilor de funcționare ai PHE pentru a asigura performanța acestuia la eficiența proiectată. Indicatorii care ridică îngrijorări sunt abateri semnificative față de valorile dorite ale temperaturii fluidului la ieșire, creșterea căderii de presiune pe oricare dintre circuite și monitorizarea debitului de apă de mare care pătrunde în circuitul de apă dulce. Dacă se constată o degradare a performanței, curățarea chimică a PHE va restabili eficiența inițială de transfer termic în cazul îmbâcsirii organice, iar spălarea la presiune înaltă și temperatură ridicată poate fi utilizată pentru eliminarea depozitelor de calcar. Prin includerea unui program de întreținere rutinieră, executat în același timp cu perioadele de întreținere a motorului, se poate reduce numărul de opriri neplanificate și se poate mări durata de funcționare eficientă a plăcilor și a garniturilor.

Concluzie

Alegerea integrării schimbătorilor de căldură cu plăci în motoarele marine oferă condiții optime, asigurând cel mai ridicat grad de transfer termic în cele mai mici spații, permițând în același timp un nivel extraordinar de flexibilitate în ceea ce privește capacitatea. Grupul SME este implicat activ în ingineria marină de peste douăzeci de ani și beneficiază de asigurarea unui sistem de calitate certificat ISO pentru întreaga gamă de sisteme de răcire, garantând o gestionare riguroasă, chiar și în cazul modernizărilor (Retrofits). În plus, o unitate de 5.000 m², dotată cu o sută de ingineri și tehnicieni, îi permite SME să finalizeze toate proiectele dvs. marine sub deviza «Beyond Concern», ajutându-vă și deservind aproximativ o mie de nave anual cu sisteme și piese de schimb originale. Grupul SME este partenerul ideal pentru optimizarea atât a performanței, cât și a duratei de viață a sistemelor de răcire ale motoarelor marine; nu ezitați să ne contactați pentru a discuta detaliile următoarelor proiecte, astfel încât să vă putem oferi o ofertă pentru un Sistem de Răcire Marin.