Het koelwatersysteem van een schip uitgelegd

Hoe is het koelwatersysteem van een schip opgebouwd?

Het koelwatersysteem van een schip bestaat uit een gesloten zoetwatercircuit dat de warmte bij de motor ophaalt en een zeewaterzijde die de warmte aan het buitenwater afgeeft. Daartussen zit een warmtewisselaar, de centrale koeler, die de twee media scheidt. Pompen houden het zoetwater in beweging, thermostaten regelen de temperatuur en een expansietank vangt volumeverschillen op. Het zeewater wordt óf door een zeewaterpomp door een platenkoeler gestuurd, óf stroomt vrij langs een box cooler in de scheepshuid.

Elke motor aan boord heeft zijn eigen warmtebronnen: de cilinderwanden en cilinderkoppen, de smeerolie, de inlaatlucht na de turbo en soms de brandstof. Die bronnen hebben verschillende temperaturen nodig. Daarom is het zoetwatercircuit meestal opgedeeld in een hoogtemperatuur- en een laagtemperatuurcircuit. Dit artikel maakt deel uit van het thema maritiem in de kennisbank.

Zoetwaterzijde en zeewaterzijde: twee gescheiden werelden

De zoetwaterzijde is een gesloten circuit met behandeld water: gedemineraliseerd of zacht water met een corrosie-inhibitor, soms met glycol tegen bevriezing. Dat water komt nooit in aanraking met de buitenwereld. Het stroomt door de motor, de oliekoeler, de charge air cooler en de centrale koeler, en keert dan terug. Omdat de samenstelling beheerst is, blijft corrosie aan deze zijde beperkt, zolang de inhibitor op peil is en er geen lucht of olie in het circuit komt.

De zeewaterzijde is open. Zeewater, brak water of rivierwater stroomt vanuit de buitenwereld langs of door de koeler en weer naar buiten. De samenstelling varieert per vaargebied en per seizoen: zoutgehalte, temperatuur, slib, zuurstof en organismen. Alles wat aan deze zijde zit, moet daartegen bestand zijn. Hier ontstaan dan ook de meeste problemen met corrosie door koelwater en zeewater en met biologische aangroei.

Hoogtemperatuur- en laagtemperatuurcircuit

Het hoogtemperatuurcircuit (HT) koelt de motor zelf: cilindervoeringen, cilinderkoppen en bij grotere motoren de uitlaatkleppen. Het water circuleert op een relatief hoge, constante temperatuur, omdat een motor het beste werkt als hij warm is. De thermostaat houdt die temperatuur vast door een deel van het water langs de centrale koeler te leiden en de rest direct terug te sturen.

Het laagtemperatuurcircuit (LT) werkt koeler en koelt alles wat lager in temperatuur moet zijn: de smeerolie, de inlaatlucht in de charge air cooler, de tandwielkast, hydrauliek en vaak ook het HT-circuit zelf via een tussenkoeler. Het LT-circuit is de schakel naar de zeewaterzijde: hier zit de centrale koeler of de box cooler die de warmte van het hele schip aan het buitenwater afgeeft. Een vervuilde of gecorrodeerde koeler in het LT-circuit heeft dus gevolgen voor alle aangesloten systemen.

Box coolers, platenkoelers en charge air coolers in het systeem

De koelers zijn de kritieke onderdelen van het systeem: ze scheiden de media en moeten tegelijk goed warmte geleiden. De tabel geeft de meest voorkomende typen en hun plek.

De keuze tussen een box cooler en een platenkoeler met zeewaterpomp bepaalt hoe ver zeewater het schip binnenkomt. Bij een box cooler blijft het buitenwater in de beun; bij een platenkoeler stroomt het door pomp, filters en leidingen in de machinekamer. Het artikel over de box cooler zet de twee naast elkaar. Een overzicht van de typen vind je bij typen warmtewisselaars.

Waar slaan corrosie en vervuiling toe?

Corrosie en vervuiling slaan toe waar verschillende metalen, zuurstofrijk zout water en stilstaand water samenkomen. Dat is bijna altijd aan de zeewaterzijde. De bekendste plekken:

• De pijpenbundel van een box cooler. Koperlegering of roestvast staal in zout water, naast een stalen huid en pijpenplaat: een galvanisch element met aangroei als extra.
• Pijpenplaten en waterkasten. De overgang tussen buis en plaat, vaak van verschillende metalen, met spleten waar water stilstaat.
• Zeewaterleidingen en pipespools. Erosie-corrosie in bochten en achter kleppen, waar het water snel en turbulent stroomt, en aanslag in dode stukken.
• Platen en pakkingen van platenkoelers. Spleetcorrosie onder pakkingen en verstopping van de smalle kanalen.
• Charge air coolers. Aan de luchtzijde zout en vochtig condensaat uit de inlaatlucht dat de lamellen aantast, aan de waterzijde kalk en slib.

Aan de zoetwaterzijde gaat het vaker mis door nalatigheid dan door het medium zelf: een verlopen inhibitor, lucht in het circuit, olie uit een lekkende oliekoeler of kalkaanslag door bijvullen met leidingwater. Vervuiling werkt daar net zo isolerend als aan de zeewaterzijde.

De rol van coatings in het koelwatersysteem

Een coating scheidt het metaal van het water en lost daarmee corrosie, galvanische werking en een deel van de vervuiling in één keer op. Voorwaarde is dat de laag dun en warmtegeleidend is, anders betaal je met koelcapaciteit. Phenol-epoxy inbrandcoatings worden in dunne lagen opgebouwd en in de oven uitgehard tot één homogene, glasachtige laag die elektrisch isoleert, chemisch resistent is en een glad, vuilafstotend oppervlak geeft. Novocoatings past die coatings toe op box coolers, shell and tube koelers, charge air coolers, platenkoelers, lamellenkoelers en op de binnenzijde van pipespools en koelwaterbuizen.

Welke coating waar past, hangt af van de plek in het systeem. De bundel van een box cooler vraagt bescherming tegen zeewater, brak water en galvanische corrosie; een charge air cooler tegen zoute en corrosieve dampen aan de luchtzijde; een koelwaterbuis tegen erosie en chemische belasting aan de binnenzijde. Zie de pagina's over het coaten van box coolers, lamellen- en luchtkoelers en pipespools en koelwaterbuizen.

Wat betekent dit voor jouw installatie?

Kijk naar het koelwatersysteem als één keten: de zwakste koeler bepaalt de koelcapaciteit van het schip. Breng in kaart welke koelers aan de zeewaterzijde zitten, van welk materiaal ze zijn en hoe lang het schip stilligt in welk water. Daar zit het grootste risico op corrosie en aangroei, en daar levert een coating het meeste op. Bewaak de temperaturen in HT- en LT-circuit en vergelijk ze met de buitenwatertemperatuur; een stijgende trend verraadt een vervuilde koeler lang voordat een alarm afgaat. Voor nieuwe koelers kies je een coating vóór inbouw; voor gebruikte koelers met aanslag of corrosie is het refit programma de route terug naar de oorspronkelijke prestaties.