彭 陳

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211170)

船舶冷庫制冷系統(tǒng)冰塞故障分析、處理及預(yù)防*

彭 陳

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211170)

船舶;冷庫制冷系統(tǒng);冰塞;預(yù)防

分析了船舶冷庫制冷系統(tǒng)常見故障之一——冰塞產(chǎn)生的機理及部位、冰塞的危害及診斷,對船舶冷庫系統(tǒng)中冰塞常易發(fā)生的部位提出了自己的處理方法,并從管理上提出了一旦出現(xiàn)冰塞故障后的應(yīng)急處理措施。

0 引 言

冰塞是船舶冷庫制冷系統(tǒng)常見故障之一。在實際工作中,當冷庫出現(xiàn)制冷效果下降,冷庫溫度降不下來,壓縮機頻繁停車等現(xiàn)象時,都會考慮系統(tǒng)冰塞的可能性。對于單純的冰塞,比較容易分析升高處理;對于多種故障造成的冰塞,往往會被現(xiàn)象所迷惑,如冷庫內(nèi)膨脹閥后有結(jié)霜現(xiàn)象但蒸發(fā)器上卻沒有,這樣很難找出問題的癥結(jié)。如果判斷錯誤,將浪費大量時間和精力,也影響到冷藏食品的質(zhì)量,甚至于影響船員正常生活及船舶的持續(xù)安全航行。因此必須搞清楚冰塞產(chǎn)生的機理、產(chǎn)生的部位、處理方法及預(yù)防措施,使輪機管理人員能快速正確地處理冰塞故障。

1 冰塞產(chǎn)生的機理及產(chǎn)生的部位

現(xiàn)有船舶冷庫大都采用氟里昂為制冷劑,其中以R22為多見,而制冷劑中又不可避免地含有水分。冷劑所帶的水分呈兩種狀態(tài):一種是游離態(tài)水,一種是溶于冷劑中的水。后者一般不會結(jié)冰,而游離態(tài)水會在溫度低于冰點的部位結(jié)冰。若結(jié)冰固著并積聚于系統(tǒng)中某處,便會阻礙冷劑流過,使系統(tǒng)不能正常制冷。氟里昂制冷劑的特點是都具有一定的溶水能力,而且其溶水能力與溫度和相態(tài)有關(guān)。水在氟里昂制冷劑中的溶解度隨著溫度降低而大大減少。例如,R22在30℃時的溶解度為1 400mg/kg;-30℃時,液態(tài)R22溶解度為180 mg/kg;而R22氣態(tài)溶解度僅為60mg/kg。-10℃時,液態(tài)R22溶水量約450mg/kg;氣態(tài)R22溶水量約170 mg/kg。因此,即使在常溫下不含游離水的冷劑,當其運行到低溫管系時,其含水量仍可能超過該溫度下的飽和值而析出游離水,從而導(dǎo)致冰塞。

制冷系統(tǒng)含有少量水分,會溶解在冷劑中循環(huán),不會產(chǎn)生冰塞現(xiàn)象。只有當系統(tǒng)不正常地進入較多水分,且這些水分超過了制冷系統(tǒng)低溫部分冷劑的溶解能力而析出成為游離態(tài)的水,這些游離態(tài)的水因溫度低于0℃而形成細小冰晶。在適當?shù)奈恢?這些細小的冰晶會逐漸長大而形成冰核,最終形成冰塞。一般要求R 22的含水量小于60 mg/kg～80mg/kg,也就是說,在制冷要求范圍內(nèi),不會有結(jié)冰現(xiàn)象發(fā)生。

以R22為例,在標準工況下,R22在30℃時的溶解度為1 400mg/kg,在-15℃時為300 mg/kg。因此在冷凝溫度下溶解度處于飽和狀態(tài),經(jīng)節(jié)流降壓后將有1 100 mg/kg的水分析出,成為游離態(tài)的水。正常工作狀態(tài)系統(tǒng)高壓部分一般很難使水的溶解度達到飽和狀態(tài),也就是高壓部分很難出現(xiàn)游離態(tài)的水。即使有水分超過冷凝溫度對應(yīng)下的溶水能力,由于氟里昂的密度是水的1.2～1.3倍,游離態(tài)的水會浮在冷凝器上部,不會隨制冷劑重返低溫部分。而溶有水分的高壓液態(tài)冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓,在短時間內(nèi)溫度迅速下降,同時冷劑狀態(tài)由液態(tài)變成濕蒸汽。一方面水在液態(tài)冷劑中的溶解度隨溫度降低而大大減少;另一方面氣態(tài)R22的飽和含水量比液態(tài)低,此時在低壓部分就有可能有游離態(tài)的水析出,從而迅速凍結(jié)成細小冰晶,使冰塞故障的產(chǎn)生具備了可能。另外由于系統(tǒng)長期運轉(zhuǎn)及震動等,從而造成一些部件的磨損和泄露,若系統(tǒng)一旦泄露,則會直接引起兩種后果。第一,氣態(tài)冷劑漏出系統(tǒng),因氣態(tài)R22的飽和含水量比液體小得多,隨著氣態(tài)冷劑的泄漏,系統(tǒng)中的含水濃度將越來越高;第二,低壓管路上的泄露可能導(dǎo)致空氣或水分直接進入系統(tǒng),以致造成冰塞、滑油氧化、乳化,對機件的磨損加劇,系統(tǒng)臟污,導(dǎo)致了冷劑中水分含量大大增加。不論氣態(tài)冷劑的漏出,還是空氣水分的漏入都將導(dǎo)致冰塞的發(fā)生。

冰塞的形成除具備游離態(tài)的水溫度低于冰點0℃這一條件外,還應(yīng)具備以下條件方能形成冰塞:①結(jié)成的細小冰晶能牢固地附在某處,并逐漸長大;②形成節(jié)流后的冰核不易被冷劑沖散。

分析整個系統(tǒng)并結(jié)合實踐,會發(fā)現(xiàn)冰塞往往在庫溫較低、膨脹閥開度較小時開始形成,此時進入蒸發(fā)器的冷劑流量小,管內(nèi)流速也相對低,在這種情況下,若冷劑中有水分在低溫管路內(nèi)析出成細小冰晶,這些冰晶就容易附著在某一處,后續(xù)流過冷劑中析出的水分便會以這種已固著的小冰晶為晶核,不斷積累。于是,冰晶逐漸長大和蔓延,直至冰塞整個流道。由于冰晶最易附著于流道形狀復(fù)雜、表面粗糙、冷劑流速慢的部位,故冰塞常見于膨脹閥內(nèi)濾網(wǎng)及膨脹閥到蒸發(fā)器前的管路中,偶而也出現(xiàn)于背壓閥前濾網(wǎng)及截止閥上。

冰塞癥狀首先從肉庫中表現(xiàn)出來,隨著故障加重,菜庫也開始冰塞,而且冰塞并不是發(fā)生在膨脹閥處,而是發(fā)生在膨脹閥后到蒸發(fā)器前這段管路內(nèi)。此外,盤管式蒸發(fā)器盤管彎頭及變徑處也是冰塞的高發(fā)位置。原因在于盤管式蒸發(fā)器為增大蒸發(fā)面積,管徑較粗,往往是膨脹閥到蒸發(fā)器管路間管路直徑的幾倍。冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器后,流速明顯變慢,析出的冰晶易在彎頭及變徑處被截留,不會被冷劑輕易沖掉,從而逐漸長大形成冰塞。

2 冰塞的危害及診斷

冰塞現(xiàn)象發(fā)生后,會使船舶制冷系統(tǒng)中進入蒸發(fā)器的冷劑流量減少,從而使蒸發(fā)器的過熱度增加,制冷效果下降;整個系統(tǒng)的制冷劑循環(huán)量和蒸發(fā)量將減少,壓縮機的產(chǎn)冷量下降,庫溫下降緩慢。如果“冰塞”嚴重或沒有及時消除,將引起貨物的變質(zhì),特別是對剛進庫的貨。

冰塞現(xiàn)象嚴重時,會使壓縮機吸入壓力下降過大而停止工作。系統(tǒng)停止工作后,一部分冰將融化,冷劑沿余隙進入蒸發(fā)器,使吸入壓力回升而啟動。壓縮機啟動后,隨著冷劑的循環(huán),系統(tǒng)中水分在節(jié)流降壓處重新凝結(jié)成冰而形成冰塞,周而復(fù)始形成惡性循環(huán),使壓縮機啟停頻繁,系統(tǒng)無法正常工作,并嚴重影響壓縮機的使用壽命。

因此當冰塞現(xiàn)象發(fā)生時,必須盡快處理,以免影響船員的正常生活。必須指出,冰塞、膨脹閥臟堵及盤管式蒸發(fā)器油堵具有類似的故障現(xiàn)象,都會使附近管路不結(jié)霜,但是冰塞時用毛巾熱敷后,冰塞點以后的管路會短時間結(jié)霜,而臟堵或油堵用毛巾熱敷后則無明顯變化。

3 冰塞部位的查找

發(fā)生“冰塞”后,為了及時地消除“冰塞”現(xiàn)象,必須能準確地發(fā)現(xiàn)“冰塞”部位,以便進行消除。一般有以下幾種方法:

(1)分析法:膨脹閥與蒸發(fā)器的連接管小于蒸發(fā)器管子,有的有多處彎管,故連接管子及膨脹閥出口部位最易“冰塞”;

(2)經(jīng)驗法:一般堵塞部位前管子外面附有一層薄霜,而后面層融化,同時膨脹閥出口處可觀察到結(jié)霜程度,如出口霜層變?yōu)闈袼⒅饾u融化,則可初步判斷為冰塞;

(3)試驗法:在經(jīng)驗法的基礎(chǔ)上,可將該段管子前后的截止閥門關(guān)閉,徹底清除其間管子外部的附著物;結(jié)束后,迅速開啟所關(guān)閉的閥門。若一段管子有霜層,而另一段管子無霜層,則該臨界處即為堵塞點或“冰塞”點。

4 冰塞的正確處理方法

發(fā)生“冰塞”時,必須及時、準確地予以消除,以免因“冰塞”而引起一系列危害。這樣既給自己的工作帶來便利,又能大大提高效率和經(jīng)濟性?，F(xiàn)一般有以下幾種消除方法:

(1)拆下冰塞元件除冰;

(2)化冰后用干燥劑吸水;

(3)用解凍劑消除;

(4)回收系統(tǒng)冷劑到鋼瓶,再用干燥空氣吹系統(tǒng)。

在實際工作中要注意正確區(qū)別不同情況,從而采取相應(yīng)的處理方法。如對于膨脹閥處的冰塞宜采用拆洗法。發(fā)生冰塞故障后,拆下膨脹閥內(nèi)的濾器進行清洗,之后用干燥的壓縮空氣吹干,在膨脹閥濾器清洗裝復(fù)后,可將干燥器投入系統(tǒng)運行以進一步吸收殘余水分。

以上幾種方法操作前應(yīng)先調(diào)換干燥劑,以免“冰塞”消除后再發(fā)生“冰塞”。

5 冰塞的預(yù)防

冰塞故障的處理是非常煩瑣耗時的工作,因此,在船舶冷庫的日常管理中重在防止冰塞現(xiàn)象的產(chǎn)生,也即防止水分進入制冷系統(tǒng)。氟利昂冷劑在生產(chǎn)過程中含有水分的可能性極小,系統(tǒng)進入水分形成冰塞的途徑主要來源于兩個方面:一是檢修時空氣進入。船舶機艙溫度在45℃左右,屬于一個高溫高濕的環(huán)境,空氣的含濕量較大,空氣進入系統(tǒng)后就會在溫度相對較低的管路及元件內(nèi)壁上凝結(jié),系統(tǒng)檢修完后抽空時,凝結(jié)的水分很難在短時間內(nèi)被抽出,隨著檢修次數(shù)的增加,系統(tǒng)進入水分的量也會增加。系統(tǒng)進入水分的另一途徑為補充冷劑時,由于操作不當可能使水分進入系統(tǒng)。

具體在管理中應(yīng)注意以下幾點:

(1)針對系統(tǒng)檢修時易進入水分的特點,在日常的維護中,如更換干燥器內(nèi)的干燥劑、換滑油、清洗濾器,檢修熱力膨脹閥和壓縮機等,應(yīng)正確操作,減少空氣進入的量。在船舶制冷裝置中,這些部件的前后都裝有截止閥,在停機拆除這些部件前,必須關(guān)閉這些截止閥,同時應(yīng)先關(guān)進口閥,后關(guān)出口閥。拆檢完畢裝復(fù)這些部件時,應(yīng)先慢慢打開進口閥以驅(qū)趕管系中的空氣,裝復(fù)后再打開出口閥。檢修完畢后應(yīng)檢漏除漏,裝置運行時,應(yīng)使干燥器投入運行,以吸收殘余水分,運行一段時間后再使干燥器旁通;

(2)系統(tǒng)拆過的部位一定要檢漏除漏,對易漏泄的部位最好定期檢查;

(3)當船舶在大風浪中航行時,為避免貯液鋼瓶中懸浮水分和冷劑因船舶搖晃而混合均勻,應(yīng)盡量避免此時給系統(tǒng)補充冷劑;

(4)在正常情況下補充冷劑時,應(yīng)遵循正確的操作步驟。貯液鋼瓶應(yīng)向下傾斜放置,絕對禁止將貯液鋼瓶倒置;連接系統(tǒng)充劑閥和貯液鋼瓶出口閥時,應(yīng)注意驅(qū)除連接軟管中的空氣;在充劑過程中應(yīng)使干燥器投入運行;

(5)在充注新制冷劑前,應(yīng)對管路系統(tǒng)徹底抽真空,以使系統(tǒng)中的水汽排凈;

(6)盡量選用合格的常用廠家的制冷劑。選擇質(zhì)量較好的冷劑。補充劑一定要經(jīng)過干燥劑,充前先換一次干燥劑,充入質(zhì)量差的冷劑后,最好隔幾天后再換干燥劑;

(7)充加質(zhì)量難保證的冷劑時,可以用壓縮機抽吸氣態(tài)冷劑,這樣做可防止充入游離態(tài)水,而且R22氣態(tài)飽和含水量還比液態(tài)低,可少帶入水分;

(8)對于一些老齡船舶,由于機械的磨損,管系的老化,系統(tǒng)的密封性相對較差,外部空氣易進入系統(tǒng)而造成冰塞現(xiàn)象的發(fā)生,因此應(yīng)用鹵素燈對易漏部位經(jīng)常檢查密封性,發(fā)現(xiàn)漏泄及時解決;

(9)對于有些老齡船舶,干燥器在系統(tǒng)正常運行時是投入工作的,因此應(yīng)經(jīng)常檢查干燥器內(nèi)的干燥劑,如失效則應(yīng)及時更新;

(10)盡量避免造成系統(tǒng)真空,低壓繼電器STOP值應(yīng)大于0;

(11)對軸封、安全閥等部位要定期檢查;

(12)對備用滑油應(yīng)密封保存,儲存在干燥艙室;

(13)增設(shè)液管潮汽指示器,對制冷劑中的水分進行監(jiān)控。

6 結(jié) 語

冰塞現(xiàn)象已成為船舶冷庫制冷系統(tǒng)不容忽視的問題,系統(tǒng)發(fā)生冰塞現(xiàn)象后,應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生的機理及可能產(chǎn)生的部位,正確快速地作出診斷,以免延誤時間,影響船員生活及船舶的正常續(xù)航。

[1] 費千.船舶輔機[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1998.

[2] 郭慶堂.實用制冷工程設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑出版社,1994.

The Analysis,Disposal and Prevention for Ice Jams in the Cold Storage Refrigeration System of ships

Peng Chen

ship;cold storage refrigeration system;ice jam;prevention

This paper analyzes the generation mechanisms and locations,and the hazards and diagnoses of ice jams,which is the common fault in the cold storage refrigeration system of ships,and puts forward the approaches to deal with the accident-prone ice jams parts.It also presents some emergent methods in the event that ice jams occurs from management aspects.

U 664.8

A

1001-9855(2010)06-0033-03

2010-06-10

彭 陳(1983-),男,漢族,黑龍江人,在讀碩士研究生,教師,甲類三管輪。主要從事輪機工程研究工作。