船舶制冷系统故障案例分析.pdf

20天津航海2023年第3期船舶制冷系统故障案例分析任国柱（天津理工大学海运学院天津30 0 38 2）摘要：船舶制冷系统可为船员提供良好的船舱环境，并保障食品的质量。但在实际运行中，由于各种原因，船舶制冷系统可能会出现故障和异常情况。文章结合实际案例分析故障现象，查找出了故障原因并制定出相应的解决方案，为船舶制冷系统的安全运行提出了预防措施和日常管理建议。关键词：船舶制冷系统故障分析处理管理建议在某集装箱船有制冷装置的鱼肉库内，该库温0引言船舶制冷是一个复杂的热力系统，具有多变量、多状态、参数变化大、易被干扰、强耦合、强时变和时滞长等特点。多采用蒸汽压缩式制冷的方法，主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成。制冷剂在各部件中呈现不同的状态。船舶制冷工作原理，如图1所示。过冷液体冷凝器饱和蒸汽饱和液体冷凝器放出的热量PcC膨胀阀压力XPe图1蒸汽压缩式制冷工作原理示意图压缩机是制冷装置的动力源，将机械能转化为压力能传递给制冷工质，使之能够连续不断地在制冷系统中进行循环工作。其工作性能的好坏直接决定了制冷装置的制冷剂流量、工作效率和制冷量。收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0作者简介：任国柱（19 8 2-），男，天津市人，甲类轮机长，现从事船舶轮机专业教学工作。压缩机将制冷剂从蒸发器里抽出，维持蒸发器中稳定低压，同时将气态制冷剂压缩成高温高压过热蒸汽送入冷凝器；在冷凝器中，用外海水对高温、高压过热蒸汽进行冷却，使气态制冷剂放热重新液化；高压低温过冷液态冷剂经膨胀阀节流变为低温低压湿蒸汽，再送入蒸发器；在蒸发器中较低的压力下吸热气化，从冷库中吸取热量，使冷库温度降低。低温低压蒸汽再被压缩机抽出，实现循环制冷。过热蒸汽由于船舶制冷系统具有复杂性、多样性和耐久性等特点，故障的发生和处理一直是制冷技术研究的热点。在制冷系统的管理过程中，主要考虑压缩机、膨胀阀及热负荷间的匹配关系以及各元件的工作情况，可将制冷装置的故障分为制冷装置部件的机械故障及制冷装置热力膨胀阀与热负荷之间的匹配不当。以下结合实例对某轮制冷装置的故障进行分析，介绍判断制冷装置故障原因与处理的方法。D1故障案例和故障分析蒸发器过热蒸汽饱和蒸汽饱和液体制冷量焰（kJ/kg)一2 0 一15，菜库库温+2+6，正常制冷过程约2 h，菜库约1h，保温时间约为12 h，所压缩机用制冷剂为R22。制冷系统，如图2 所示。压缩功开航后几天，主管轮机员发现使用的二号压缩机持续运转不停机，肉库温度降不下来。更换一号压缩机使用，肉库温度最低为-15；单独肉库制冷时，LP0.04MPa，H P 1.43BM P a；肉库菜库同时制冷时，LP0.150.2 M P a，H P 1.5M P a。在船舶制冷系统中，伙食冰机一般不设能量调节机构，每天工作16 2 0 h即可维持要求冷库温度。压缩机长时间运行却无法确保冷库温度下降到标定温度，其根本原因在于制冷装置制冷量不足或冷库的热负荷过大。船舶制冷系统故障案例分析任国柱21L-DPYCY1.25BYSHIPYARDVEGETABLEUCLOBBY8MEAT&FISHUCL-MPYC7BYSHIPYARD512节P?P6CPBPB12B(40A)1Y28(40A)127N图2 制冷系统示意图1.1制冷量不足1.1.1供液不足供液不足使吸入压力一直偏低，即进入蒸发器的制冷剂流量较少，蒸发器中制冷剂气体产生的速度也慢。吸气热度过高，低温库蒸发器后部霜层融化，吸气温度升高。1）制冷剂不足。这意味着过热蒸汽量大，相当于蒸发器面积未充分利用或蒸发器偏小，系统不匹配，降温困难无法正常工作。系统运行时观察贮液器的液位镜，液位不足13，应该补充制冷剂。制冷剂不足时，在液管上液位指示镜可见到液流中夹有大量气泡；2）液管及管上附件发生冰塞。制冷系统中氟利昂含水较多时，若节流降压后温度降到0 以下，水的溶解度显著降低，即会析出而结冰，在流道狭窄处形成“冰塞”。膨胀阀、滤器脏堵、阀开度不足以及较细管路中都会因节流而导致冰塞。当冰塞尚未完全堵死通道时，蒸发器的制冷剂流量减少，出口过热度增加，降低制冷效果。冰塞处流道狭窄产生节流降压，其后面管道必然结霜。冰塞应以预防为主，及时更换失效的干燥剂。拆修元件和日常操作时，要防止湿气和水分进入系统。应注意，要经常放残和释放不凝性气体；3）液管及附件发生脏堵。制冷装置经长期工作，由于设备运行部件的相互摩擦、滑油的氧化分解等作用，生成酸性物质、固体杂质、金属颗粒或其他杂质污物，引起系统管路出现局部的脏堵，造成制冷剂流量不足、吸入压力降低、吸气过热度增加和压缩机长时运转等现象。注意检查相关运动部件的工作状况，定期拆卸并清洗干燥器和油滤器，以确保系统管路畅通无阻。制冷装置滑油凝点太高或油滤器长期使用后22都会出现油脏堵，使回油困难造成油压损失过大，导致压缩机油压力难以建立，故障现象与冰塞类似。定期检查滑油质量，发现变质及时更换，防止滑油氧化变质产生油垢而堵塞系统；4）某些阀门未开足，冷凝压力过低，冷却水的流量过大或温度过低。膨胀阀安装不当、调节过紧或温包充剂漏失；系统中的润滑油过多。系统中的润滑油过多导致流经膨胀阀的制冷剂流量减少或者使蒸发器管路局部堵塞。蒸发器和吸入管结霜可能不均，吸入压力低而有波动，有时突然回油过多，可能造成液击。在实际工作中，首先需要判断是由于何种因素引起的制冷量不足，将膨胀阀前的截止阀关闭，手动开启旁通调节阀，如果压缩机运转时间过长的现象消除，则可判断出该故障是由膨胀阀开度过小所引起的，这样可以针对膨胀阀是否发生脏堵、冰塞或其他杂物造成的开度不足进行故障排除。若是由于制冷剂不足引发的压缩机运转时间过长可通过补充制冷剂即可排除，在添加制冷剂时要注意防止空气进入系统。1.1.2吸入压力偏低蒸发器换热能力差，使吸入压力一直偏低的原因，主要有蒸发器结霜过厚；通风机叶轮装反、反转、停转或转速下降；蒸发压力调节阀调得太紧，使蒸发温度过高；蒸发器设计制冷量不足或部分并联蒸发器被停用。1.1.3吸入压力较高压缩机排气量减小，造成吸入压力一直较高，属于机械原因，除压缩机转速下降外，还有其他四种原因。1）内部漏泄。吸、排气门和活塞环密封差或润滑油分离器回油阀、气缸缸头垫片、安全阀等泄漏严重。这时可以慢慢关小直至全关吸入截止阀，使低压继电器达到下限而停车，如果吸入压力迅速回升，则内部漏泄严重；2）排出压力超过正常值。压缩机背压高，输气系数减少，制冷量和制冷系数降低，排气和滑油温度升高。可能是排气截止阀没开足或冷凝器冷凝能力不足、系统中空气太多，使冷剂流经热力膨胀阀后的干度X值增加，也使节流过程中冷剂的汽化比例增加，而使单位制冷量下降；3）压缩机卸载机构有故障，部分气缸不能加载工作。未加载工作的缸，用手摸其缸盖，温度较低，用金属棒贴紧缸盖听到的声音也比较轻；天津航海2 0 2 3年第3期4）气缸余隙太大。缸头垫片不适当地被加厚或活塞付因轴承磨损而下沉。可以通过在活塞顶部做“压铅丝试验”判断。1.2冷库的热负荷过大库门密封条损坏、关不严或泄水管道漏气会引起内部与外界产生热交换，使进入冷库的热量异常增加。此类故障应加强日常维护管理工作，多注意库门密封条的使用状况，必要时及时更换。冷库的隔热结构损坏、经过长时间使用保温隔热材料出现变质或者受淡、海水侵蚀而受潮，以及选择的保温隔热材料种类不当。削弱冷库的隔热性能，使渗入冷库的热量异常增加。此类故障应注意保温隔热材料的隔热性能，及时进行干燥处理，必要时更换。冷库进货量过多，导致冷库内热负荷增加。此类故障需要明确对冷库的制冷量和热负荷，根据冷库的货物数量，适当地提高冷库温度设定值，并在制冷装置稳定运行后再调整为正常值。1.3控制元件失灵船舶制冷装置控制元件有低压继电器、温度继电器及供液电磁阀。正常情况下，当冷库温度下降到设定值时，各供液电磁阀将同时关闭，压缩机的吸入压力随之下降，低压继电器动作使压缩机停车。一旦控制元件出现故障，如个别电磁阀关闭不严或继电器失灵，即使冷库温度降到设定值，制冷压缩机也会因为控制元件无动作而始终无法正常停车，就会导致压缩机运转不停。此时，应检查温度继电器和低压继电器的设定值是否在设定范围内，如果不在设定范围内则调节至使用说明书上规定的数值；检查温度继电器和低压继电器工作是否正常，若有异常进行维修，如果损坏严重进行更换；检查供液电磁阀的阀芯与阀座是否过度磨损或者堵塞，造成电磁阀关闭不严。若存在，应该对电磁阀进行清洗，必要时可以更换电磁阀的阀芯和阀座。2故障处理针对该故障，要对船舶制冷系统进行了全面检查。首先，因为肉库库温达不到调定温度，肉库蒸发器表面结霜较为严重，制冷量下降，可初步判断为系统制冷不足、制冷效果不良，有冰塞或脏堵；其次，将2 个库分开进行单独制冷后，发现菜库单独制冷时情况正常，而肉库也没有出现压缩机频繁启停的现象，说明肉库并没有产生冰塞或膨胀阀脏堵等情况（也就是说明进入蒸发器的制冷剂流量正常）。船舶制冷系统故障案例分析任国柱压缩机运转不停还可能是继电器故障造成库温达不到调定温度，经检查继电器状况正常。因此，造成压缩机运转不停的原因应是吸入压力偏高，没有达到低压继电器的下限值。吸入压力偏高的原因为装置热负荷太大或压缩机排气量减小；装置制冷量不足，即热力膨胀阀与蒸发器匹配不良。检查冷库的隔热与防潮性能，情况正常。冷凝器功能正常，冷却水温的流量正常。经过初步排除机械故障和电气故障后，观察到二号压缩机曲轴箱滑油及滤器脏污，压缩机缸头温度偏高的现象。拆检压缩机发现阀盘及排出截止阀里面有积碳，清洁装复后试运转，压缩机汽缸冷却膨胀阀2 0 不能正常工作。经查，二号压缩机汽缸冷却膨胀阀TX12-0.2毛细管破损，导致压缩机缸体冷却丧失而过热，进而使滑油高温结碳，造成阀盘脏污，阀片卡阻，导致制冷系统脏污，无法正常工作，致使制冷效果不良，压缩机运转不停。为了彻底解决故障，采取了三项措施，更换二号压缩机汽缸冷却膨胀阀；检查滑油系统，清洁滤器、油分离器3和气液分离器2 2，清通相关管路，换新滑油；对整个制冷系统管路清通，用氮气清洗系统中的杂质和氧化物；最后，用真空泵抽空系统，排出空气。经过以上处理方法，船舶制冷系统的故障得到了解决。制冷系统中的制冷剂充足，压缩机的缸体温度也恢复正常，滑油状况良好，同时制冷效果得到了提升。船舶上的冷藏库和冷冻库的温度也恢复正常，保证了冷库食物的质量。3管理建议1）定期检查。必须定期检查船舶制冷系统，以确保其正常运行并及时发现问题。建议每周进行一次检查，并在航行之前进行更全面的检查。每日做好制冷系统的运行记录，及时发现和处理可能存在的问题；2）清洁保养。制冷系统中的过滤器会阻塞灰尘、污垢等杂质，应定期清洗或更换，以确保制冷系统的正常工作；定期清洗制冷系统的冷凝器和蒸发器，防止杂质和氧化物的堆积。检查制冷系统的通风情况，保证冷凝器和蒸发器的通风畅通。选择合适的制冷介质和蒸发器表面换热器，提高制冷系统的效率和稳定性；3）维护压缩机。压缩机是船舶制冷系统的核23心部件，在使用过程中应该注意温度、压力等相关参数。定期检查滑油系统是否存在泄漏或其他问题；4）监测温度。监测温度可以帮助了解船舶制冷系统的工作情况。在航行期间，应随时关注温度计的读数，并确保温度在安全范围内；5）系统检查。检查工作环境，确保船舶制冷系统不会超过其额定负载；各设备部件状况良好正常工作；优化管道布局，减少系统压力过高的情况，提高系统的耐久性。系统中的管道及其保护层如有破损，应及时进行修补或更换；6）电气系统。定期进行检查和维护船舶制冷系统的电气系统，以确保电线、电磁阀等部件没有损坏或其他故障。4结束语制冷装置的组成和工作机制是极为复杂的，每一个设备或元件的工作是相互联系和相互影响的，往往一个故障会导致多处出现异常，而同一个异常现象又有可能是不同原因引起的。因此，对故障现象要根据各部分的联系进行分析，进行全面的检查和分析，找出根本原因，并采取相应的处理方法。在实际工作中，定期对船舶制冷系统进行保养和维护，是避免故障和异常的重要措施。此外，平时应严格按操作规程加强岗位培训，提高人员素质，熟练掌握制冷装置的基本结构和工作原理。做到以防为主，防治结合。一旦发生事故，能够根据故障现象来分析和判断出故障类型，找出故障的根源，准确迅速的排除。完善的维护保养计划和管理是制冷设备安全、高效、经济运行的根本保证。参考文献1陈海泉.船舶辅机M.大连：大连海事大学出出版社，20072费千.船舶辅机 M.大连：大连海事大学出版社，2 0 0 53 张宇涵.船舶制冷故障探究J.南方农机,2 0 19,50(12):1534苏建国.伙食冷库制冷压缩机运行时间过长故障分析与处理 J.中国水运,2 0 11（1)：12 0 12 15潘灶林，黄应邦，林锡坤，韩颜，陈余海，杨北胜.浅谈船舶制冷系统常见故障J.中国水运（下半月),2 0 17,17(0 9):115 1166潘新祥，白德富，徐峰.制冷压缩机长时间运转不停的原因分析 J.航海技术，2 0 0 1（0 6)：49 517 王必改.某船冷库降温困难的原因分析与思考 J.中国修船2 0 14(6):9 13