船舶伙食冷庫(kù)故障診斷和排除

林文城

(廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門(mén) 361012)

船舶伙食冷庫(kù)故障診斷和排除

林文城

(廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門(mén) 361012)

文章就船舶伙食冷庫(kù)運(yùn)行中出現(xiàn)制冷能力下降的實(shí)例，借助故障的表征和制冷理論知識(shí)，全面分析和鑒別故障產(chǎn)生的機(jī)理，最后針對(duì)性提出故障的排除措施和日常維護(hù)管理的注意事項(xiàng)，拋磚引玉，與同行共勉。

船舶伙食冷庫(kù)；不凝性氣體；制冷量；軸功率

壓縮式制冷是現(xiàn)今應(yīng)用最普遍的，也是船舶伙食冷庫(kù)的主要制冷方法。壓縮機(jī)抽取蒸發(fā)器出口的過(guò)熱蒸汽，進(jìn)行壓縮，向冷凝器排出高溫高壓的過(guò)熱蒸汽。冷卻水在冷凝器內(nèi)吸收熱量，使制冷劑放出熱量，且狀態(tài)由過(guò)熱蒸汽降溫變成飽和蒸氣、濕飽和蒸汽和飽和液體，最后成為過(guò)冷液體排出。高壓的過(guò)冷液體制冷劑，經(jīng)過(guò)膨脹閥的節(jié)流降壓后，變成低溫低壓的濕飽和蒸汽。而濕飽和蒸汽在冷風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器低溫氣化，大量吸收冷庫(kù)中空氣的熱量，使冷庫(kù)維持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。在蒸發(fā)器內(nèi)氣化吸熱后的制冷劑最終成為過(guò)熱蒸氣重返壓縮機(jī)，完成熱力學(xué)上的循環(huán)過(guò)程[1]，如圖1所示。

圖1 蒸氣壓縮式制冷原理圖

1 故障的表征

某5萬(wàn)總噸船舶的食品冷藏庫(kù)共有4個(gè)，分別為2個(gè)低溫庫(kù)、2個(gè)高溫庫(kù)。此外，還有1個(gè)冷藏緩沖間。各冷庫(kù)容積如下：肉庫(kù)22.4 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；魚(yú)庫(kù)16.2 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；菜庫(kù)32.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；日用庫(kù)12.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；緩沖間16.8 m3(5 ℃±1.5 ℃)。選用型號(hào)為FA-2LSYF的壓縮機(jī)2臺(tái)，且所有冷庫(kù)蒸發(fā)器都選擇冷風(fēng)機(jī)，選用R22作為制冷劑。

某次伙食冷庫(kù)在周期性維護(hù)保養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的排氣壓力和溫度都偏大，甚至出現(xiàn)高壓繼電器動(dòng)作導(dǎo)致壓縮機(jī)保護(hù)性停車的情況，輪機(jī)技術(shù)人員只能采取調(diào)高高壓繼電器的壓力值才得以排除故障；另外，冷庫(kù)制冷速度減緩和制冷能力降低的狀況也一直存在。

2 故障的分析

基于這種狀況，首先檢查高低壓繼電器、水量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度繼電器、供液電磁閥、壓差繼電器和熱力膨脹閥等自動(dòng)化元件的運(yùn)行狀態(tài)，排除這些元件和儀器儀表的故障。根據(jù)故障表現(xiàn)，壓縮機(jī)排氣壓力升高，即冷凝壓力升高，必然造成冷凝溫度的上升。而冷凝溫度的變化，對(duì)系統(tǒng)的制冷量和壓縮機(jī)的軸功率造成的影響，分析如下。

制冷壓縮機(jī)的制冷量Q0可由公式(1)來(lái)表示。

Q0=λV1q0/υ1，

(1)

式中：V1為壓縮機(jī)的理論排氣量；q0為制冷劑的單位制冷量；υ1為制冷劑在壓縮機(jī)吸入口的比容；λ為輸氣系數(shù)。

由公式(1)知，當(dāng)冷凝溫度升高時(shí)，雖然壓縮機(jī)的理論排氣量和制冷劑在壓縮機(jī)吸入口的比容保持不變，但輸氣系數(shù)和制冷劑的單位制冷量都減小，所以造成系統(tǒng)的制冷量不足[1]。

制冷壓縮機(jī)的軸功率Pe可由公式(2)來(lái)表示：

Pe=λV1w0/v1ηe，

(2)

式中：w0為壓縮機(jī)的單位理論功；ηe為壓縮機(jī)的軸效率。

由公式(2)知，當(dāng)冷凝溫度升高時(shí)，壓縮機(jī)的理論排氣量、制冷劑在壓縮機(jī)吸入口的比容和壓縮機(jī)的軸效率保持不變，雖然輸氣系數(shù)減小，但壓縮機(jī)的單位理論功增加幅度更大，故造成壓縮機(jī)軸功率反而增加。[1]

由此可見(jiàn)，系統(tǒng)的故障表現(xiàn)，符合冷凝溫度過(guò)高導(dǎo)致制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)軸功率過(guò)大而制冷系數(shù)和制冷量不足的特征。導(dǎo)致冷凝壓力(冷凝溫度)升高的原因：①冷卻海水的流量不足或溫度過(guò)高；②冷凝器換熱能力下降；③制冷劑充注量過(guò)多；④制冷劑中含有不凝性氣體。

檢查冷凝器的冷卻水泵，發(fā)現(xiàn)泵的吸排壓差、實(shí)際功率和流量符合要求，同時(shí)海水的溫度也在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。冷卻水進(jìn)出口溫差在4.2 ℃，也沒(méi)有超出設(shè)計(jì)的范圍(3～5 ℃)。將冷卻水量調(diào)節(jié)閥設(shè)定為最大，發(fā)現(xiàn)冷凝壓力有所下降，但并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的數(shù)值。根據(jù)以上分析，排除冷卻水不足和水溫過(guò)高的問(wèn)題。

冷卻管的臟污、堵塞和冷卻水側(cè)氣塞等，將導(dǎo)致冷凝能力不足。運(yùn)用專用的化學(xué)清洗藥劑，摻配合適比例的水分，依據(jù)說(shuō)明書(shū)上的規(guī)定步驟對(duì)冷凝器進(jìn)行清洗。啟動(dòng)冷卻水泵向冷凝器供水后，打開(kāi)水側(cè)放氣旋塞進(jìn)行放氣操作。冷凝器進(jìn)出口壓差為0.17 MPa，排除管路堵塞的可能。經(jīng)過(guò)以上的處理，同樣發(fā)現(xiàn)冷凝壓力雖有降低但仍沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的數(shù)值，排除冷凝器換熱不足的可能。

制冷劑充注量過(guò)多時(shí)，在冷凝器中液體制冷劑將浸沒(méi)冷卻管過(guò)多，從而減少換熱面積導(dǎo)致冷凝壓力和溫度的升高，同時(shí)增加蒸發(fā)壓力和溫度；另一方面，雖然系統(tǒng)制冷劑流量的增加，一定程度上增大了蒸發(fā)溫度和制冷量，但是蒸發(fā)溫度的升高也造成蒸發(fā)器和冷庫(kù)傳熱溫差的下降，抑制制冷量進(jìn)一步增大且最終使制冷量下降。因此，制冷劑充注過(guò)量，終將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中制冷系數(shù)和制冷量的降低以及壓縮機(jī)軸功率的增加；嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致壓縮機(jī)液擊或因吸入壓力大，啟動(dòng)負(fù)荷大的原因造成電機(jī)電流過(guò)大而燒毀。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，檢查儲(chǔ)液器內(nèi)液態(tài)制冷劑的液位計(jì)，發(fā)現(xiàn)液位位于1/3和1/2之間，排除制冷劑充注過(guò)量的情況。

在現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)冷凝條件下，空氣是不可能由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的，因此歸為不凝性氣體。空氣混入制冷劑中，使冷凝器的換熱面積下降，制冷劑的冷凝溫度和冷凝壓力升高，從而造成壓縮機(jī)的排氣壓力和溫度升高，軸功率增大，而系統(tǒng)的制冷量下降。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行中冷凝器壓力為1.72 MPa(絕對(duì)壓力，以下相同)，而冷凝溫度為40.1 ℃，查R22的壓焓圖得，對(duì)應(yīng)的飽和壓力為1.56 MPa，實(shí)際冷凝壓力比飽和壓力大0.16 MPa，根據(jù)道爾頓定律，這多出來(lái)的壓力值應(yīng)是制冷劑中不凝性氣體的壓力，也就是混進(jìn)制冷劑中空氣的壓力值。考慮制冷系統(tǒng)的故障特點(diǎn)和以上分析，基本斷定本故障是由制冷劑中混進(jìn)空氣所造成的。

3 故障的排除

因系統(tǒng)運(yùn)行中冷凝器的壓力大，在排放空氣時(shí)難以控制，制冷劑的損耗量較大。另一方面，在充分冷卻的前提下，冷凝器中的制冷劑將大部分成為過(guò)冷液體而沉積在底部，由于空氣不凝結(jié)且密度小，故聚集在高處，本例冷凝器位置高于壓縮機(jī)，所以準(zhǔn)備在冷凝器頂部的放空氣閥排除空氣，具體操作步驟如下。

1)切斷儲(chǔ)液器的出口閥門(mén)。

2)開(kāi)機(jī)，把系統(tǒng)中的制冷劑連同不凝性氣體一起排入冷凝器中，然后停機(jī)，并關(guān)閉壓縮機(jī)排出管路上的閥門(mén)。為徹底排除空氣，可將壓縮機(jī)的高壓繼電器設(shè)定值調(diào)大和低壓繼電器設(shè)定值調(diào)小，避免在抽氣過(guò)程中壓縮機(jī)停機(jī)，造成在冷凝器和儲(chǔ)液器之外還有殘留氣體。

3)加大冷凝器冷卻水的流量，連續(xù)冷凝1～2 h，直至冷凝壓力穩(wěn)定在某一數(shù)值上(制冷劑充分冷凝為液體)?？諝獾拿芏刃?，聚集在冷凝器高處。

4)稍開(kāi)放氣閥，讓氣體流出幾秒即關(guān)，稍停再重復(fù)。分次操作可減輕擾動(dòng)，減少制冷劑損失。為了判斷放氣情況，可用手迎著氣流，如果感到像風(fēng)一樣，表明放出的是空氣；如果手上出現(xiàn)油跡并有涼的感覺(jué)，且冷凝壓力下降得很快，降后又漸漸回升，則表明已經(jīng)放出制冷劑，此時(shí)應(yīng)立即關(guān)閉放氣閥。以上放氣操作主觀臆測(cè)的成分太大，可能導(dǎo)致放氣不充分或制冷劑損耗過(guò)多，所以僅供放氣過(guò)程中的參考手段。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇ㄊ牵好看畏艢夂笥^察冷凝器壓力表的實(shí)際讀數(shù)，達(dá)到冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的制冷劑飽和壓力即應(yīng)結(jié)束放氣。本例放氣過(guò)程中，冷凝壓力為1.13 MPa，高于冷凝溫度為25.2 ℃，其所對(duì)應(yīng)的飽和壓力1.05 MPa，系統(tǒng)中還有空氣殘留，繼續(xù)放氣；冷凝壓力為1.02 MPa時(shí)，與冷凝溫度24.1 ℃對(duì)應(yīng)的飽和壓力基本相等時(shí)，表明空氣排放結(jié)束，需要關(guān)閉冷凝器的放氣閥。

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)1 d的運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)的排氣壓力和排氣溫度回落至正常值，冷庫(kù)的制冷能力和制冷速度得到提升，重回故障前的狀態(tài)，說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行已經(jīng)恢復(fù)正常。

4 故障的預(yù)防

為避免系統(tǒng)內(nèi)部混進(jìn)空氣，一方面保證系統(tǒng)的密封良好，避免吸入空氣；另一方面系統(tǒng)維修時(shí)要嚴(yán)格按照正確的操作規(guī)程，如確保系統(tǒng)在抽真空時(shí)所能達(dá)到的壓力、充注制冷劑時(shí)必須及時(shí)排除管路內(nèi)的全部空氣和選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的合格制冷劑等。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于制冷系統(tǒng)而言，故障有很多種形式，而且每一種故障可能由各種不同的原因?qū)е?，所以系統(tǒng)運(yùn)行中一旦出現(xiàn)異常，輪機(jī)技術(shù)人員要根據(jù)故障的特點(diǎn)，結(jié)合技術(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)分析和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)判斷，運(yùn)用制冷技術(shù)理論作為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確鑒別故障發(fā)生的機(jī)理，采取針對(duì)性的措施方法進(jìn)行排除。此外，提高日常維護(hù)管理水平，嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)規(guī)程，防患于未然，保證制冷系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1] 費(fèi)千．船舶輔機(jī)[M]．大連：大連海事大學(xué)出版社，2005．

Drop of refrigerating capability of marine messing refrigerator is analyzed,the fault mechanism is distinguished with the characterization and related theoretical knowledge.Some fault-removal measures and precautions on daily maintenance are put forward as reference.

marine messing refrigerator;incondensable gas;refrigerating amount;axial power

林文城(1975-)，男，福建莆田人 ，講師，碩士，研究方向?yàn)榇拜o機(jī)自動(dòng)控制和維護(hù)管理等。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.004

2017-02-06