船舶制冷系統(tǒng)故障分析及解決方案

摘 要：所謂制冷，就是利用人工或機(jī)械做功等方式，使某一空間或物體的溫度降低到低于周?chē)h(huán)境溫度，并保持在規(guī)定低溫狀態(tài)。在當(dāng)今的船上，船舶制冷裝置是冷藏船、液化氣船、船舶伙食冷庫(kù)、冷藏集裝箱和船舶中央空調(diào)系統(tǒng)的核心設(shè)備。伴隨著海運(yùn)業(yè)迅速發(fā)展和制冷、空調(diào)裝置的廣泛使用，在制冷裝置操作管理中正確分析、判斷并迅速排除故障已成為輪機(jī)管理人員的重要職責(zé)。制冷裝置各部件設(shè)計(jì)制造不妥，或操作管理不當(dāng)均可能造成相關(guān)運(yùn)動(dòng)部件和自控元件頻繁出現(xiàn)故障。故障一旦產(chǎn)生，船舶管理人員就應(yīng)及時(shí)分析故障誘發(fā)因素，并快速、準(zhǔn)確地找出故障源進(jìn)而加以排除。因此，對(duì)船用制冷裝置的故障診斷與處理對(duì)輪機(jī)員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。本文對(duì)船舶制冷系統(tǒng)的原理進(jìn)行了介紹，對(duì)船舶制冷設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的幾種典型機(jī)械故障進(jìn)行了分析。通過(guò)分析總結(jié)并縮小故障的范圍，進(jìn)一步確定出故障的根源，從而達(dá)到排除故障的目的。本文通過(guò)總結(jié)制冷故障的解決措施從而列出了一套在船上遇到故障并能快速排除故障的最優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：船舶；制冷系統(tǒng)；壓縮機(jī)；制冷劑

1 船舶制冷的基本原理

船舶制冷裝置中最常用的就是蒸氣壓縮式制冷（簡(jiǎn)稱(chēng)為壓縮制冷），它是選擇沸點(diǎn)很低的液體作為制冷劑，經(jīng)膨脹閥（即節(jié)流閥）節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器的盤(pán)管中，在較低的蒸發(fā)壓力下吸熱汽化，從而實(shí)現(xiàn)制冷。為了在蒸發(fā)器中維持低壓，需用壓縮機(jī)將其中制冷劑蒸氣不斷地抽出，壓送到冷凝器中去。冷凝器中的冷凝壓力及相應(yīng)的冷凝溫度較高，這樣就可以利用環(huán)境介質(zhì)（舷外水或空氣）使制冷劑蒸氣冷卻、冷凝而重新液化，然后再經(jīng)膨脹閥節(jié)流后送入蒸發(fā)器汽化吸熱，從而不斷地吸熱，達(dá)到連續(xù)制冷的目的。

2 船舶制冷系統(tǒng)的幾種典型故障

2.1 冰塞

制冷劑在制作和運(yùn)輸過(guò)程中不免與空氣接觸而含有少量水，它們?cè)谥评湎到y(tǒng)中經(jīng)過(guò)節(jié)流、降壓后，溫度自然降低。當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，水會(huì)呈游離狀態(tài)而迅速結(jié)冰，在制冷管路狹窄處就會(huì)形成堵塞，這就是所謂的“冰塞”現(xiàn)象。冰塞是船舶冷庫(kù)制冷系統(tǒng)常見(jiàn)故障之一。在實(shí)際工作中，當(dāng)冷庫(kù)出現(xiàn)制冷效果下降，冷庫(kù)溫度降不下來(lái)，壓縮機(jī)頻繁停車(chē)等現(xiàn)象時(shí)，都會(huì)考慮系統(tǒng)冰塞的可能性。對(duì)于單純的冰塞，比較容易分析升高處理；對(duì)于多種故障造成的冰塞，往往會(huì)被現(xiàn)象所迷惑，如冷庫(kù)內(nèi)膨脹閥后有結(jié)霜現(xiàn)象但蒸發(fā)器上卻沒(méi)有，這樣很難找出問(wèn)題的癥結(jié)。如果判斷錯(cuò)誤，將浪費(fèi)大量時(shí)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(jī)理、產(chǎn)生的部位、處理方法及預(yù)防措施，使輪機(jī)管理人員能快速正確地處理冰塞故障。

2.2 液擊的現(xiàn)象

通常，液擊現(xiàn)象可分為兩個(gè)部分或過(guò)程。首先，當(dāng)較多液態(tài)制冷劑、潤(rùn)滑油或者兩者的混合物隨吸氣以較高速度進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸時(shí)，由于液體的沖擊和不可壓縮，會(huì)引起吸氣閥片過(guò)度彎曲或斷裂；其次，氣缸中未及時(shí)蒸發(fā)和排出的液體受到活塞壓縮時(shí)，瞬間內(nèi)出現(xiàn)的巨大壓力并造成受力件的變形和損壞。這些受力件包括吸排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞（頂部）、活塞銷(xiāo)、連桿、曲軸、軸瓦等。

2.3 壓縮機(jī)啟停頻繁的原因歸納

船舶制冷系統(tǒng)由于操作管理不當(dāng)而引起壓縮機(jī)起停頻繁，制冷壓縮機(jī)起停頻繁時(shí)，應(yīng)多注意觀察自動(dòng)化元件，主要分為以下幾種情況：

（1）供液電磁閥起停頻繁，導(dǎo)致低壓控制器使壓縮機(jī)起停頻繁，這是由于溫度控制器啟閉頻繁。屬于這方面的原因是冷庫(kù)隔熱差或溫度控制器溫包安裝不當(dāng)。

（2）電磁閥扔開(kāi)著，低壓控制器使壓縮機(jī)起停頻繁，這表明庫(kù)溫未達(dá)下限，壓縮機(jī)吸入壓力過(guò)早達(dá)到低壓控制器下限，停車(chē)后仍有冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，吸入壓力勢(shì)必不久又升到上限，壓縮機(jī)因此啟停頻繁

（3）電磁閥全部關(guān)閉，低壓控制器仍使壓縮機(jī)起停頻繁，是有高、低壓端間存在很?chē)?yán)重的內(nèi)部泄露，這種情況一般是不會(huì)發(fā)生。

3 制冷系統(tǒng)常見(jiàn)故障操作處理

3.1 冰塞的實(shí)際操作處理

發(fā)生“冰塞”時(shí)，必須及時(shí)、準(zhǔn)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(lái)便利，又能大大提高效率和經(jīng)濟(jì)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(shí)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(duì)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(jìn)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(yùn)行以進(jìn)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”。

實(shí)踐證明，這個(gè)方法有效、可行、簡(jiǎn)便。但是我們還是本著預(yù)防為主防修結(jié)合的理念做好冰塞的預(yù)防。冰塞故障的處理是非常煩瑣耗時(shí)的工作，因此，在船舶冷庫(kù)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(jìn)入制冷系統(tǒng)。氟利昂冷劑在生產(chǎn)過(guò)程中含有水分的可能性極小，系統(tǒng)進(jìn)入水分形成冰塞的途徑主要來(lái)源于兩個(gè)方面：一是檢修時(shí)空氣進(jìn)入。船舶機(jī)艙溫度在45℃左右，屬于一個(gè)高溫高濕的環(huán)境，空氣的含濕量較大，空氣進(jìn)入系統(tǒng)后就會(huì)在溫度相對(duì)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(shí)，凝結(jié)的水分很難在短時(shí)間內(nèi)被抽出，隨著檢修次數(shù)的增加，系統(tǒng)進(jìn)入水分的量也會(huì)增加。系統(tǒng)進(jìn)入水分的另一途徑為補(bǔ)充冷劑時(shí)，由于操作不當(dāng)可能使水分進(jìn)入系統(tǒng)。

3.2 液擊實(shí)際操作處理

液擊是制冷壓縮機(jī)常見(jiàn)故障之一，發(fā)生液擊表明系統(tǒng)或維護(hù)中一定存在問(wèn)題，需要加以糾正。認(rèn)真觀察分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，不難找到引起液擊的根源。不從根源上防止液擊，而簡(jiǎn)單地將故障壓縮機(jī)維修或更換一臺(tái)新壓縮機(jī)，只能使液擊再次發(fā)生。能引起壓縮機(jī)液擊的液體不外乎如下幾種來(lái)源：1）回液，我們要防止回流安裝氣液分離器和采用抽空停機(jī)控制可以有效阻止或降低回液的危害。2）帶液?jiǎn)?dòng)時(shí)的泡沫，我們要從根本出發(fā)盡量用與潤(rùn)滑油不相容的制冷劑這樣可大大減少這樣的危害，但是實(shí)際當(dāng)中是很少的。對(duì)于較大系統(tǒng)，停機(jī)前讓壓縮機(jī)抽干蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑（稱(chēng)為抽空停機(jī)），可以從根本上避免制冷劑遷移。而回氣管路上安裝氣液分離器，可以增加制冷劑遷移的阻力，降低遷移量。當(dāng)然，通過(guò)改進(jìn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，可以阻止制冷劑遷移，并減緩潤(rùn)滑油起泡程度。通過(guò)改進(jìn)回氣冷卻型壓縮機(jī)內(nèi)的回油路徑，在電機(jī)腔與曲軸箱遷移的通道上增加關(guān)卡（回油泵等），停機(jī)后即可切斷通路，制冷劑無(wú)法進(jìn)入曲軸腔；減小進(jìn)氣道與曲軸箱的通道截面可以減緩開(kāi)機(jī)時(shí)曲軸箱壓力下降速度，進(jìn)而控制起泡的程度和泡沫進(jìn)入氣缸的量。3）壓縮機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油太多，在一些大型制冷系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，往往需要適當(dāng)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。但對(duì)于回油不好的系統(tǒng)，要認(rèn)真尋找影響回油的根源，一味地補(bǔ)充潤(rùn)滑油是危險(xiǎn)的。即使暫時(shí)油位不高，也要注意潤(rùn)滑油突然大量返回時(shí)（比如化霜后）可能造成的危險(xiǎn)。所以我們要找到其根源來(lái)徹底解決問(wèn)題而不能只管表面，對(duì)于以上的重要設(shè)備要做到經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)以達(dá)到減少故障的發(fā)生。

3.3 壓縮機(jī)啟停頻繁的實(shí)際操作處理

船用制冷系統(tǒng)由于工作人員管理操作不當(dāng)而造成壓縮機(jī)頻繁起停的事故是數(shù)見(jiàn)不鮮，為了更好的保持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)采取預(yù)防為主，防治結(jié)合的方針，定期對(duì)容量調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行有效的維修保養(yǎng)。

4 制冷系統(tǒng)故障排除最優(yōu)化方案

通過(guò)上述對(duì)船舶制冷故障方面的分析，列出了一套遇到問(wèn)題解決問(wèn)題的最優(yōu)化方案。對(duì)船舶制冷裝置故障診斷的一般原則是在制冷裝置發(fā)生故障時(shí)，為了避免盲目的推測(cè)、減少判斷失誤、提高工作效率、及時(shí)找出故障所在，應(yīng)運(yùn)用制冷系統(tǒng)的基本原理和基本理論知識(shí)，掌握系統(tǒng)內(nèi)各溫度、壓力等工況參數(shù)之間以及各設(shè)備和元件之間的相互聯(lián)系和相互影響，透過(guò)故障現(xiàn)象，洞察其本質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，故障的查找和處理應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

首先，通過(guò)故障現(xiàn)象分析系統(tǒng)內(nèi)在變化詳盡地列舉出引起這些變化的可能原因，比較這些原因之間的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別，采用逐一排除、篩選的方法，最后確定具體的故障部位或故障原因，減少判斷失誤。通過(guò)故障原因的列舉和比較，可進(jìn)一步縮小范圍，以致最后確定故障，采取措施修復(fù)。

其次，要從整體到局部的去分析故障，辨別故障是整個(gè)系統(tǒng)的還是某個(gè)冷庫(kù)的或是某個(gè)元件的。這可以在對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上，有分寸的對(duì)某一設(shè)備或元件進(jìn)行試驗(yàn)，找出故障所在。

第三，查找故障時(shí)，應(yīng)遵循先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則。遵循先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則，可避免故障的擴(kuò)大和復(fù)雜化，同時(shí)也能減少工作量，最大限度地縮短故障的查找時(shí)間。

第四，加強(qiáng)日常的維護(hù)管理工作。在日常維護(hù)管理中，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程來(lái)進(jìn)行操作，注意系統(tǒng)各溫度壓力等重要工況參數(shù)，經(jīng)常檢查易出現(xiàn)故障的部件，如熱力膨脹閥、高低壓控制器、滑油分離器等，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施，避免故障擴(kuò)大或惡化，經(jīng)常檢查各庫(kù)蒸發(fā)盤(pán)管的結(jié)霜情況，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)融霜，提高制冷效果?？傊綍r(shí)維護(hù)管理得當(dāng)，能最大限度地防止故障的出現(xiàn)。

結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)船舶制冷故障的分析和處理，總結(jié)了船舶制冷裝置故障的診斷及排除方法以及在實(shí)際工作中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。實(shí)際上制冷裝置的復(fù)雜性決定了其故障的復(fù)雜性，對(duì)由于制冷系統(tǒng)各組成部件尤其是控制元件的工作相互聯(lián)系和相互影響，因而產(chǎn)生故障的原因也是多方面的，甚至有不少故障是由于人為因素造成的，如操作管理不當(dāng)?shù)?。因此排除故障時(shí)，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查研究，認(rèn)真仔細(xì)分析，以便及時(shí)準(zhǔn)確找出故障原因，確定排除故障的方法。作為輪機(jī)管理人員，除應(yīng)能熟練運(yùn)用有關(guān)理論知識(shí)，并汲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)故障診斷與排除的一般方法外，更重要的是結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注意在日常維護(hù)管理工作中，正確操作嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)規(guī)程，預(yù)防故障的出現(xiàn)，做到防患于未然，保證系統(tǒng)正常可靠的工作。

指導(dǎo)老師：陳林

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作者簡(jiǎn)介

閆錕（1989—）男，漢族，河北，職稱(chēng)：技術(shù)十二級(jí)助理工程師，廣東海洋大學(xué)工學(xué)法學(xué)雙學(xué)士學(xué)位畢業(yè)，單位：河北海警支隊(duì)，研究方向：船舶輔助運(yùn)行管理。

（作者單位：河北海警支隊(duì)）