某船冷卻水高溫與熱交換片腐蝕故障的原因

楊小宇

【摘 要】 為幫助相關(guān)船舶運(yùn)輸企業(yè)迅速有效解決船舶故障問(wèn)題，以某公務(wù)船為研究對(duì)象，闡述故障現(xiàn)象和后果，分析主機(jī)出現(xiàn)冷卻水高溫及潤(rùn)滑油高溫報(bào)警等故障的原因。結(jié)果表明：船舶設(shè)計(jì)和制造缺陷是導(dǎo)致海水冷卻系統(tǒng)中混入少量空氣，從而造成冷卻器熱交換效率低、冷卻水高溫及潤(rùn)滑油高溫報(bào)警等一系列故障的原因，同時(shí)造成中央冷卻器熱交換片發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

【關(guān)鍵詞】 公務(wù)船；冷卻水高溫；熱交換片；排氣管；濾器

某公務(wù)船主機(jī)采用美國(guó)CAT3516機(jī)型，雙機(jī)雙槳，配備海水冷卻泵、燃油泵、滑油泵等設(shè)備。海水冷卻系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，海水經(jīng)海底門(mén)進(jìn)入海水濾器直接冷卻主機(jī)高溫淡水、潤(rùn)滑油、減速齒輪箱、尾軸后排出船外。該主機(jī)最高設(shè)計(jì)速度為 ，冷卻水報(bào)警溫度為98℃，潤(rùn)滑油報(bào)警溫度為103 ℃，緊急停車(chē)潤(rùn)滑油溫度為105 ℃。該主機(jī)長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1 故障現(xiàn)象和后果

該主機(jī)在高負(fù)荷狀態(tài)下出現(xiàn)主機(jī)冷卻水及潤(rùn)滑油高溫問(wèn)題，拆解冷卻器還發(fā)現(xiàn)有熱交換片腐蝕現(xiàn)象。具體表現(xiàn)如下：

（1）當(dāng)主機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主機(jī)冷卻水及潤(rùn)滑油的運(yùn)行溫度一直臨界于高溫報(bào)警設(shè)定值。夏天高溫季節(jié)或冷卻用海水濾器稍堵，就會(huì)觸發(fā)兩者高溫警報(bào)，此時(shí)唯有采取緊急清洗海水濾器或降速航行措施解決。針對(duì)該故障，船方多次與該船的造船廠、主機(jī)廠家和設(shè)計(jì)院溝通聯(lián)系，上述三方聯(lián)合上船檢查調(diào)研，最終也沒(méi)能給出有實(shí)際可操作性的解決方案。至此，該船只能在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)“帶病”工作，這不僅嚴(yán)重影響了該船的功能，而且還增加了船員的工作強(qiáng)度。

（2）在該船進(jìn)廠檢修期間，在清洗海水冷卻器時(shí)發(fā)現(xiàn)部分冷卻器熱交換片有腐蝕缺失現(xiàn)象。該冷卻器熱交換片由鈦合金材料制成，對(duì)海水有極強(qiáng)的抗腐蝕能力，且在海船中也鮮有類(lèi)似故障發(fā)生。經(jīng)初步分析，懷疑有空氣進(jìn)入海水冷卻器，使熱交換片發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，但一直沒(méi)有找到空氣進(jìn)入的原因。為此，只能采取更換腐蝕嚴(yán)重的熱交換片和加強(qiáng)海水系統(tǒng)排放空氣管理。這就增加了船舶維護(hù)成本及船舶安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 故障原因綜合分析

依照以往的經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)冷卻水高溫和冷卻器熱交換片腐蝕故障是兩個(gè)不相關(guān)的故障類(lèi)型，在故障的分析中也是單獨(dú)考慮的。但是，造成該船的冷卻水高溫及造成熱交換片腐蝕的原因卻是同一個(gè)。該船船員綜合各種現(xiàn)狀進(jìn)行分析，最終以一個(gè)小的改動(dòng)解決了以上冷卻水高溫、熱交換片腐蝕的問(wèn)題。故障原因分析如下：

（1）冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫，首先應(yīng)懷疑是由低溫冷卻效果不佳或燃燒工況不佳造成的，但根據(jù)該船剛下水不久就出現(xiàn)冷卻水高溫現(xiàn)象及主機(jī)廠家檢查主機(jī)燃燒工況正常，這就排除了主機(jī)燃燒問(wèn)題和熱交換片臟堵問(wèn)題。

（2）懷疑海水流量不夠，海水熱交換片數(shù)量不能滿足熱交換量，這屬于主機(jī)設(shè)計(jì)匹配問(wèn)題。但是根據(jù)廠家出廠報(bào)告，主機(jī)制造設(shè)計(jì)符合要求。

（3）管路管徑不足造成海水流量不夠，但造船廠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行造船作業(yè)，符合要求。

（4）由于機(jī)艙空間狹小，主機(jī)海水管路過(guò)于曲折，且與海水總管成倒“Y”形，發(fā)生虹吸現(xiàn)象，使得海水進(jìn)入主機(jī)海水管路存在困難。針對(duì)此問(wèn)題，造船廠對(duì)海水管路進(jìn)行改造，使主機(jī)海水管路直接從海底門(mén)濾器出口接入，以減少海水管路的曲折度和長(zhǎng)度。改造后，冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫現(xiàn)象有所改善，但仍然處于高位狀態(tài)。

（5）結(jié)合海水冷卻器片腐蝕的現(xiàn)象，懷疑海水中混有空氣?？諝馐窃斐蔁峤粨Q能力下降及熱交換片腐蝕的主要原因，在確定主方向后，查找空氣來(lái)源：檢查海底門(mén)吹氣系統(tǒng)，拆解進(jìn)氣閥門(mén)，確保沒(méi)有空氣進(jìn)入；檢查海底門(mén)排氣管路，拆解相關(guān)管路，確保排氣暢通。檢查完畢后問(wèn)題仍然存在，故障一時(shí)無(wú)法解決。

在一次清洗海水濾器時(shí)，輪機(jī)長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)打開(kāi)濾器蓋沒(méi)有海水溢出，并且海水濾器的上半部分沒(méi)有海水，豁然明白了故障成因。

經(jīng)分析，該船為高速船舶，吃水較淺，其在高速航行時(shí)，大量的空氣隨著波浪進(jìn)入海底門(mén)，船舶海底濾器緊靠海底門(mén)，且海水總管位置距離海底門(mén)頂部高度不夠，不管海底門(mén)排氣管如何順暢，都會(huì)有少量的空氣進(jìn)入濾器。由于該船濾器安裝高度高于海底門(mén)，造成空氣積壓在海水濾器上部，形成“氣室”，導(dǎo)致空氣無(wú)法排除，且隨著海水的流動(dòng)，空氣再次混入海水進(jìn)入海水系統(tǒng)，新的空氣又源源不斷地聚集在海水濾器上部?？諝膺M(jìn)入海水系統(tǒng)后積壓在海水濾器的上部，海水流動(dòng)使空氣再次混入海水并進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，當(dāng)空氣進(jìn)入冷卻器片時(shí)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，腐蝕冷卻器片和降低冷卻器的熱交換率，造成冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫。

3 排除故障

綜合上述故障分析，造成該船長(zhǎng)期冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫及中央熱交換片腐蝕的原因是船舶設(shè)計(jì)及制造缺陷造成空氣混入海水系統(tǒng)，在熱交換器內(nèi)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，腐蝕熱交換片，降低熱交換能力，進(jìn)而造成主機(jī)冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫等故障。只要將海水系統(tǒng)的空氣排出就可以解決以上故障。因此，以排除故障為首要，最終決定在海水濾器蓋上增加排氣管路，排除海水濾器中聚集的空氣。

改造后，試車(chē)、航行運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)冷卻水高溫、潤(rùn)滑油高溫現(xiàn)象得到很大改善，熱交換器熱交換片腐蝕現(xiàn)象也得到解決。但是，此改造只能作為臨時(shí)的解決方案，要根本上解決問(wèn)題，船舶必須進(jìn)船塢，抬高海底門(mén)頂部高度，海底門(mén)頂部距主海水管路出口高度差由h增大到h'，以增加空氣集結(jié)空間，便于排放，減少空氣進(jìn)入海水系統(tǒng)。海水主管路系統(tǒng)改造方案見(jiàn)圖1。

4 故障的反思和警示

此次故障的主要原因是：

（1）造船廠建造公務(wù)船經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙理解不夠深入，對(duì)個(gè)別裝備工作原理理解存在偏差。受空間限制沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求落實(shí)具體尺寸，理解海底門(mén)排氣管的作用，卻忽略了海底門(mén)高度的重要性。

（2）船員、船廠對(duì)船舶故障的綜合判斷能力經(jīng)驗(yàn)不足，單獨(dú)分析故障，沒(méi)有將各故障聯(lián)系起來(lái)。

（3）面對(duì)復(fù)雜故障，船員、船廠主動(dòng)深入研究不足，只是采取簡(jiǎn)單的清洗濾器、熱交換器，調(diào)整管路等治表措施，故障根本原因沒(méi)有排除。