水面艦船射頻液冷系統(tǒng)潔凈度工藝控制方法

(中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

水面艦船射頻液冷系統(tǒng)常規(guī)用60號(hào)或65號(hào)軍用冷卻液[1](主要成分為乙二醇、去離子水及微量抗蝕劑等)作為冷媒供冷。由于射頻設(shè)備自身內(nèi)部原因，對(duì)液冷系統(tǒng)自身(管路、附件及設(shè)備)潔凈度要求很高，主要包括①管路加工質(zhì)量：采用內(nèi)窺鏡檢查，管路內(nèi)壁應(yīng)光滑，無生銹、焊瘤、毛刺、附著物等；②顆粒物含量：去離子水串洗后隨機(jī)提取200 mL系統(tǒng)溶液，顆粒物含量應(yīng)滿足GJB420B—2015潔凈度8級(jí)要求[2](肉眼不可見)；③氯離子含量及pH值：去離子水串洗后隨機(jī)提取200 mL系統(tǒng)溶液，氯離子含量小于10 ppm，常溫下取樣液的pH值在7～8之間；④液體殘留：在管路最低點(diǎn)排出口不得出現(xiàn)連續(xù)滴水現(xiàn)象。對(duì)于小型射頻液冷系統(tǒng)，由于規(guī)模小，設(shè)備少，出現(xiàn)問題容易排查等因素，系統(tǒng)潔凈度控制的工程技術(shù)的難度問題并不明顯。隨著我國水面艦船射頻液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，逐漸從分布式向集中式過渡，近幾年系統(tǒng)規(guī)模成數(shù)倍增長，加上相關(guān)潔凈度要求本身提出時(shí)間周期短且要求高，無相關(guān)充分的工程技術(shù)積累、標(biāo)準(zhǔn)等參考等因素，在數(shù)型艦船的液冷系統(tǒng)建造中，潔凈度控制成為工程建設(shè)的軟肋，屢次出現(xiàn)抽檢不達(dá)標(biāo)、工期延誤數(shù)月、建造成本急劇上升等問題?；诖?，結(jié)合型號(hào)課題研究背景，提出水面艦船射頻液冷大系統(tǒng)潔凈度工藝控制方法，并結(jié)合某大型水面艦船陸上1∶1射頻液冷系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 管路預(yù)制及安裝工藝要求

射頻液冷系統(tǒng)采用316L不銹鋼管，管路的預(yù)制必須在鋼平臺(tái)或經(jīng)過硬化處理的地面上進(jìn)行，預(yù)制場(chǎng)地應(yīng)進(jìn)行日常清理，保持清潔有序。具體為不銹鋼管應(yīng)采用鋸床或型材切割；焊口組焊前，應(yīng)將管口附近雜物清除干凈；不銹鋼管應(yīng)采用手工鎢極氬弧焊焊接(惰性保護(hù)氣體氬氣或氮?dú)?，直徑大于DN200的管路應(yīng)采用二氧化碳自動(dòng)保護(hù)焊焊接；管路焊接完成后，應(yīng)清除管路內(nèi)外溶渣、藥粉和焊接飛濺物，修正與清潔焊縫，采用壓縮空氣吹掃管路內(nèi)壁,確保管件清潔。對(duì)預(yù)制好的管路進(jìn)行清洗，去除管路表面油垢、氧化皮、銹蝕物和其他附著物。清洗工藝流程應(yīng)按照如下步驟[3]進(jìn)行。

管路安裝前，應(yīng)逐件清除管路附件表面和內(nèi)部的砂土、鐵屑、熔渣及其他雜物；對(duì)交接預(yù)制管段應(yīng)打開封堵，對(duì)內(nèi)部清潔度進(jìn)行再次檢查確認(rèn)。

2 設(shè)備及附件材質(zhì)與加工工藝

設(shè)備及附件與冷卻液接觸部分的金屬材料，換熱器應(yīng)選用TA1-A或316L，水泵泵體、葉輪及泵軸均采用316L，分、集水器及截止閥件等均應(yīng)選用316L，禁止出現(xiàn)鋁質(zhì)和銅質(zhì)材料；非金屬材料應(yīng)耐冷卻液腐蝕，不得出現(xiàn)掉渣、掉屑現(xiàn)象，密封墊片類可選聚四氟乙烯、三元乙丙橡膠(EPDM)等。在某液冷系統(tǒng)中，部分閥件未按國標(biāo)要求，自行選擇了石墨墊片密封，在閥門轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，石墨承粉狀碎屑延閥桿進(jìn)入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)持續(xù)污染，見圖1～5，同時(shí)石墨由于具備一定粘性，易聚合、沉積，造成返工清潔。

圖1 受石墨粉污染的閥桿

圖2 石墨顆粒附著于系統(tǒng)濾網(wǎng)

圖3 石墨聚合沉積在濾筒底部

圖4 遇水銹蝕的閥芯背面

圖5 進(jìn)入系統(tǒng)被濾網(wǎng)攔截的腐蝕碎渣

設(shè)備及附件與冷卻液接觸的金屬表面，應(yīng)進(jìn)行充分機(jī)加工和清潔，某液冷系統(tǒng)部分閥件閥芯鑄造完成后，背面未進(jìn)行機(jī)械打磨、拋光，原鑄造模具中的鐵離子等遇水發(fā)生銹蝕，造成系統(tǒng)污染。

3 設(shè)備及附件清洗與進(jìn)場(chǎng)安裝

液冷系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備(水泵、板式換熱器、定壓補(bǔ)水裝置、分集水器等)、附件(各類傳感器、閥件、儀表、濾器等)出廠前應(yīng)采用去離子水或清潔水清洗，清除設(shè)備內(nèi)部顆粒物、油污等，排凈積水保持內(nèi)部干燥，經(jīng)檢查確認(rèn)后，將外部敞口全部封堵并出具驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。設(shè)備及附件安裝前，管路潔凈度控制小組應(yīng)檢查驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，檢查設(shè)備外部接口封堵是否破損，打開封堵再次檢查，逐件確認(rèn)內(nèi)部無顆粒物、油污、易脫落物等，確認(rèn)潔凈后開始安裝。對(duì)于出現(xiàn)污染的設(shè)備及附件，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商供貨單位進(jìn)行再次清潔。設(shè)備及附件安裝時(shí)，應(yīng)注意避免工具及人員等因素產(chǎn)生的顆粒、油污等污染物進(jìn)入設(shè)備或管路；中間停工時(shí)應(yīng)對(duì)敞口進(jìn)行臨時(shí)封堵；墊片、緊固件等安裝件應(yīng)注意清點(diǎn)數(shù)量；現(xiàn)場(chǎng)預(yù)備清潔存放臺(tái)，安裝時(shí)逐個(gè)拆封封堵口；墊片污染后及時(shí)更換；管路潔凈度控制小組應(yīng)全程陪同并簽署安裝驗(yàn)收記錄。

4 系統(tǒng)調(diào)試及試驗(yàn)

液冷系統(tǒng)按圖紙施工完畢，管路完成潔凈度驗(yàn)收前開展的單機(jī)調(diào)試及系統(tǒng)試驗(yàn)等工作，應(yīng)報(bào)管路潔凈度控制小組批準(zhǔn)，要求①系統(tǒng)水力平衡試驗(yàn)、監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試等試驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)結(jié)合串洗同步進(jìn)行; ②系統(tǒng)第1次串洗前，系統(tǒng)密性可預(yù)檢一次;③板式換熱器、自動(dòng)排氣定壓補(bǔ)水裝置在系統(tǒng)完成潔凈度驗(yàn)收前，原則上應(yīng)與系統(tǒng)斷開，不參與系統(tǒng)密性試驗(yàn)；④管內(nèi)無水或未充分排氣時(shí)，禁止水泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；⑤系統(tǒng)自帶濾器濾芯應(yīng)取出妥善保管，不參與串洗、調(diào)試及試驗(yàn)。⑥安裝在系統(tǒng)管路上的附件，結(jié)合串洗完成各項(xiàng)試驗(yàn)調(diào)試工作，如閥門的啟閉、儀表顯示、傳感器信號(hào)傳輸?shù)取?/p>

5 冷卻液管路串洗

采用清水、清洗劑及去離子水為串洗清潔劑[4]，對(duì)冷卻液管路進(jìn)行多次清洗，使得管內(nèi)殘留顆粒物濃度、氯離子含量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5.1 技術(shù)方案的制定原則

串洗為系統(tǒng)管路潔凈度交驗(yàn)前的重要工藝，對(duì)工程進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)成本等有重大影響，串洗工藝技術(shù)方案的制定應(yīng)考慮以下方面：對(duì)串洗前的準(zhǔn)備工作嚴(yán)格檢查，避免串洗過程中返工、動(dòng)火、二次污染等問題；對(duì)清洗劑、去離子水的成分結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)行適用性檢查，避免出現(xiàn)二次腐蝕；對(duì)整個(gè)串洗流程結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)行合理規(guī)劃，有效利用人力、物理資源，最大限度保障串洗效果。對(duì)具體的串洗步驟詳細(xì)界定，避免重復(fù)工作，避免串洗過程帶入新的顆粒和氯離子污染物。鑒于串洗管路本身的不確定性，串洗方案應(yīng)相應(yīng)靈活調(diào)整，保障通過驗(yàn)收的前提下兼顧時(shí)間周期。

5.2 準(zhǔn)備工作狀態(tài)檢查

對(duì)串洗前系統(tǒng)、設(shè)備等的準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，具體為①系統(tǒng)準(zhǔn)備狀態(tài)檢查：管路施工完畢、系統(tǒng)初密性試驗(yàn)完成、自帶濾芯完成拆除且工裝濾器安裝完畢、觀測(cè)透明管已安裝、壓差傳感器拆除且接管閥門關(guān)閉、板式換熱器短接、自動(dòng)排氣定壓補(bǔ)水裝置接管閥門關(guān)閉、艙內(nèi)供水支路短接、監(jiān)控系統(tǒng)流量計(jì)可本地或遠(yuǎn)程讀數(shù)。②設(shè)備準(zhǔn)備狀態(tài)檢查：循環(huán)泵及控制柜完成單機(jī)調(diào)試，具備連續(xù)運(yùn)行條件；③串洗清潔劑準(zhǔn)備狀態(tài)檢查：清洗劑完成采購與合格證檢查、去離子水完成采購與合格證檢查；④其他：串洗清潔劑排放準(zhǔn)備、工裝濾芯清潔度及存放地檢查、系統(tǒng)異常應(yīng)急處置預(yù)案等。

5.3 第1次清水串洗

目的是全面清洗系統(tǒng)管路內(nèi)顆粒物，為后續(xù)的清洗劑清洗作準(zhǔn)備。

5.3.1 主管串洗

主供回水管路、分集水器、壓差平衡閥旁通管路等組成主管路，對(duì)主管路按以下流程進(jìn)行串洗。①確認(rèn)管路注水完畢，空氣排凈；確認(rèn)閥門狀態(tài)，保持主管路唯一暢通，其他環(huán)路關(guān)閉；②調(diào)整泵出口前閥門或采用變頻泵等措施，使主管流速分別在～1.5 m/s、～2 m/s、～3 m/s。串洗過程中，可分別換裝不同過濾精度濾器(100目、300目、400目)；③串洗過程中，對(duì)管路焊縫、彎頭、管路底部等易產(chǎn)生顆粒物或沉積物處，使用橡膠錘或木錘，在不破壞管路及密性的前提下，進(jìn)行適當(dāng)力度的敲擊。串洗過程中，以溫度傳感器或點(diǎn)溫計(jì)的形式，監(jiān)測(cè)管壁升溫，保持溫度不超過50 ℃；定期檢查濾網(wǎng)是否完整和牢固并及時(shí)清洗；及時(shí)處理串洗過程中出現(xiàn)的異常情況，形成按詳細(xì)的串洗記錄；串洗合格后轉(zhuǎn)入艙內(nèi)管路串洗。

5.3.2 艙內(nèi)管路串洗

選定任一艙室開展艙內(nèi)管路串洗。①確認(rèn)艙內(nèi)管路注水完畢，空氣排凈；②確認(rèn)閥門狀態(tài)，保持主管路與艙內(nèi)供水管路唯一暢通，其他環(huán)路關(guān)閉；③調(diào)整泵出口前閥門或采用變頻泵等措施，使主管流速在～2.5 m/s。串洗過程中，始終采用400目濾器；依次開啟艙內(nèi)各支路，保持支路流速在3 m/s以上，逐一進(jìn)行串洗。其他串洗要求與主管串洗相同。串洗合格后，關(guān)閉艙室主支路供回水閥，確保與主管隔斷。串洗下個(gè)艙室艙內(nèi)管路時(shí)，重復(fù)本操作流程。所有艙室串洗合格后，本階段串洗結(jié)束。

圖6 串洗原理示意

5.4 清洗劑串洗與排放

采用不銹鋼管路專用清洗劑(如CLF-700、3M不銹鋼清洗液等)，按清洗劑濃度配比要求，配置好清洗溶液并完成全管路加注，排凈空氣，進(jìn)行全系統(tǒng)循環(huán)串洗，總清洗時(shí)間不得少于12 h。清洗劑串洗也采用主管與艙內(nèi)支管分開串洗方法，與清水串洗相同。

清洗劑串洗完成后，應(yīng)立即將清洗溶液排出，避免在管路二次沉積與附著；清洗溶液排放應(yīng)徹底，對(duì)系統(tǒng)可能淤積部位進(jìn)行全面泄放；清洗液排放完畢后，打開注水管路，視情對(duì)系統(tǒng)全面換水清洗2～3次；形成按詳細(xì)的串洗記錄。

5.5 第2次清水串洗與排空

本階段串洗目的是全面完成管路最后一道串洗，使管內(nèi)顆粒物含量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。串洗前系統(tǒng)注滿水，排出空氣，串洗方法與第1次清水串洗相同。串洗周期和換水次數(shù)，可根據(jù)濾網(wǎng)情況確定，檢查濾網(wǎng)表面，濾網(wǎng)多次潔凈且無肉眼可見顆粒物時(shí)，可考慮轉(zhuǎn)入去離子水串洗。

本次系統(tǒng)需全面徹底排空，推薦根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際容量和實(shí)際排水量，校核排空情況；對(duì)管路折彎密集部位、長距離輸送下沉部位、底部管路等淤積部位，拆除法蘭連接進(jìn)行排空。

5.6 去離子水加注與串洗

去離子水應(yīng)選用正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，水質(zhì)達(dá)到國家電子級(jí)EW-II及以上標(biāo)準(zhǔn)[5]，pH值在7～8間，推薦與射頻設(shè)備單位會(huì)簽確認(rèn)。去離子水串洗循環(huán)時(shí)間應(yīng)不小于6 h，清洗結(jié)束后，采用氯離子檢測(cè)儀，檢查管路去離子水中的氯離子含量是否超過100 mg/L。如去離子水氯離子含量超標(biāo)，應(yīng)將整個(gè)系統(tǒng)排凈后重新注入去離水進(jìn)行二次沖洗。要求前述工藝都落實(shí)到位，去離子水排空前，申請(qǐng)顆粒物含量第三方檢測(cè)。

5.7 氮?dú)獯党?/h3>

采用干燥高純度氮?dú)?顆粒度為≯3 μm；純度為≮99.9%)進(jìn)行管道氮?dú)獯党?，吹除壓力約為0.5 MPa，完全去除管道中殘留的去離子水。按照從上到下，先艙內(nèi)后艙外的順序進(jìn)行。

管道吹除時(shí)，應(yīng)注意預(yù)先應(yīng)最大限度排空系統(tǒng)內(nèi)存水，否則將導(dǎo)致氣源耗量數(shù)倍增加。

5.8 系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)

系統(tǒng)串洗交驗(yàn)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)原。復(fù)原中不得帶入新的顆粒和氯離子污染物：拆除短接軟管、濾器、觀測(cè)管等串洗臨時(shí)工裝。按系統(tǒng)原理復(fù)裝管路及附件，對(duì)復(fù)裝件進(jìn)行內(nèi)表面潔凈度檢查，必要時(shí)采用去離子水沖洗并干燥。復(fù)裝工序管路潔凈度控制小組應(yīng)全程監(jiān)督。

6 結(jié)論

射頻冷卻液管路清潔工藝為系統(tǒng)施工建造期間的關(guān)鍵工藝，施工單位應(yīng)予以充分重視，成立專項(xiàng)項(xiàng)目組確保各項(xiàng)技術(shù)要求落實(shí)到位，同時(shí)注意以下技術(shù)問題。①串洗用短接管內(nèi)部應(yīng)光滑無折彎，禁止選用波紋管；②材質(zhì)為316L或耐蝕橡膠，禁止采用鍍鋅鋼管等。串洗用濾器，材質(zhì)應(yīng)為316L，濾芯應(yīng)耐沖刷，使用時(shí)濾芯牢固無脫落。其他串洗工裝與水接觸部位金屬材料推薦采用316L，非金屬材料采用聚四氟乙烯。冷卻液管內(nèi)部正常應(yīng)為光滑干凈呈現(xiàn)出暗灰白色，無金屬顆粒物或其他雜質(zhì)附著?，F(xiàn)場(chǎng)封堵用堵帽、堵頭、盲板法蘭等，應(yīng)注意其自身潔凈度需達(dá)標(biāo)。

串洗期間應(yīng)控制系統(tǒng)工作壓力不超過設(shè)計(jì)壓力1.4 MPa。串洗期間出現(xiàn)濾網(wǎng)顆粒物增多等現(xiàn)象，應(yīng)立即停止串洗，對(duì)全系統(tǒng)排查。串洗期間，如條件具備應(yīng)盡可能多次換水，同時(shí)水源注水時(shí)，應(yīng)加裝高精度過濾器(40 μm)。采用變頻泵串洗時(shí)，可多次調(diào)節(jié)頻率，改變流速；條件具備時(shí)，可改變流向反沖，效果更好。串洗期間，各管路閥門應(yīng)定期旋動(dòng)；對(duì)于清洗盲區(qū)，如泄放管段、濾器底部等，應(yīng)定期泄放清理。

所提出的潔凈度工藝控制方法已經(jīng)過了實(shí)際工程驗(yàn)證和完善，可有效降低工程項(xiàng)目20%以上工作量及成本，縮短串洗周期3個(gè)月以上。