航行狀態(tài)下船用主冷凝器凝水鹽度升高故障分析與排除

童大鵬，諶 強(qiáng)，尤 江

（1.海軍士官學(xué)校，安徽蚌埠 233010；2.91257部隊，浙江舟山 316000）

現(xiàn)代船舶蒸汽動力裝置主要由鍋爐、汽輪齒輪減速機(jī)組、軸系及其它輔機(jī)組成。由鍋爐裝置產(chǎn)生的過熱新蒸汽，在高壓汽輪機(jī)中做功后再到低壓汽輪機(jī)中做功，實現(xiàn)蒸汽能量的梯級利用。高、低壓汽輪機(jī)（簡稱為主機(jī)）經(jīng)齒輪減速器把轉(zhuǎn)矩傳到軸系，通過螺旋槳推動船舶前進(jìn)或后退。做功后的廢蒸汽排入主冷凝器，在其中被冷凝成水，凝水由凝水泵抽出后通往抽氣器作為冷卻水，然后送往除氧器中除氧，再由增壓泵將除氧后的凝水抽出，送往給水泵，由給水泵送回鍋爐裝置，再受熱蒸發(fā)變成蒸汽，再次送往主機(jī)做功，形成連續(xù)的蒸汽動力裝置汽水循環(huán)。

1 故障現(xiàn)象

某型蒸汽動力船在執(zhí)行任務(wù)期間，值班人員發(fā)現(xiàn)2#主機(jī)監(jiān)控面板上顯示凝水鹽度值緩慢升高，在未達(dá)到警戒值（警戒值為凝給水系統(tǒng)離子交換器進(jìn)口鹽度高于0.55 mg/L）前采取校正鹽度計的措施，并上報機(jī)電部門指揮所請示化驗。值班人員檢查凝水鹽度顯示表后確認(rèn)其工作正常，此時凝水鹽度繼續(xù)升高，直到超過表顯量程（2 mg/L）。

凝水鹽度升高會對汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）航行狀態(tài)下，船舶對高機(jī)動性的特殊要求使得主汽輪機(jī)組必須處于規(guī)定的狀態(tài)，需要保持出航準(zhǔn)備等級。如果沒有及時排除凝水鹽度升高的故障，一旦鹽度超過警戒值會使整個梯次的動力系統(tǒng)不能投入工作，導(dǎo)致船舶不能按照上級指令及時變更狀態(tài)。

2）海上航行期間，凝水鹽度升高會影響離子交換器中交換樹脂的正常工作，甚至?xí)斐呻x子交換失效的嚴(yán)重后果。同時，船上所配人員和裝備并不具備更換離子交換器交換樹脂的條件和能力，因此必須及時處理凝水鹽度升高的問題。

3）凝水鹽度升高會污染正在使用的爐水。爐水作為蒸汽動力裝置汽水循環(huán)的工質(zhì)，對其質(zhì)量要求較高，受污染的爐水棄之不用會造成爐水的損失，備用水柜及造水機(jī)生產(chǎn)的爐水雖然能夠保障一個動力梯次的爐水更換，但需要調(diào)用全部備用爐水。若備用爐水量低于警戒值，會限制船舶的航行距離。

2 裝備結(jié)構(gòu)原理

某型船汽輪機(jī)組采用凝汽式，即機(jī)組排出的乏汽通過冷凝的方式進(jìn)行回收，因此汽輪機(jī)組配置有專門的凝汽裝置。凝汽裝置是汽輪機(jī)組的重要組成部分，在蒸汽動力裝置的汽水循環(huán)中起冷凝蒸汽的作用。乏汽在冷凝器內(nèi)的凝汽管外放熱后被冷凝成水，而冷卻水在凝汽管內(nèi)吸熱后被排出舷外。蒸汽動力船凝汽系統(tǒng)示意圖如圖1 所示，圖1中主冷凝器的類型為自流、表面式、單流程冷凝器，其含義分別如下。

圖1 蒸汽動力船凝汽系統(tǒng)示意圖

1）自流冷凝器。即主冷凝器中的冷卻水采用自流式循環(huán)水系統(tǒng)供給。當(dāng)船舶高速前進(jìn)時，海水相對于船舶以高速向后流，從而克服主冷凝器及管路的阻力自行通過主冷凝器。航速越高，海水流量也就越大。

2）表面式冷凝器。即蒸汽在凝汽管的表面上凝結(jié)，而冷卻水在凝汽管內(nèi)流動，蒸汽與冷卻水互不接觸。

3）單流程冷凝器。即冷卻水在凝汽管中只流過1次，通過出口水室流出主冷凝器。

進(jìn)入到主冷凝器的蒸汽與凝汽管外表面接觸并冷凝，把汽化潛熱傳給在凝汽管內(nèi)部流過的舷外循環(huán)海水，循環(huán)海水由循環(huán)水泵或自流循環(huán)系統(tǒng)提供。循環(huán)海水由進(jìn)口水室流入，沿著凝汽管流到出口水室，而后流入排水管道。伴隨著冷凝過程，在主冷凝器內(nèi)占據(jù)極大比例的蒸汽分壓力迅速下降，未凝結(jié)的蒸汽及系統(tǒng)漏入的空氣被抽氣器抽出，使主冷凝器形成高度的真空。

主冷凝器中的凝汽管束為菱形排列，其材料為銅鎳合金。在主冷凝器內(nèi)設(shè)置了5塊由黃銅制成的中間隔板，以避免管束振動引起的損壞。凝汽管束與內(nèi)、外管板均為強(qiáng)度脹接，內(nèi)、外管板與水室法蘭以及殼側(cè)法蘭則通過特制雙頭螺柱和特制螺母連接在一起。內(nèi)管板空腔設(shè)置有放氣口、放水口，以檢查凝汽管束與管板脹接接頭的嚴(yán)密性。如果凝汽管束與外管板脹接接頭密封性被破壞，在雙管板空腔檢漏口則會檢測出海水。

3 故障原因分析

根據(jù)修理經(jīng)驗，凝水鹽度升高通常有以下原因：①主機(jī)汽封抽汽冷卻器海水管路接頭破損；②主冷凝器冷卻水室凝汽管破損或接口密封破壞；③造水機(jī)凝水鹽度超標(biāo)；④汽輪發(fā)電機(jī)汽封抽汽冷卻器凝汽管或接頭破損；⑤污冷凝水柜凝水鹽度超標(biāo)；⑥機(jī)艙疏水管在主機(jī)抽真空時，吸入了鹽度較高的艙底水。

針對以上幾種情況，首先對凝給水系統(tǒng)不同部位的凝水進(jìn)行了2次取樣化驗，取樣時間間隔為15 min，凝給水系統(tǒng)不同部位凝水鹽度2 次化驗結(jié)果分別如表1、表2所示。

表1 凝給水系統(tǒng)不同部位凝水鹽度第一次化驗結(jié)果 mg/L

表2 凝給水系統(tǒng)不同部位凝水鹽度第二次化驗結(jié)果 mg/L

隨后繼續(xù)對凝給水系統(tǒng)不同部位凝水進(jìn)行取樣化驗，除主冷凝器中凝水鹽度持續(xù)上升為75.5 mg/L、135.0 mg/L、175.0 mg/L、249.0 mg/L、323.0 mg/L 以外，其余各處凝水鹽度值變化幅度較小。根據(jù)化驗結(jié)果可做出以下判斷：引起凝給水系統(tǒng)凝水鹽度升高的原因為主冷凝器凝水室凝汽管破損或脹管處密封破壞，冷卻用海水經(jīng)損壞或不密封處漏入主冷凝器的凝水室與冷凝水混合，從而引起凝水鹽度升高。

4 故障排除

4.1 一般處置流程

根據(jù)某型船裝備技術(shù)要求，主冷凝器凝水室冷卻海水管束為菱形排列的帶狀型管束，管子內(nèi)徑為13 mm，外徑為16 mm，排管節(jié)距為22.5 mm，單管長3.02 m，總數(shù)為6 000 根。利用脹管把凝汽管固定在兩側(cè)管板上（如圖1）。為防止冷卻海水通過脹管連接處的縫隙進(jìn)入主冷凝器，兩側(cè)的管板為雙層。在內(nèi)管板上加工出5 mm 深的空腔，以此可發(fā)現(xiàn)冷卻海水進(jìn)入腔室的痕跡。如果脹管連接處的密封被破壞，海水會通過內(nèi)管板上的孔由上述腔室自由地流出。因此，可先通過排查此處的脹管密封，在排除脹管處不密封的情況之后，可斷定是凝汽管中的1 根或多根發(fā)生中間部位泄漏。泄漏部位常規(guī)排查方法為：關(guān)閉主冷凝器冷卻海水全部進(jìn)口、排出口，排空主冷凝器海水室內(nèi)的冷卻水，維修人員通過人孔進(jìn)入到管板位置，使用高壓空氣逐個吹除凝汽管束，吹干后逐漸提高主冷凝器凝水室的水位，因凝水自身壓力而出現(xiàn)水漬的位置可確定為泄漏部位。

4.2 特情處置流程

經(jīng)過排查，確定凝水鹽度升高是由凝汽管泄漏造成的，常規(guī)處置流程中吹除6 000 根凝汽管耗時較長，泄漏部位定位緩慢且準(zhǔn)確度不高，需要由操作人員打開主冷凝器的進(jìn)、出口水室，此時機(jī)組需要停機(jī)維護(hù)。而在船舶執(zhí)行任務(wù)過程中，需保持戰(zhàn)術(shù)機(jī)動性，機(jī)組仍處于工作狀態(tài)，不能停機(jī)。針對此特情，經(jīng)過研究并報指揮部同意后，決定采用反向思維，采取先將海水室排空后加注壓縮空氣的方法確定漏水部位。加注壓縮空氣后，漏水部位由于壓差的作用會產(chǎn)生氣泡，維修人員通過海水室人孔進(jìn)行堵管處置。此方法相較于從6 000 根凝汽管逐個吹除來檢驗是否泄漏而言，更加快速準(zhǔn)確。但此方法需要從主機(jī)的低壓汽輪機(jī)人孔進(jìn)入主冷凝器上部腔室，在維修操作時需注意低壓汽輪機(jī)的溫度。在船舶航行狀態(tài)下，主冷凝器凝汽管泄漏故障的排查過程及處理步驟如下。

1）管控風(fēng)險，做局部封艙準(zhǔn)備，在主機(jī)中低壓汽輪機(jī)人孔附近搭建半封閉式工作空間，做到局部封艙，避免通風(fēng)所帶來的灰塵、異物通過人孔落入主機(jī)低壓汽缸及主冷凝器凝水室。

2）關(guān)閉主冷凝器海水室進(jìn)、出口所有閥門，海水室排空。

3）主冷凝器凝水室加水至水位表滿水狀態(tài)，注意防止加水過多導(dǎo)致水從汽輪循環(huán)水泵及主機(jī)低壓缸汽封處漏出。

4）主冷凝器排除空氣，經(jīng)干燥后用專用閥門在海水室建立一定壓力，打開低壓汽缸人孔，操作人員通過人孔進(jìn)入主機(jī)低壓汽輪機(jī)下方，也就是主冷凝器凝水室上腔空間，觀察此腔室因海水室加壓而產(chǎn)生的氣泡，確定氣泡位置。

5）鎖定氣泡位置后，可預(yù)估發(fā)生泄漏的凝汽管所處的大致位置。暫時封閉低壓汽缸人孔，打開離氣泡位置最近的主冷凝器凝水室人孔，排查人員進(jìn)入凝水室后，用高壓空氣吹除以確定具體的泄漏水管。

6）鎖定漏水水管后，在兩端使用專用的白鋼堵頭進(jìn)行堵管。

7）堵管后封閉人孔，再次對主冷凝器海水室進(jìn)行加壓，同時觀察凝水室，如無氣泡產(chǎn)生則堵管成功。

8）關(guān)閉主冷凝器凝水室人孔和低壓汽缸人孔，打開主冷凝器凝水室進(jìn)、出口閥門，使艙外水充滿整個凝水室，調(diào)整凝水室水位，同時對各部位水質(zhì)進(jìn)行化驗。

5 備航檢驗

完成以上故障排除流程后，按照正常程序進(jìn)行備航。鍋爐轉(zhuǎn)自動工作后，對凝給水系統(tǒng)各部位凝水持續(xù)進(jìn)行取樣、化驗、監(jiān)控。結(jié)果表明，離子交換器進(jìn)口位置凝水鹽度逐漸遞減至鹽度表量程以下，而后遞減至0.1 mg/L 以下。經(jīng)化驗，凝水鹽度最低為0.07 mg/L，且多次取樣化驗后其值未上升，凝水鹽度升高故障排除完畢。

6 結(jié)束語

主冷凝器是汽輪機(jī)組的重要組成部分，從主機(jī)來的蒸汽在主冷凝器內(nèi)的凝汽管外放熱后被冷凝成水，而冷卻海水在凝汽管內(nèi)吸熱后排出舷外，在整個蒸汽動力裝置的汽水循環(huán)中起冷凝作用。在船舶航行過程中，主冷凝器凝汽管發(fā)生了泄漏，導(dǎo)致凝水鹽度超過警戒值，針對這一特情，采取海水室排空后加注壓縮空氣的方法快速確定了漏水部位，及時排除了故障。在故障排除過程中還應(yīng)注意以下事項。

1）因為故障排除是在海上進(jìn)行的，且船舶仍處于航行狀態(tài)，考慮到風(fēng)浪、潮汐、涌浪等因素，操作人員從低壓汽缸人孔進(jìn)入主冷凝器凝水室上端進(jìn)行檢查時，需特別注意將維修工具、眼鏡、手電等用繩子固定，避免掉落。低壓汽缸人孔除了四周防護(hù)外，還需要安排專人把守，禁止無關(guān)人員靠近。

2）采取海水室排空后加注壓縮空氣的方法高效快捷，但要注意高壓空氣壓力。在有條件的情況下盡量使用專用壓泵，且泵壓壓力保持在1 kg/cm2為宜。若使用高壓空氣，根據(jù)某型船特點可使用全船吹除系統(tǒng)的壓力為5 kg/cm2的壓縮空氣。裝備技術(shù)要求規(guī)定海水室不能經(jīng)受9 kg/cm2的瞬時壓力，從保護(hù)裝備的角度出發(fā)，即使是采用壓力為5 kg/cm2的壓縮空氣，為了避免爆管和對凝汽管的沖擊，需慢慢加壓，壓力閥門不能全開，有條件的情況下可在閥門后加裝壓力表實時監(jiān)控泵壓壓力。

3）故障排除完成后進(jìn)行備航時，要認(rèn)真檢查裝備系統(tǒng)，嚴(yán)格按照備航程序進(jìn)行操作，特別是主冷凝器凝水放水閥門要及時關(guān)閉，避免備航時影響主冷凝器內(nèi)真空。