青島遠(yuǎn)洋運輸有限公司 劉廣利

空壓機(jī)空冷器漏泄故障的分析與處理

青島遠(yuǎn)洋運輸有限公司 劉廣利

從一起SPERRE HV2/200空壓機(jī)空氣冷卻器漏泄故障引發(fā)副機(jī)淡水高溫報警出發(fā)，分析空壓機(jī)空冷器漏泄故障原因，提出預(yù)防措施和管理對策，并提供一種較為實用的冷卻器芯子查漏方法。

空氣冷卻器；漏泄；副機(jī)淡水；高溫報警

一、故障情況

某船是一艘149 906載重噸的好望角型遠(yuǎn)洋散裝貨船，船齡15年。配備日本制造SPERRE HV2/200船用二級主空壓機(jī)2臺?？諌簷C(jī)轉(zhuǎn)速為1 150 r/min，排氣量為177 m3/h，一級額定排氣壓力為0.64 MPa，二級額定排氣壓力為3.0 MPa，功率32.9 kW。

某日，船舶完貨開航，主機(jī)頻繁啟動、停車和換向，兩臺空壓機(jī)自動啟動并聯(lián)工作向空氣瓶補氣。突然，與No.2副機(jī)并聯(lián)供電的No.3副機(jī)淡水高溫報警，集控室及機(jī)旁檢查發(fā)現(xiàn)副機(jī)淡水壓力輕度波動0.02 MPa左右。此時，單臺副機(jī)負(fù)荷僅280 kW，距離單機(jī)正常負(fù)荷500 kW甚遠(yuǎn)，推測出淡水高溫不是由于副機(jī)負(fù)荷大而引起的。啟動No.1副機(jī)并電，停No.3副機(jī)，后No.2副機(jī)淡水高溫報警。換用備用的No.1低溫淡水泵，停No.2低溫淡水泵，No.2副機(jī)淡水高溫報警只能短時消除，副機(jī)淡水壓力同樣波動。

引航員在船，船舶機(jī)動航行不可失去動力。情況緊急，為防止副機(jī)淡水高溫停車跳電事故發(fā)生，只好卸載空調(diào)、冰機(jī)和部分風(fēng)機(jī)等次要負(fù)載，降低No.2副機(jī)負(fù)荷，維持運轉(zhuǎn)。繼續(xù)查找副機(jī)淡水壓力波動、副機(jī)淡水高溫原因。

交替起停No.1、2低溫淡水泵，停用泵機(jī)械軸封未見有水滲漏，非機(jī)械軸封處漏入空氣。檢查中央冷卻系統(tǒng)膨脹水柜，水面有氣泡冒出。打開膨脹水柜泄水閥放出部分淡水，降低水柜水位，露出副機(jī)、空壓機(jī)冷卻水回水管，發(fā)現(xiàn)兩回水管內(nèi)淡水均有氣泡。迅速檢查空壓機(jī)上方冷卻水回水管路透鏡，發(fā)現(xiàn)No.1空壓機(jī)回水管路透鏡有大量氣泡，停用該機(jī)后氣泡消失。5 min后，副機(jī)淡水壓力穩(wěn)定。

通知船長，主機(jī)由駕駛臺控制轉(zhuǎn)為集控室控制，人工啟動主機(jī)以便節(jié)省啟動空氣，使用No.2空壓機(jī)持續(xù)補氣，指派一人做好隨時啟用備用主空氣瓶的準(zhǔn)備，直至引航員離船。

二、空氣冷卻器結(jié)構(gòu)及故障查找

該船使用中央冷卻系統(tǒng)進(jìn)行動力系統(tǒng)冷卻。使用不同溫度的兩個單獨的淡水循環(huán)系統(tǒng)：82 ℃的高溫淡水和36 ℃的低溫淡水閉式系統(tǒng)。前者用于冷卻主機(jī)，后者用于冷卻高溫淡水和副機(jī)、空壓機(jī)及各種冷卻器。受熱后的低溫淡水在一個中央冷卻器中由開式海水系統(tǒng)冷卻。[2]

低溫淡水由中央冷卻泵泵出，分別冷卻副機(jī)缸套、缸頭、空冷器、滑油冷卻器和空壓機(jī)缸蓋、缸套、殼管式級間冷卻器、后冷卻器及主機(jī)、冰機(jī)各冷卻器，其回水一路經(jīng)總管匯集后流至中央冷卻低溫淡水泵（共2臺）入口處，副機(jī)、空壓機(jī)及各冷卻器回水另一路通中央冷卻系統(tǒng)膨脹水柜以便驅(qū)氣。副機(jī)、空壓機(jī)均沒有自帶泵。

SPERRE HV2/200空壓機(jī)級間冷卻與后冷卻采用殼管式淡水冷卻器。級間冷卻可以降低排氣溫度和減少功耗。后冷卻可以減少排氣比容，提高氣瓶儲量和減輕氣壓降低程度，并使排氣中的油和水的蒸氣冷凝而便于分離。[3]

空壓機(jī)殼管式級間冷卻器與后冷卻器結(jié)構(gòu)尺寸相同，設(shè)計為臥式，外殼與機(jī)體選用優(yōu)質(zhì)鑄鋼鑄造為一體，壁厚，保證絕對耐壓。每個冷卻器前、后端蓋與冷卻器殼體及壓縮機(jī)缸蓋螺栓連接，拆裝維修方便。冷卻器芯子管束采用優(yōu)質(zhì)黃銅管，管徑大，流量大，散熱系數(shù)高。兩端焊接圓管板，管板上鉆有許多孔，對應(yīng)孔中裝有一根黃銅管，管與管板的連接用脹管密封固定。冷卻器內(nèi)有兩個相互隔開的空間，即以管板、冷卻管束外壁與鑄鋼殼體內(nèi)壁組成的一個空間，由下而上流動低溫淡水；由20根黃銅管束內(nèi)壁與兩個端蓋氣腔組成另一個空間，流動的是壓縮空氣。冷卻水腔與壓縮空氣腔依靠套在冷卻器前、后圓管板的橡皮專用密封圈隔開。

船舶定速后，兩冷卻器放殘后未見殘水放出，說明0.27 MPa壓力下冷卻水沒有經(jīng)冷卻器芯子或密封圈滲漏入氣腔；打開低壓吸入閥、高壓排出閥各1只檢查，缸套內(nèi)未見有殘水，說明缸頭、缸套正常；檢查空壓機(jī)冷卻水腔防爆透明有機(jī)玻璃未見損傷。

為徹底查清漏泄故障，將No.2空壓機(jī)后冷卻器芯子抽出來，替換No.1空壓機(jī)級間冷卻器與后冷卻器芯子，進(jìn)行空壓機(jī)運轉(zhuǎn)試驗。發(fā)現(xiàn)該冷卻器芯子替換成No.1空壓機(jī)后冷卻器芯子后，空壓機(jī)冷卻水回水透鏡氣泡消失。據(jù)此可以確認(rèn)No.1空壓機(jī)后冷卻器芯子漏泄。

高壓空氣經(jīng)后冷卻器管束漏入壓縮機(jī)冷卻水形成大量氣泡，大部分帶有氣泡的回水由低溫淡水泵吸入，部分氣泡回到膨脹水柜。含有大量氣泡的淡水由低溫淡水泵泵出后冷卻副機(jī)缸套、缸頭等，氣泡來不及經(jīng)副機(jī)淡水系統(tǒng)回水管回到膨脹水柜。含有大量氣泡的淡水在冷卻系統(tǒng)循環(huán)，換熱冷卻效果差，來不及帶走副機(jī)缸套、缸頭熱量致副機(jī)淡水高溫報警。因No.3副機(jī)離低溫淡水泵最近，氣泡先進(jìn)入No.3副機(jī)淡水系統(tǒng)，導(dǎo)致副機(jī)淡水高溫報警，而No.1副機(jī)離低溫淡水泵最遠(yuǎn)，影響略小。

三、空氣冷卻器管束漏泄故障原因分析、預(yù)防措施和管理對策

該船僅配備2臺主空壓機(jī)，主機(jī)型號MAN-B&W 6S70MC，一直駕控，耗氣量較大；甲板敲銹氣動工具、前后汽笛、舷梯均使用壓縮空氣。集控室控制電腦顯示，空壓機(jī)吊缸后工況良好時，正常狀況下，空壓機(jī)運轉(zhuǎn)20 min，停40 min。吸、排閥積炭臟污后，空壓機(jī)運轉(zhuǎn)40 min，停20 min?？諌簷C(jī)運轉(zhuǎn)時間過長，導(dǎo)致缸套磨損大，吸排閥溫度高易積炭，閥片及彈簧片破碎，鋁質(zhì)活塞損傷；加上該空壓機(jī)底座為彈性連接，振動大，致輸出軸油封多次損壞。

1.故障的可能原因

（1）制造有缺陷或黃銅管質(zhì)量差。

（2）空壓機(jī)閥片及彈簧片破碎，碎片損傷冷卻器管束。

（3）空壓機(jī)底座為彈性連接，振動幅度過大；振動橫擺加速度大，冷卻器管束振動過強。[1]

（4）冷卻器管束在冷卻水、含水蒸氣空氣作用下產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。

（5）冷卻器管束加工制作過程產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，黃銅管發(fā)生應(yīng)力腐蝕季裂。[1]

（6）冷卻器管束金屬表面產(chǎn)生微觀電化學(xué)腐蝕和穴蝕破壞。[1]

（7）冷卻水腔內(nèi)鋅塊腐蝕完后沒有進(jìn)行檢查及定期更換，不能有效防止穴蝕等電化學(xué)腐蝕。[1]

2.預(yù)防措施和管理對策

（1）加強中央冷卻水系統(tǒng)冷卻水管理，降低冷卻水對冷卻器管束的腐蝕。冷卻水系統(tǒng)定期化驗、投藥、排污，并做好相關(guān)記錄歸檔。

（2）冷卻水盡量使用造水機(jī)的蒸餾水，從水的來源上把關(guān)。

（3）船舶廠修時，冷卻器由專業(yè)廠家定期檢查、試壓。

（4）定期檢查保養(yǎng)級間冷卻器、氣液分離器后的泄放電磁閥，及時泄放殘油、殘水。

（5）冷卻水腔內(nèi)鋅塊堅持定期檢查更換（即使是淡水冷卻），防止空冷器管束穴蝕等電化學(xué)腐蝕。

（6）冷卻水腔定期清洗、除垢、放殘。

（7）適當(dāng)縮短空壓機(jī)檢修周期，預(yù)防吸、排閥積炭嚴(yán)重和閥片及彈簧片破碎，防止碎片損傷冷卻器管束。

（8）對船舶空氣管路以及設(shè)備跑、冒、漏及時查漏、滅漏，縮短空壓機(jī)運轉(zhuǎn)時間。

（9）建議船公司加裝甲板空壓機(jī)或控制空壓機(jī)或輔助空壓機(jī)，減少主空壓機(jī)運轉(zhuǎn)時間。

四、空氣冷卻器管束查漏方法

空壓機(jī)空氣冷卻器殼體鑄造在機(jī)體上，因水腔進(jìn)、出口在機(jī)體內(nèi)，拆除冷卻器端蓋后，冷卻器芯子不易固定，水腔難以密封，無法用常規(guī)冷卻器芯子外部水壓泵壓，利用查看冷卻器芯子銅管內(nèi)是否有水流出的方法進(jìn)行查漏。

選用軟木車制多只錐形木塞將冷卻器芯子銅管一端全部封堵，將冷卻器芯子豎直浸入水中，用0.65 MPa日用空氣逐根銅管吹氣試漏，未見明顯氣泡冒出，說明裂紋較小，低壓下漏泄不明顯。

冷卻器芯子黃銅管束管徑（20 mm）大，管束間距較大，管板厚實牢固。制作如圖1所示工具，采用單根冷卻銅管泵壓查漏的方法解決了上述難題。

1.專用工具制作

（1）壓蓋制作：選取一根外徑為40 mm的銅棒，截取一段長度為50 mm的銅棒制作一只壓蓋，如圖1所示，端面須光滑平整。中心線位置先用8 mm鉆頭鉆一通透孔，后用14 mm鉆頭擴(kuò)孔。一端再用26 mm鉆頭擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度20 mm。將上述銅件中部對稱鉆8.5 mm底孔，攻G1''/8密封內(nèi)螺紋，一孔接0～5.0 MPa的1''/8壓力表，另一孔接1''/8接頭連接1只高壓截止閥。壓蓋制作2只，其中1只中部無須鉆孔攻絲，長度可為40 mm。

圖1 空氣冷卻器管束泵壓查漏示意圖

（2）螺帽密封蓋制作：因普通絲桿系非密封螺紋，高壓下難以密封?？梢詫?只M14的螺帽自由狀態(tài)旋在一根螺桿上，然后將2只螺帽縫隙焊接，再把一個螺帽旋入一小段螺桿密封焊接。制作密封蓋2只。

（3）壓蓋墊床制作：使用高壓紙板床制作，外徑40 mm，墊床內(nèi)徑26 mm（尺寸稍大于冷卻銅管外緣，以便泵壓檢查冷卻銅管與管板脹管密封處是否漏泄）。制作墊床40只。

（4）選取一根M14的絲桿，截取適當(dāng)長度（長度略小于冷卻器芯子長度、2只紙板墊床厚度、2只M14紫銅床厚度與2只M14螺帽厚度之和）。

2.泵壓查漏

如圖1所示，將絲桿插入空冷器芯子銅管，放墊床、壓蓋、紫銅床，旋上螺帽密封蓋。非密封螺紋絲桿依靠螺帽密封蓋和紫銅墊床密封。將空冷器芯子豎直放置，用壓力表校表用水壓手扦泵泵壓（也可使用油壓手扦泵或主機(jī)液壓泵壓裝置替代），上部螺帽密封蓋放氣出水后上緊密封蓋，泵壓至3.3 MPa（高壓級安全閥壓力）關(guān)截止閥，靜置30 min后，觀察壓力表壓力是否下降。

上述冷卻器芯子管束泵壓檢查，2根冷卻銅管漏泄。車制錐形銅塞4只，封堵漏泄銅管，裝復(fù)后冷卻器、No.1空壓機(jī)運轉(zhuǎn)試驗良好。

五、結(jié)束語

壓縮空氣是船舶主柴油機(jī)啟動、換向和發(fā)電柴油機(jī)啟動及機(jī)艙自動控制元件的動力源?？諌簷C(jī)是向壓縮空氣瓶供氣的重要船舶輔機(jī)[3]，應(yīng)當(dāng)采取一切可能和有效手段，保持空壓機(jī)良好工況。

上述空氣冷卻器查漏方法是對不能用常規(guī)冷卻器殼體內(nèi)加壓確定冷卻器管束漏泄方法的有效補充，也適用于主機(jī)、部分副機(jī)空冷器等冷卻器管束的查漏。特殊情況下，這種查漏方法值得借鑒使用。

[1]滿一新.輪機(jī)維護(hù)與修理[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2000:36,38.

[2]杜榮銘.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1999:174.

[3]費千.船舶輔機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2000:67,73,74.

Failure analysis and repair of air cooler for main air compressor