林文城

(廈門海洋職業(yè)技術學院，福建 廈門 361012)

船舶伙食冷庫故障診斷和排除

林文城

(廈門海洋職業(yè)技術學院，福建 廈門 361012)

文章就船舶伙食冷庫運行中出現(xiàn)制冷能力下降的實例，借助故障的表征和制冷理論知識，全面分析和鑒別故障產(chǎn)生的機理，最后針對性提出故障的排除措施和日常維護管理的注意事項，拋磚引玉，與同行共勉。

船舶伙食冷庫；不凝性氣體；制冷量；軸功率

壓縮式制冷是現(xiàn)今應用最普遍的，也是船舶伙食冷庫的主要制冷方法。壓縮機抽取蒸發(fā)器出口的過熱蒸汽，進行壓縮，向冷凝器排出高溫高壓的過熱蒸汽。冷卻水在冷凝器內(nèi)吸收熱量，使制冷劑放出熱量，且狀態(tài)由過熱蒸汽降溫變成飽和蒸氣、濕飽和蒸汽和飽和液體，最后成為過冷液體排出。高壓的過冷液體制冷劑，經(jīng)過膨脹閥的節(jié)流降壓后，變成低溫低壓的濕飽和蒸汽。而濕飽和蒸汽在冷風機蒸發(fā)器低溫氣化，大量吸收冷庫中空氣的熱量，使冷庫維持在設定的溫度范圍內(nèi)。在蒸發(fā)器內(nèi)氣化吸熱后的制冷劑最終成為過熱蒸氣重返壓縮機，完成熱力學上的循環(huán)過程[1]，如圖1所示。

圖1 蒸氣壓縮式制冷原理圖

1 故障的表征

某5萬總噸船舶的食品冷藏庫共有4個，分別為2個低溫庫、2個高溫庫。此外，還有1個冷藏緩沖間。各冷庫容積如下：肉庫22.4 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；魚庫16.2 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；菜庫32.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；日用庫12.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；緩沖間16.8 m3(5 ℃±1.5 ℃)。選用型號為FA-2LSYF的壓縮機2臺，且所有冷庫蒸發(fā)器都選擇冷風機，選用R22作為制冷劑。

某次伙食冷庫在周期性維護保養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)壓縮機運行時間長，進一步檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機的排氣壓力和溫度都偏大，甚至出現(xiàn)高壓繼電器動作導致壓縮機保護性停車的情況，輪機技術人員只能采取調(diào)高高壓繼電器的壓力值才得以排除故障；另外，冷庫制冷速度減緩和制冷能力降低的狀況也一直存在。

2 故障的分析

基于這種狀況，首先檢查高低壓繼電器、水量自動調(diào)節(jié)閥、溫度繼電器、供液電磁閥、壓差繼電器和熱力膨脹閥等自動化元件的運行狀態(tài)，排除這些元件和儀器儀表的故障。根據(jù)故障表現(xiàn)，壓縮機排氣壓力升高，即冷凝壓力升高，必然造成冷凝溫度的上升。而冷凝溫度的變化，對系統(tǒng)的制冷量和壓縮機的軸功率造成的影響，分析如下。

制冷壓縮機的制冷量Q0可由公式(1)來表示。

Q0=λV1q0/υ1，

(1)

式中：V1為壓縮機的理論排氣量；q0為制冷劑的單位制冷量；υ1為制冷劑在壓縮機吸入口的比容；λ為輸氣系數(shù)。

由公式(1)知，當冷凝溫度升高時，雖然壓縮機的理論排氣量和制冷劑在壓縮機吸入口的比容保持不變，但輸氣系數(shù)和制冷劑的單位制冷量都減小，所以造成系統(tǒng)的制冷量不足[1]。

制冷壓縮機的軸功率Pe可由公式(2)來表示：

Pe=λV1w0/v1ηe，

(2)

式中：w0為壓縮機的單位理論功；ηe為壓縮機的軸效率。

由公式(2)知，當冷凝溫度升高時，壓縮機的理論排氣量、制冷劑在壓縮機吸入口的比容和壓縮機的軸效率保持不變，雖然輸氣系數(shù)減小，但壓縮機的單位理論功增加幅度更大，故造成壓縮機軸功率反而增加。[1]

由此可見，系統(tǒng)的故障表現(xiàn)，符合冷凝溫度過高導致制冷系統(tǒng)壓縮機軸功率過大而制冷系數(shù)和制冷量不足的特征。導致冷凝壓力(冷凝溫度)升高的原因：①冷卻海水的流量不足或溫度過高；②冷凝器換熱能力下降；③制冷劑充注量過多；④制冷劑中含有不凝性氣體。

檢查冷凝器的冷卻水泵，發(fā)現(xiàn)泵的吸排壓差、實際功率和流量符合要求，同時海水的溫度也在設計的范圍內(nèi)。冷卻水進出口溫差在4.2 ℃，也沒有超出設計的范圍(3～5 ℃)。將冷卻水量調(diào)節(jié)閥設定為最大，發(fā)現(xiàn)冷凝壓力有所下降，但并沒有達到設計的數(shù)值。根據(jù)以上分析，排除冷卻水不足和水溫過高的問題。

冷卻管的臟污、堵塞和冷卻水側(cè)氣塞等，將導致冷凝能力不足。運用專用的化學清洗藥劑，摻配合適比例的水分，依據(jù)說明書上的規(guī)定步驟對冷凝器進行清洗。啟動冷卻水泵向冷凝器供水后，打開水側(cè)放氣旋塞進行放氣操作。冷凝器進出口壓差為0.17 MPa，排除管路堵塞的可能。經(jīng)過以上的處理，同樣發(fā)現(xiàn)冷凝壓力雖有降低但仍沒有達到設計的數(shù)值，排除冷凝器換熱不足的可能。

制冷劑充注量過多時，在冷凝器中液體制冷劑將浸沒冷卻管過多，從而減少換熱面積導致冷凝壓力和溫度的升高，同時增加蒸發(fā)壓力和溫度；另一方面，雖然系統(tǒng)制冷劑流量的增加，一定程度上增大了蒸發(fā)溫度和制冷量，但是蒸發(fā)溫度的升高也造成蒸發(fā)器和冷庫傳熱溫差的下降，抑制制冷量進一步增大且最終使制冷量下降。因此，制冷劑充注過量，終將導致系統(tǒng)運行中制冷系數(shù)和制冷量的降低以及壓縮機軸功率的增加；嚴重時將導致壓縮機液擊或因吸入壓力大，啟動負荷大的原因造成電機電流過大而燒毀。系統(tǒng)運行時，檢查儲液器內(nèi)液態(tài)制冷劑的液位計，發(fā)現(xiàn)液位位于1/3和1/2之間，排除制冷劑充注過量的情況。

在現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)冷凝條件下，空氣是不可能由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的，因此歸為不凝性氣體?？諝饣烊胫评鋭┲?，使冷凝器的換熱面積下降，制冷劑的冷凝溫度和冷凝壓力升高，從而造成壓縮機的排氣壓力和溫度升高，軸功率增大，而系統(tǒng)的制冷量下降。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運行中冷凝器壓力為1.72 MPa(絕對壓力，以下相同)，而冷凝溫度為40.1 ℃，查R22的壓焓圖得，對應的飽和壓力為1.56 MPa，實際冷凝壓力比飽和壓力大0.16 MPa，根據(jù)道爾頓定律，這多出來的壓力值應是制冷劑中不凝性氣體的壓力，也就是混進制冷劑中空氣的壓力值。考慮制冷系統(tǒng)的故障特點和以上分析，基本斷定本故障是由制冷劑中混進空氣所造成的。

3 故障的排除

因系統(tǒng)運行中冷凝器的壓力大，在排放空氣時難以控制，制冷劑的損耗量較大。另一方面，在充分冷卻的前提下，冷凝器中的制冷劑將大部分成為過冷液體而沉積在底部，由于空氣不凝結(jié)且密度小，故聚集在高處，本例冷凝器位置高于壓縮機，所以準備在冷凝器頂部的放空氣閥排除空氣，具體操作步驟如下。

1)切斷儲液器的出口閥門。

2)開機，把系統(tǒng)中的制冷劑連同不凝性氣體一起排入冷凝器中，然后停機，并關閉壓縮機排出管路上的閥門。為徹底排除空氣，可將壓縮機的高壓繼電器設定值調(diào)大和低壓繼電器設定值調(diào)小，避免在抽氣過程中壓縮機停機，造成在冷凝器和儲液器之外還有殘留氣體。

3)加大冷凝器冷卻水的流量，連續(xù)冷凝1～2 h，直至冷凝壓力穩(wěn)定在某一數(shù)值上(制冷劑充分冷凝為液體)?？諝獾拿芏刃?，聚集在冷凝器高處。

4)稍開放氣閥，讓氣體流出幾秒即關，稍停再重復。分次操作可減輕擾動，減少制冷劑損失。為了判斷放氣情況，可用手迎著氣流，如果感到像風一樣，表明放出的是空氣；如果手上出現(xiàn)油跡并有涼的感覺，且冷凝壓力下降得很快，降后又漸漸回升，則表明已經(jīng)放出制冷劑，此時應立即關閉放氣閥。以上放氣操作主觀臆測的成分太大，可能導致放氣不充分或制冷劑損耗過多，所以僅供放氣過程中的參考手段。嚴謹?shù)淖龇ㄊ牵好看畏艢夂笥^察冷凝器壓力表的實際讀數(shù)，達到冷凝溫度所對應的制冷劑飽和壓力即應結(jié)束放氣。本例放氣過程中，冷凝壓力為1.13 MPa，高于冷凝溫度為25.2 ℃，其所對應的飽和壓力1.05 MPa，系統(tǒng)中還有空氣殘留，繼續(xù)放氣；冷凝壓力為1.02 MPa時，與冷凝溫度24.1 ℃對應的飽和壓力基本相等時，表明空氣排放結(jié)束，需要關閉冷凝器的放氣閥。

系統(tǒng)經(jīng)過1 d的運轉(zhuǎn)，壓縮機的排氣壓力和排氣溫度回落至正常值，冷庫的制冷能力和制冷速度得到提升，重回故障前的狀態(tài)，說明系統(tǒng)運行已經(jīng)恢復正常。

4 故障的預防

為避免系統(tǒng)內(nèi)部混進空氣，一方面保證系統(tǒng)的密封良好，避免吸入空氣；另一方面系統(tǒng)維修時要嚴格按照正確的操作規(guī)程，如確保系統(tǒng)在抽真空時所能達到的壓力、充注制冷劑時必須及時排除管路內(nèi)的全部空氣和選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的合格制冷劑等。

5 結(jié)束語

對于制冷系統(tǒng)而言，故障有很多種形式，而且每一種故障可能由各種不同的原因?qū)е?，所以系統(tǒng)運行中一旦出現(xiàn)異常，輪機技術人員要根據(jù)故障的特點，結(jié)合技術參數(shù)的數(shù)據(jù)分析和設備的運行狀態(tài)判斷，運用制冷技術理論作為基礎，準確鑒別故障發(fā)生的機理，采取針對性的措施方法進行排除。此外，提高日常維護管理水平，嚴格執(zhí)行安全技術規(guī)程，防患于未然，保證制冷系統(tǒng)長期可靠的運轉(zhuǎn)。

[1] 費千．船舶輔機[M]．大連：大連海事大學出版社，2005．

Drop of refrigerating capability of marine messing refrigerator is analyzed,the fault mechanism is distinguished with the characterization and related theoretical knowledge.Some fault-removal measures and precautions on daily maintenance are put forward as reference.

marine messing refrigerator;incondensable gas;refrigerating amount;axial power

林文城(1975-)，男，福建莆田人 ，講師，碩士，研究方向為船舶輔機自動控制和維護管理等。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.004

2017-02-06