冰機及其冷卻水系統(tǒng)的改造與實現(xiàn)

單 劍，傅振宇

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431)

某科考船自2007年出廠以來，高、低溫冰機(共計4臺)及其冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)大小故障達(dá)9次，其中冰機冷卻水系統(tǒng)中更換水泵軸承2次，更換水泵機械密封5次，更換水泵葉輪1次，冰機冷卻器故障大修1次。各類維護保養(yǎng)中冷凝器拆檢清潔達(dá)12次之多，平均每年4次。

1 原因分析

該船設(shè)有低溫庫——肉庫、魚庫、速凍菜庫共計3間;高溫庫——水果庫、蔬菜庫、乳品庫、糧食庫、干食品庫共計5間，蔬菜保鮮庫共計2間。高、低溫庫各設(shè)有1套2臺冰機。食品進庫時2臺機組同時運轉(zhuǎn)，將庫內(nèi)食品快速打冷。在達(dá)到設(shè)計溫度后即用1臺機組每天運行不大于18 h(滿負(fù)荷)，維持庫內(nèi)溫度，另1臺機組備用。從冰機及其系統(tǒng)的設(shè)計來看，在任何情況下，高、低溫庫冰機均有1臺處于使用狀態(tài)，且冰機冷卻水系統(tǒng)的相關(guān)水泵均處于24 h工作狀態(tài)。

實際的情況是，由于近年來出海考察時間較多，本文以該船平均每年出海4個月，其余8個月停靠碼頭為計算依據(jù)。在4個月的出海期間，冰機以每天18 h左右的滿負(fù)荷運行，但在碼頭停靠的8個月的時間里，由于冰庫內(nèi)儲存食物較少，多數(shù)冷庫停止使用，此時冰機每天的運行時間不大于3 h。如此看來，當(dāng)冰機處于非運行狀態(tài)時，冷卻水泵的運行是完全沒有必要的。冷卻水泵的長期運行，不但增加了水泵易損件的磨損，增大了維修成本，同時也增大了冰機冷卻器臟堵后拆檢清潔的頻率，增加了維護人員的工作強度。

2 改造方案

綜合以上分析，筆者提出以下幾種改造建議，以下均以低溫冰機舉例，高溫冰機等同于低溫冰機，在此不再重復(fù)。

2.1 在冷卻水進冰機冷凝器前加裝濾器

如圖1所示，加裝的濾器孔徑應(yīng)選擇小于海底門8 mm的孔徑，在此選擇加裝孔徑為3 mm的濾器，且濾器前后加裝壓力表，以顯示濾器的前后的壓差。通過加裝濾器，可以有效過濾掉冷卻水中進入到冰機冷凝器中的雜物，減少冷凝器的臟堵。特別是船舶停靠碼頭期間，由于江水中的漂浮物非常多，加裝濾器就顯得尤為重要。

2.2 在海水進、出冰機冷凝器前后加裝反沖洗管路

如圖2所示，冷凝器前后應(yīng)加裝壓力表，以顯示濾器的前后壓差。冰機冷凝器內(nèi)的冷卻水通道為U字型，材質(zhì)為薄壁銅管，在拆檢清潔冷凝器時，較容易出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致機組無法使用。通過加裝冷凝器反沖洗管路，可以解決拆檢冷凝器容易出現(xiàn)的人為損壞問題，同時也大大減少了維護人員的工作量。

圖1 濾器改造示意圖

圖2 反沖洗示意圖

2.3 進行電氣控制系統(tǒng)改造(實現(xiàn)冷卻水泵與冰機同步啟停)

冰機冷卻水泵是為冰機提供冷卻水，該泵設(shè)計為連續(xù)運行形式，而冰機是間歇式工作模式，在冰機處于自動停機狀態(tài)不需要冷卻水時，冷卻水泵還是處于運行狀態(tài)，這樣一方面造成冷卻水泵易損件的磨損同時也加劇了冰機冷凝器臟堵速度，另外冷卻水泵也消耗了大量的電能。為此通過對冷卻水泵的電氣控制系統(tǒng)進行改造，將冷卻水泵改為和冰機同步工作模式，在冰機啟動前提前30 s啟動冷卻水泵，冰機停機后延時10 min停止冷卻水泵。從而減少水泵運行時間，提高冷卻水泵易損件的使用壽命，降低能耗。

1)改造前冰機控制系統(tǒng)與冷卻水泵控制系統(tǒng)。

改造前機組壓縮機控制系統(tǒng)、冷卻水泵控制系統(tǒng)相互獨立。當(dāng)壓縮機在滿足其他所有啟動條件的同時，系統(tǒng)冷卻水泵必須運行，水壓開關(guān)動作，壓縮機方能啟動，當(dāng)壓縮機吸氣壓力升高達(dá)到壓力開關(guān)的高壓限定值時，PLC采集到信號后給出壓縮機啟動指令，同樣，當(dāng)?shù)蛪洪_關(guān)閉合信號輸至PLC模塊，壓縮機組停止運行，水泵控制在人為停止的條件下才能實現(xiàn)泵停止。如圖3所示。

圖3 電氣改造前示意圖

2)改造后冰機控制系統(tǒng)與冷卻水泵控制系統(tǒng)。

改造后實現(xiàn)，當(dāng)高低壓開關(guān)給出高壓閉合信號時，取其信號源至泵控制回路后接延時繼電器KT1，將KT1的延時閉合觸點信號送至PLC，延時30 s后實現(xiàn)機組啟動，在泵控制回路上將KT1的一常開觸點并聯(lián)在啟動按鈕回路上即可實現(xiàn)水泵瞬間啟動;同樣，隨著冰庫房間內(nèi)的溫度逐步降低，庫溫傳感器控制供冷電磁閥斷開，壓縮機吸氣壓力逐步降低，當(dāng)達(dá)到壓力開關(guān)的設(shè)定值的下限時，低壓信號閉合，取其低壓閉合信號后接一時間繼電器KT2，將其一常開觸點信號KT2輸至PLC即可實現(xiàn)控制壓縮機組停機，另將時間繼電器的延時氣囊(設(shè)定10 min)給出一延時斷開觸點信號KT2串聯(lián)接與啟動按鈕SB2即可實現(xiàn)水泵的延時停止控制。如圖4所示。

圖4 電氣改造后示意圖

2.4 復(fù)合改造(以上3種改造方案結(jié)合使用)

針對上述3種改造方案的特點，將上述3種改造方案結(jié)合使用將會更加有效的減少設(shè)備的故障率與維護周期，降低維修成本，同時也降低了能耗。

3 效能對比

針對以上改造方案，我們對每種改造方案的前后的效能進行對比。

3.1 加裝濾器前后的效能對比

當(dāng)濾器前后壓差大于0.1 MPa時，應(yīng)對濾器進行清潔，通常清洗濾器一般不超過30 min，且機組不需停機，而不加裝濾器則要停機拆檢冷凝器，工作難度系數(shù)高，工作量大，一般需要4～5 h，若拆檢過程中操作不當(dāng)或遇其他意外情況，將耗時更多。

3.2 加裝反沖洗管路前后的效能對比

當(dāng)冷凝器前后壓差大于0.1 MPa時，通過反沖洗管路使冷卻水反向經(jīng)過冷凝器，從而使冷凝器內(nèi)管壁的堵塞物被反向沖出。達(dá)到清潔冷凝器的目的。反沖洗冷凝器只需要開關(guān)相關(guān)閥件，操作相當(dāng)簡單，一般沖洗一次冷凝器不超過20 min，即可達(dá)到清潔冷凝器的目的。

3.3 電氣控制系統(tǒng)改造前后的效能對比

根據(jù)設(shè)計要求與設(shè)備實際管理使用中的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，出海期間冰機的運行時間每天不大于18 h，停靠碼頭期間由于庫內(nèi)物品較少，冰機每天運行時間不大于3 h。如此一來，通過對電氣控制系統(tǒng)進行改造，將大大減少冷卻水泵的運行時間，降低水泵的拆檢維修周期與電能消耗。

以該船最低使用30年為限，每年平均出海4個月，其余8個月停靠碼頭計算。冷卻水泵及其系統(tǒng)的檢修與維護保養(yǎng)以前3年統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定30年的相關(guān)數(shù)據(jù)，細(xì)微的差別不予考慮。冷卻水泵的用電，由于出海航行期間用船電，成本另算，靠碼頭期間用岸電以0.6元/kW·h計算成本。冷卻水泵的維修成本以原廠家 (振華泵廠)提供的原裝備件報價為依據(jù)，不記人工服務(wù)成本。該船改造前后的檢修與維護保養(yǎng)次數(shù)對比如表1所示，改造前后的耗能成本對比如表2所示。

表1 改造前后的檢修與維護保養(yǎng)次數(shù)對比

表2 改造前后的能耗成本對比

通過表1、表2可以看出，系統(tǒng)改造不但可以大大減小操作人員維護保養(yǎng)的工作強度，同時也大大減少成本消耗，因為高溫冰機的成本消耗基本等同于低溫冰機，所以經(jīng)復(fù)合改造后高、低冰機消耗總成本將減少56萬余元。