船用冷凍機(jī)組進(jìn)水故障處理與改進(jìn)措施

袁 振，靳從升

（中國(guó)石油海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300280）

0 引言

某鉆井平臺(tái)冷凍機(jī)組為冷庫(kù)提供冷源，是船舶、石油平臺(tái)等海上作業(yè)設(shè)施必須配備的設(shè)備。由于海水易獲取、冷卻效果好、噪聲小，結(jié)合作業(yè)環(huán)境，冷凍機(jī)組大多數(shù)采用海水冷卻。對(duì)于一些經(jīng)常在淺海地區(qū)航行作業(yè)的船舶設(shè)施，由于海水中泥沙量較多，很容易發(fā)生冷凍機(jī)組冷凝器銅管刺漏、海水進(jìn)入冷凍機(jī)組的事故，如果處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致食物變質(zhì)損失，設(shè)備損壞更換等后果。

1 冷凍機(jī)組介紹

如圖1 所示，系統(tǒng)配用二套壓縮冷凝機(jī)組，其中一套100%備用，一套全負(fù)荷工作,每天不超過18 h 運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下維持設(shè)計(jì)庫(kù)溫。

圖1 冷凍機(jī)組工作原理

每套機(jī)組配置CARRIER 壓縮機(jī)一臺(tái)，制冷量為10.5 kW。制冷工質(zhì)為R404A，直接蒸發(fā)式。高、低溫各庫(kù)內(nèi)均選用冷風(fēng)機(jī)，低溫庫(kù)（魚庫(kù)、肉庫(kù)）冷風(fēng)機(jī)帶有融霜裝置，可手動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)融霜；低溫庫(kù)冷風(fēng)機(jī)配備泄水管電加熱電纜。肉庫(kù)、魚庫(kù)、蔬菜庫(kù)和蛋品庫(kù)均采用溫控器控制庫(kù)溫。當(dāng)各庫(kù)庫(kù)溫達(dá)到控制值下限時(shí)，相應(yīng)通路的供液電磁閥斷電關(guān)閉，當(dāng)庫(kù)溫回升到上限控制值時(shí)，溫控器分別打開各相關(guān)通路的電磁閥，恢復(fù)供液。制冷壓縮機(jī)的卸載、加載、啟動(dòng)和停車均根據(jù)回氣壓力控制。制冷系統(tǒng)裝有高低壓保護(hù)、冷卻水壓力保護(hù)、油壓保護(hù)。冷卻水由置于左泵艙內(nèi)的2 臺(tái)海水泵輸送。海水泵（一用一備）與制冷壓縮機(jī)連鎖，水泵開，制冷壓縮機(jī)才能氣動(dòng)；制冷壓縮機(jī)先停，水泵后停。

冷藏系統(tǒng)中的供液電磁閥、熱力膨脹閥、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥、壓力控制器和油壓差控制器等均選用Danfoss 產(chǎn)品。

2 冷凝器銅管刺漏后的處理

用海水冷卻的冷凝器比風(fēng)冷冷凝器占地空間小，具有冷卻效果好、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，但由于海水具有一定的腐蝕性，且如果海水中泥沙含量較多，經(jīng)常沖刷冷凝器銅管，再加上海水的腐蝕作用，冷凝器銅管在使用一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)刺漏的問題[1]。

2.1 冷凝器刺漏判斷

在冷凝器銅管刺漏初期，壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷凝器內(nèi)部制冷劑的壓力在1 MPa 左右，而銅管內(nèi)冷卻海水的壓力只有0.3～0.4 MPa，冷凝器內(nèi)部的制冷劑會(huì)隨冷卻海水流走。當(dāng)制冷劑逐漸隨海水流走，整個(gè)制冷系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很低，壓縮機(jī)吸口壓力低于停機(jī)壓力，壓縮機(jī)就會(huì)停機(jī)。當(dāng)銅管內(nèi)冷卻海水的壓力大于冷凝器內(nèi)部制冷劑的壓力時(shí)，海水就會(huì)進(jìn)入到冷凝器內(nèi)部，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，由冷凝器內(nèi)部沿著制冷管線進(jìn)入熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)中。如果各個(gè)冷庫(kù)電磁閥都打開，但是壓縮機(jī)不工作，且進(jìn)排氣壓力都很低，直接原因就是制冷劑泄漏，此時(shí)不要盲目手動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)，可將冷凍系統(tǒng)的制冷劑充注口打開，如果有液體流出，則可以確定冷凝器銅管刺漏。一定要注意，當(dāng)壓縮機(jī)不工作，且進(jìn)排氣壓力都很低的情況下，切忌盲目手動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)，這樣會(huì)使海水進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部，造成設(shè)備損壞。

2.2 快啟備用機(jī)組

冷凍機(jī)組壓縮機(jī)與冷凝器均為兩套，一用一備，共用一套節(jié)流裝置和蒸發(fā)系統(tǒng)。為了使冷庫(kù)內(nèi)貯存物不致變質(zhì)，一套裝置停機(jī)后，要按以下步驟盡快啟用備用壓縮機(jī)與冷凝器，使冷凍機(jī)組恢復(fù)正常。

（1）關(guān)閉刺漏冷凝器冷卻海水進(jìn)出口閥門。將冷凝器制冷劑進(jìn)口閥門以及制冷劑出口閥門關(guān)閉，將刺漏冷凝器與整個(gè)制冷系統(tǒng)隔絕，將冷凝器拆下準(zhǔn)備送修。

（2）將整個(gè)制冷系統(tǒng)管系（備用壓縮機(jī)與冷凝器除外）所有可以拆開的管系都拆開，用壓縮空氣將管系、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器中的水吹出。此時(shí)注意：應(yīng)使供液電磁閥得電打開，去除節(jié)流裝置熱力膨脹閥閥芯，保證管路暢通，同時(shí)將管路中的干燥器、過濾器拆下準(zhǔn)備換新。壓縮機(jī)放油孔打開，將冷凍機(jī)油放出。保持曲軸箱與大氣聯(lián)通。由于壓縮機(jī)進(jìn)氣口前有液氣分離器，制冷劑在液氣分離器中高進(jìn)高出，壓縮空氣很難將液氣分離器中的水分吹出，需要在液氣分離器（包括備用壓縮機(jī)液氣分離器）底部打一小孔將水分放出，然后用盲堵堵上（圖2），用壓縮空氣吹掃1～2 h，確保所有部件管系中無水分流出，然后使用氮?dú)獯祾吒鞴芟导安考?/p>

圖2 液氣分離器打孔處

（3）將管系中的干燥器、過濾器換新，將熱力膨脹閥及閥芯烘干。管系連接后（熱力膨脹閥先不裝閥芯）將真空泵接入管系（可在制冷劑充注口或壓縮機(jī)處連接）抽真空，達(dá)到一定真空度后可將真空泵從管系中拆下。此過程需要較長(zhǎng)時(shí)間，視具體情況而定。打開備用壓縮機(jī)冷凝器制冷劑進(jìn)出口，裝好熱力膨脹閥芯，準(zhǔn)備試運(yùn)轉(zhuǎn)。由于備用冷凝器中有貯存的制冷劑，一般不需要充注制冷劑。

2.3 機(jī)組試運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題

機(jī)組試運(yùn)行中可能出現(xiàn)壓縮機(jī)高壓低于正常值、低壓過低而停機(jī)的現(xiàn)象。此時(shí)只需要再充注少量制冷劑即可。但如果充注制冷劑后高壓達(dá)到正常值，但仍然頻繁存在低壓低停機(jī)問題，很可能是制冷系統(tǒng)中的水分沒有排除干凈，水分在低溫下結(jié)冰造成“冰堵”現(xiàn)象。需要讓這些水分隨制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)，用系統(tǒng)中的干燥劑、過濾器將這些水分吸收。容易出現(xiàn)“冰堵”的兩個(gè)位置是熱力膨脹閥處和壓縮機(jī)進(jìn)口處。對(duì)此，可以將熱力膨脹閥的開度增大，提高蒸發(fā)壓力使水分在此處不結(jié)冰；在壓縮機(jī)進(jìn)口的濾網(wǎng)處，由于回氣溫度很低，很容易在此處造成“冰堵”，使壓縮機(jī)吸氣壓力降低，頻繁啟停機(jī)。對(duì)此，可以將此處的濾網(wǎng)拆下（圖3），使壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，系統(tǒng)中的水分被干燥劑吸收后再放入濾網(wǎng)。由于水分進(jìn)入壓縮機(jī)后有可能進(jìn)入到冷凍機(jī)油中，因此設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后需要更換冷凍機(jī)油。

圖3 壓縮機(jī)吸氣濾網(wǎng)

3 改進(jìn)方法

對(duì)于采用銅管的海水冷凝器，如果海水中泥沙含量較多，則銅管刺漏是大概率事件。可以采用以下方法降低刺漏風(fēng)險(xiǎn)。

（1）采用過濾海水。船舶或者鉆井設(shè)施可以選取一個(gè)合適的空艙存存經(jīng)過濾的海水，替代直接從海底門吸取海水供冷凍機(jī)組。這種方法可以從根本上避免泥沙沖刷對(duì)冷凝器銅管造成的損傷，大大延長(zhǎng)冷凝器使用壽命。該方法一般需要對(duì)原有設(shè)施的管線進(jìn)行改造。

（2）在冷凝器海水管線進(jìn)口增加冷凝壓力調(diào)節(jié)閥。根據(jù)冷凝壓力實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝器的海水流量，在一定程度上可以減少泥沙沖刷。近年安裝的冷凍機(jī)組一般都標(biāo)配冷凝壓力調(diào)節(jié)閥。

（3）采用耐海水腐蝕效果更好的鈦管替代冷凝器中的銅管，配合使用過濾過的海水，可以最大限度延長(zhǎng)冷凝器的使用壽命。由于鈦管的導(dǎo)熱系數(shù)與銅管存在差異，冷凝器的尺寸會(huì)發(fā)生變化，對(duì)安裝空間有一定要求。

該鉆井平臺(tái)冷凝器改為鈦管后，運(yùn)行5 年來未發(fā)生冷凝器銅管刺漏故障。

4 結(jié)語

冷凍機(jī)組的正常運(yùn)行直接關(guān)系到海上作業(yè)設(shè)施的生活與生產(chǎn)，冷凝器銅管刺漏后及時(shí)采取處理措施可以恢復(fù)冷凍機(jī)組的正常運(yùn)行，保證海水作業(yè)設(shè)施的正常運(yùn)行，但不能從根本上解決冷凝器銅管刺漏的隱患，將冷凝器銅管改為鈦管可以最大限度地解決此隱患。