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船舶冷卻水系統(tǒng)有開式海水系統(tǒng)、閉式淡水冷卻系統(tǒng)和中央冷卻系統(tǒng)等?；诤Ｋ芟瞪?、管路腐蝕少、船員維修工作量小、船舶所有人維修成本低等優(yōu)點,中央冷卻系統(tǒng)受到越來越多的青睞。近年來建造的大型現(xiàn)代化船舶大多采用中央冷卻系統(tǒng),因與冷卻淡水相關(guān)聯(lián)的設(shè)備較多,若某個設(shè)備發(fā)生故障就可能影響到系統(tǒng)中其他設(shè)備的正常運行,從而影響船舶的航行安全。本文介紹一起因進氣引起整個船舶低溫水系統(tǒng)冷卻淡水壓力低的故障案例,分析導(dǎo)致故障的原因及預(yù)防措施,供同行參考。 某日0300 時,某載重噸為36 000 t 的多用途船在航行途中機艙執(zhí)行無人機艙班,大管輪在房間當(dāng)值,突然房間延伸警報控制面板報警,大管輪查看警報發(fā)現(xiàn)是備用低溫水泵啟動。立即前往機艙,發(fā)現(xiàn)3 臺低溫水泵都在運行(平時運行2 臺,另1 臺置于自動備用位置),低溫水壓力較低(2. 3 bar,1 bar =105 Pa)且波動較大,泵的運行聲音大于往常的運行聲音。大管輪通過在低溫水泵出口管路上的閥給系統(tǒng)放氣,發(fā)現(xiàn)有大量混水的氣體吹出。幾分鐘后,氣體量不見絲毫減少,低溫水壓力未見明顯上升(正常時低溫水系統(tǒng)壓力在3. 6 bar 左右)。檢查低溫水膨脹水柜的液位,未發(fā)現(xiàn)有異常變化。10 min 后,2 號副機(運行機)出現(xiàn)低溫水和高溫水壓力低警報,檢查發(fā)現(xiàn)2 號副機的高溫水出口溫度也有上升趨勢。為防止故障進一步惡化,大管輪立即向輪機長報告故障現(xiàn)象和已采取的措施。輪機長來到機艙集控室,通過觀察集中控制臺上的各設(shè)備狀態(tài)指示燈和各系統(tǒng)壓力表,發(fā)現(xiàn)低溫水系統(tǒng)壓力表指針波動幅度較大,且顯示1 號主空壓機正在運行。輪機長判斷是運行空壓機的問題導(dǎo)致低溫水系統(tǒng)的一系列連續(xù)警報。輪機長立即把位于集中控制臺上1 號空壓機的控制旋鈕置于0 位(停止空壓機的運行),并安排大管輪到備用副機位置較高處的淡水管路處(通過管路上的放氣閥)放氣。經(jīng)過數(shù)次放氣后,副機的高、低溫水壓力和低溫水系統(tǒng)的淡水壓力都恢復(fù)到正常值附近,且壓力幾乎無波動。30 min 后,低溫水系統(tǒng)各項參數(shù)恢復(fù)正常,通過上述處理過程判斷是空氣混入低溫水系統(tǒng),引起低溫水壓力低及后續(xù)一系列的警報。因船舶航行在開闊水域,且距目的港還有幾天時間,輪機長決定等白天安排二管輪檢查1 號主空壓機,暫時把2號主空壓機置于主用自動位置,切斷1 號主空壓機電源(同時手動關(guān)閉1 號空壓機的冷卻水進出口閥)并掛牌警告。梳理本船的低溫淡水系統(tǒng)管路原理圖。在低溫水系統(tǒng)整個回路中,相關(guān)聯(lián)的主要設(shè)備有低溫水泵、中央冷卻器、中間軸承、主機滑油冷卻器、主機高溫水冷卻器、主機空冷器、副機、壓載水處理裝置、大氣冷凝器、燃油供油單元、主空壓機、集控室空調(diào)、伙食冰機、生活區(qū)大空調(diào)、廚房空調(diào)、低溫膨脹水柜等。上述設(shè)備在本單位船舶機艙的安裝位置如下:中間軸承和壓載水處理裝置安裝在機艙底層;3 臺低溫水泵、2 臺中央冷卻器、大氣冷凝器、主機空冷器、主機滑油冷卻器、主機高溫水冷卻器、2 臺主空壓機安裝在機艙中層;3 臺副機、冰機和生活區(qū)大空調(diào)安裝在機艙上層。分析低溫水系統(tǒng)中相關(guān)聯(lián)的設(shè)備和管路布置,猜測系統(tǒng)進氣的原因為:(1)檢修某個與低溫水系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備(如空壓機、副機空冷器等)時,因拆卸過淡水管路,船員在裝復(fù)管路開啟淡水供應(yīng)時放氣不徹底導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)。本次未拆卸淡水管路,排除此可能性。(2)低溫水泵吸口某段管路上漏氣(管路腐蝕性砂眼、連接法蘭床墊破損或法蘭緊固螺栓松動),導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)。低溫淡水泵布置在機艙中層,在系統(tǒng)中處于較低位置,且吸入管路上裝有1 根來自膨脹水柜的給系統(tǒng)補水兼透氣的管路。檢查發(fā)現(xiàn)泵的吸口壓力表指針一直指示在0. 5 bar 以上的正壓,整個系統(tǒng)均未出現(xiàn)負壓,管路或法蘭處未發(fā)現(xiàn)泄漏,故排除此可能性。(3)低溫冷卻水某段管路或某相關(guān)聯(lián)設(shè)備泄漏,值班人員未及時給膨脹水箱補水導(dǎo)致液位極低。空氣從低溫水泵吸口管路上的系統(tǒng)補水管路,通過運行的低溫水泵被吸入低溫水系統(tǒng)。故障發(fā)生時,管系和設(shè)備完好,未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象,船員檢查膨脹水柜液位正常,故排除此可能性。(4)在低溫淡水系統(tǒng)中,與低溫水進行熱交換并帶有氣體的相關(guān)設(shè)備有主機空冷器、副機空冷器、生活區(qū)大空調(diào)、伙食冰機、廚房空調(diào)及主空壓機。正常情況下,主機空冷器和副機空冷器空氣側(cè)的空氣壓力(1. 2 ~2. 0 bar)都低于低溫水壓力,空氣進入低溫冷卻水系統(tǒng)的可能性較低。當(dāng)時在空冷器空氣側(cè)的放殘閥上也未放出大量凝水,故排除主機空冷器和副機空冷器泄漏的可能性。(5)廚房空調(diào)、生活區(qū)大空調(diào)、伙食冰機的冷凝器銅管破裂,高壓冷劑從冷凝器進入低溫水系統(tǒng)。本船使用的制冷劑是R404A,當(dāng)?shù)蜏厮到y(tǒng)壓力報警時,冰機及空調(diào)系統(tǒng)的運行參數(shù)無明顯異常且無相關(guān)報警,說明即使是泄漏,漏入到淡水系統(tǒng)的制冷劑量也不會太多,通過從淡水管路放氣可以把氣體從系統(tǒng)中慢慢排空,低溫水壓力會緩慢恢復(fù)正常。這與上述現(xiàn)象明顯不符(系統(tǒng)放氣時,低溫水系統(tǒng)壓力一直未見上升),且大管輪當(dāng)時放出的氣體并無刺激性味道(R404A 有少許醚味), 排除此可能性。( 6)主空壓機冷卻器盤管有砂眼或缸頭床墊破裂等,使得空壓機運行時產(chǎn)生的大量高壓空氣經(jīng)過破損處源源不斷地進入到低溫水系統(tǒng)。低溫水系統(tǒng)中的透氣管路來不及透氣,導(dǎo)致大量空氣混入低溫水中。本次故障現(xiàn)象發(fā)生時,1 號空壓機正在運行,其嫌疑最大。人為干預(yù)停止運行1 號空壓機,經(jīng)過系統(tǒng)放氣后,低溫水系統(tǒng)壓力慢慢上升至正常值,可以判定1 號空壓機故障導(dǎo)致空氣進入到低溫水系統(tǒng)。(1)由于缸頭或冷卻盤管端蓋的床墊破損,空壓機運行時,壓縮過的高壓空氣由床墊破損處進入冷卻水系統(tǒng)。床墊破損的原因:床墊老化、安裝時密封平面未清潔干凈、螺栓未均勻緊固以及密封床墊易被高壓空氣吹蝕等。船員可采取的預(yù)防措施包括:①缸頭、端蓋等密封平面嚴禁錘敲或用螺絲刀等金屬工具敲鏟;安裝缸頭或端蓋的床墊前,密封平面要用粗、細砂紙清潔干凈,床墊兩面涂上高溫潤滑油脂。②緊固缸頭蓋螺栓時,應(yīng)根據(jù)說明書要求分多步對角兩兩均勻緊固螺母,并達到規(guī)定扭矩。(2)冷卻盤管遭受腐蝕有砂眼,空壓機運行時壓縮過的高壓空氣由盤管上的砂眼進入冷卻水系統(tǒng)。冷卻盤管出現(xiàn)砂眼的原因:冷卻盤管會出現(xiàn)高壓氣體的沖蝕和冷卻水的電化學(xué)腐蝕這2 種腐蝕。在冷卻盤管中由于高壓氣體高速流動沖刷管壁引起的磨損稱為沖蝕。這種磨損會隨著流速的增加而加劇,尤其當(dāng)流體介質(zhì)中含有固體細粒和液體時,沖蝕速度將迅速加快,其機理與船廠噴砂相類似。特別是在氣流流向改變處(冷卻盤管的彎頭部位),其沖蝕最嚴重。船員可采取的預(yù)防措施:①勤檢查、更換吸氣濾芯,濾芯不能有破損,以防止空壓機吸入固體顆粒,提高工作介質(zhì)的過濾精度;②氣缸供給的潤滑油量要適中,防止過多的滑油進入活塞壓縮腔室;③定期清潔冷卻器及附在換熱盤管上的水垢,防止冷卻器散熱效果不佳,使得壓縮空氣溫度過高;④勤檢查清潔一、二級閥組閥片;⑤根據(jù)打氣效率并結(jié)合說明書的要求,及時檢查和保養(yǎng)缸套、活塞及活塞令。冷卻盤管水側(cè)與冷卻水溶液接觸,由于冷卻水中含有氯離子等,通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。船員可采取的預(yù)防措施:定期化驗冷卻水的水質(zhì),根據(jù)化驗參數(shù)及時投藥進行預(yù)處理,盡量降低其硬度、堿度和氯離子的含量,并減少結(jié)垢。(3)冷卻盤管與安裝盤管端蓋的接觸處泄漏,空壓機運行時,壓縮過的高壓空氣由冷卻盤管根部的外壁周圍進入冷卻水系統(tǒng)。盤管根部接觸處泄漏的原因:空壓機在運行過程中由于慣性力、慣性力矩的數(shù)值和方向作周期性變化,引起整個機組振動?；钊綁嚎s機通過氣缸內(nèi)容積的變化來提高氣體壓力,使吸排氣交替進行,形成脈動氣流,其也會使機組產(chǎn)生振動。振動或微振動會引起冷卻盤管的根部與端蓋產(chǎn)生摩擦、撞擊,導(dǎo)致接觸部位的外管壁磨損,日積月累就會引起根部泄漏。船員可采取的預(yù)防措施:①及時檢查、緊固空壓機與電動機的底腳螺栓,防止松動;②及時檢查、更換空壓機與電動機聯(lián)軸器上的緩沖塊;③電動機吊離檢修安裝固定前,確保電動機與壓縮機軸線對中;④及時檢查空壓機停止、啟動的自動卸載功能是否處于正常工作狀態(tài)。(4)缸頭蓋、冷卻盤管端蓋或缸套有穿透性裂縫,空壓機運行時,壓縮過的高壓空氣由裂縫處進入冷卻水系統(tǒng)。制造、安裝、工作等產(chǎn)生負荷應(yīng)力、殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力,導(dǎo)致缸頭蓋、冷卻盤管端蓋和缸套出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕而發(fā)生脆裂。負荷應(yīng)力主要來自工作中的內(nèi)應(yīng)力或振動,殘余應(yīng)力來自材料加工過程中形成的應(yīng)力。熱應(yīng)力主要來自冷卻不良或結(jié)垢引起的局部壁面高溫產(chǎn)生的溫差應(yīng)力。船員可采取上述(1) ~ (3)的預(yù)防措施。本船的空壓機是日本某公司生產(chǎn)的H 系列單活塞水冷二級壓縮式空壓機。二管輪拆開1 號空壓機的一邊冷卻器端蓋,發(fā)現(xiàn)冷卻器換熱銅管內(nèi)部有大量水跡,說明冷卻水已進入到停機狀態(tài)空壓機的氣面。清除冷卻器水側(cè)的水垢,用細砂紙清潔后再用船上日用空氣吹掃1 遍,盤管上的腐蝕性砂眼基本上能被找到(見圖1)。也可通過在盤管內(nèi)或反面加注淡水,再在另一面仔細觀察是否有水跡而找到滲漏處。對于第1 種泄漏情況,可更換床墊、清潔密封面,按說明書要求的力矩緊固螺栓。對于第2、3 種泄漏情況,可用圓錐式銅塞悶住管子兩端;若考慮盡量不影響壓縮空氣的通流面積和冷卻效果,對于位置較好的泄漏部位可采用風(fēng)焊焊補止漏(見圖2)。對于第4 種泄漏情況,只能申請備件更換。從低溫水系統(tǒng)原理圖可知,整個系統(tǒng)的管路上共布置3 根透氣管路:3 臺副機的高溫水出口管路上共用1 根透氣管,廚房空調(diào)、生活區(qū)大空調(diào)、伙食冰機、主空壓機等設(shè)備冷卻水出口匯總管路共用1根透氣管,低溫水泵附近吸口管路上的1 根透氣管兼有補水作用。若空壓機的缸頭床墊或冷卻器盤管等發(fā)生問題,當(dāng)空壓機運行時,空氣會進入到空壓機系統(tǒng)但又不能透氣,就會導(dǎo)致大量氣體混入低溫水系統(tǒng)的其他設(shè)備冷卻水管路中。由于副機在機艙的位置高于空壓機在機艙的位置,混入低溫水系統(tǒng)的空氣極易進入副機的淡水管路,輕則發(fā)生副機高、低溫水壓力低、掃氣溫度稍高、滑油溫度稍高等一些小故障,若副機的高低溫水泵效率很低(泵殼、葉輪磨損嚴重),會使副機的自帶水泵吸口處完全“氣堵”而導(dǎo)致副機冷卻水量嚴重不足,副機跳電事故時有發(fā)生。因此,設(shè)想在2 臺空壓機冷卻水出口總管路上增設(shè)1 根倒U 形管,在倒U 形管的頂部再分支1 根透氣管到膨脹水箱。對船舶所有人而言,在造船時只增加一小段管路,其額外成本可以忽略不計;但對船員而言,就不會因工作中的疏忽(空壓機冷卻水出口管路上一般裝有玻璃觀察鏡,船員可通過觀察玻璃鏡里流動的冷卻水中是否有氣泡來判斷冷卻水中是否混有氣體)而造成被動局面。即使空壓機的空氣進入系統(tǒng),利用倒U 形管的特性(空氣密度小于水的密度,改變流體的方向,空氣更易從水中分離出來),絕大部分空氣會被透到膨脹水箱后通大氣,小部分來不及透出去的空氣會通過后部管路上的透氣管透出去,減少空氣混入系統(tǒng)中其他設(shè)備的冷卻水管路而影響其他設(shè)備正常工作的風(fēng)險。船舶自動化程度越來越高,對輪機管理人員的綜合能力要求也越來越高。輪機管理人員不但需要豐富自己的理論知識和專業(yè)知識,也需要積累足夠多的專業(yè)技能和經(jīng)驗。對于設(shè)備的突發(fā)故障,需要要沉著冷靜、縝密分析,結(jié)合經(jīng)驗分析相關(guān)原因,盡快解決問題,為船舶的安全航行提供保障。
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