摘要:保證船用冷庫的正常運行是保障船員生活質(zhì)量的關鍵。就船用低溫冷庫溫度偏高的實例,根據(jù)采集的技術參數(shù),系統(tǒng)分析故障產(chǎn)生的原因,有針對性地提出故障排除措施。
關鍵詞:船用冷庫;冷凝溫度;蒸發(fā)溫度;膨脹閥
一、故障一例
對于遠洋運輸而言,制冷空調(diào)技術的應用情況直接影響船舶的作業(yè)半徑和船員的生活條件。根據(jù)海上航行的特點,保證船用冷庫穩(wěn)定正常運行顯得非常重要,這就要求輪機員必須具備制冷裝置的正常維護保養(yǎng)知識和系統(tǒng)故障的快速診斷排除能力。以往返于印尼與中同的某船為例,其伙食冷庫系統(tǒng)(制冷劑選用R22)的低溫冷庫溫度只有-10°C左右,遠未達到設計的低溫值(-20°C左右),蒸發(fā)盤管只有靠近膨脹閥約1/2處結(jié)霜,壓縮機運轉(zhuǎn)時間長。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),壓縮機回氣過熱,熱力膨脹閥出口處溫度偏低。用數(shù)字式溫度計測得系統(tǒng)蒸發(fā)器出口溫度為-18°C,用壓力表測得回氣壓力為0.1 MPa,對應的飽和溫度為-40°C,制冷劑過熱度為22 °C,遠遠超過系統(tǒng)正常的過熱度。經(jīng)進一步檢查發(fā)現(xiàn),冷卻水泵和蒸發(fā)器風機正常運轉(zhuǎn),高低壓壓力繼電器、溫度繼電器、供液電磁閥、油壓差繼電器、背壓調(diào)節(jié)閥和止回閥等均無異常,排除這些部件、元件產(chǎn)生故障的可能性。
二、故障機理分析
壓縮機長時間運轉(zhuǎn)低溫冷庫的溫度還是無法滿足要求,原因可能是低溫冷庫隔熱差、制冷劑不足、冷凝溫度和蒸發(fā)溫度出現(xiàn)偏差等。
1.冷庫隔熱差
冷庫隔熱差直接導致冷庫全熱負荷大幅度增加,壓縮機一直運轉(zhuǎn),蒸發(fā)器大量吸熱仍無法使庫溫降到設定的溫度。檢查低溫冷庫隔熱層,沒有發(fā)現(xiàn)損壞,庫門也沒有關不嚴的現(xiàn)象,所以排除環(huán)境熱量進入冷庫導致庫溫無法降低的可能性。
2.系統(tǒng)制冷劑不足
系統(tǒng)中制冷劑太少,液管吸口有時高于制冷劑液面,則液管中混有制冷劑氣體,即使膨脹閥全開,液態(tài)制冷劑流量仍不足,致使:(1)蒸發(fā)溫度低于0°C 的冷庫,蒸發(fā)器后段的結(jié)霜融化。(2)壓縮機吸氣過熱溫度增加,吸入壓力和排出壓力都降低,制冷量減少或者壓縮機長時間運轉(zhuǎn)庫溫仍降不下來,嚴重時庫溫未到下限壓縮機就因吸氣壓力過低而停車,引起壓縮機起停頻繁。
該船冷庫制冷系統(tǒng)要求制冷劑全部回收時液位高度在80%左右,正常工作時根據(jù)冷庫熱負荷的大小,液位一般在1/3~1/2。冷凝器兼作貯液器并裝有液位鏡。故障時觀察制冷劑液位在2/3處,可排除系統(tǒng)制冷劑過少因素。
3.冷凝溫度出現(xiàn)較大偏差
冷凝溫度過高將造成冷庫的制冷量不足。如圖l所示,在壓焰閣上標示系統(tǒng)的循環(huán)為1-2-3-4-1,冷凝壓力為pk,冷凝溫度為tk,制冷壓縮機的制冷量可由式(1)來表示:
Q0=λVtq0 / v1 (1)
其中:λ為壓縮機的輸氣系數(shù);Vt為壓縮機的理論排氣量;q0為制冷劑的單位制冷量;v1 為制冷劑在壓縮機吸入口的比容。制冷壓縮機的軸功率可由式(2)來表示:
Pe=λVt w0 / v1ηe( 2 )
其中: w0 為壓縮機的單位理論功;ηe為壓縮機的軸效率。
當冷卻水溫度過高或流量不足、冷凝器換熱面臟污或制冷劑混入空氣時,冷凝器的冷卻能力會下降,冷凝壓力升高為pk',冷凝溫度隨之升高為tk',系統(tǒng)的循環(huán)改變?yōu)?-2'-3'-4'-1,相應地,單位制冷量由q0 下降為q0 ' ,單位理論功由w0增加為w0',壓縮機的輸氣系數(shù)λ降低,而比容v1 和軸效率ηe不變?;谝陨戏治?,根據(jù)式(1)和式(2)可得,當冷凝溫度升高時,壓縮機的軸功率Pe增加,制冷量Q0下降。
隨著冷凝壓力的下降,冷凝溫度也會隨之降低,并在一定程度上降低壓縮機的軸功率和提高系統(tǒng)的制冷量;但冷凝壓力過低反而導致通過膨脹閥的制冷劑減少,進入蒸發(fā)器的制冷劑流量不足。冷凝壓力不足的產(chǎn)生原因主要是壓縮機故障或冷凝器冷凝能力過強。吸排氣閥片漏泄、活塞環(huán)密封不嚴或壓縮機無法增載,均導致壓縮機排壓不足,而冷卻水溫度過低或 流量過大也將導致冷凝壓力下降。
經(jīng)檢查系統(tǒng)中表值,壓縮機的排氣壓力為1.61MPa,冷凝器中制冷劑的溫度為40.5 °C,符合系統(tǒng)運行參數(shù)要求從而排除壓縮機和冷凝器出現(xiàn)故障的可能。
4.蒸發(fā)溫度過低
蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力過低,決定了蒸發(fā)溫度偏低將使系統(tǒng)的制冷量降低。如圖2所示,在壓焓圖上標示制冷循環(huán)為1-2-3-4-1,蒸發(fā)壓力為p0,蒸發(fā)溫度為t0。蒸發(fā)器換熱能力下降或制冷劑不足將使蒸發(fā)器的制冷能力下降,蒸發(fā)壓力下降為p0',蒸發(fā)溫度隨之降低為t0' ,系統(tǒng)的循環(huán)改變?yōu)閘' -2' -3 -4' -1',相應地單位制冷量由q0下降為q0' ,單位理論功由w0增加為w0',壓縮機的輸氣系數(shù)λ降低,比容v1增大,軸效率ηe基本不變?;谝陨戏治?,根據(jù)式(1)和式(2)可得,當蒸發(fā)溫度降低時,壓縮機的軸功率Pe和制冷量Q0都下降。
(1)蒸發(fā)器換熱能力下降。
檢查蒸發(fā)器時,發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器外表面并沒有臟污情況,內(nèi)表面油污也不明顯,經(jīng)過熱氣除霜后效果也沒有大的變化,所以排除蒸發(fā)器換熱能力差的可能性。
(2)制冷劑流量不足。
蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑蒸發(fā)溫度偏低的另一個原因是制冷劑流量不足,這種現(xiàn)象可能是由于系統(tǒng)出現(xiàn)冰塞、臟堵或熱力膨脹閥故障造成的。
①冰塞。系統(tǒng)內(nèi)含水量超過制冷劑的溶解能力,一旦溫度低于0°C,水會迅速凝結(jié)形成冰塞。冰塞一般發(fā)生在流道狹窄處。膨脹閥閥孔通道狹窄、膨脹閥前后的閥件開度不足或濾器臟堵等原因都會導致冰塞。冰塞程度較輕會造成進入蒸發(fā)器的制冷劑不足,冷庫溫度不符合要求。冰塞嚴重時會導致壓縮機停車時間加長,運轉(zhuǎn)時間更短,以致不能正常工作,但本故障是壓縮機長時間運轉(zhuǎn)仍元法使冷庫溫度符合設計要求,所以排除嚴重冰塞的可能。
為了證實是否存在冰塞可以停止壓縮機運轉(zhuǎn)一段時間,并用開水澆燙膨脹閥,啟用干燥過濾器,然后啟動壓縮機,運行1h后,重新將干燥過濾器旁通,再讓系統(tǒng)正常運行一段時間發(fā)現(xiàn)庫溫并沒有太大變化,徹底排除了冰塞的可能。
②油堵。若冷凍機油凝固點較高,在溫度低于冷凍機油凝固點的系統(tǒng)某處凝固,即為油堵。油堵時壓縮機表現(xiàn)類似冰塞,不同點在于曲軸箱內(nèi)滑油油位會明顯降低。消除油堵最根本的方法是更換全部冷凍機油,臨時措施是加熱油堵部位。檢查壓縮機曲軸箱內(nèi)油位,確認其正常,排除油堵的可能。
③干燥過濾器臟堵。裝置正常運行時,干燥過濾器處于被旁通狀態(tài)以防制冷劑的流動阻力增加和干燥劑進入系統(tǒng)。只有系統(tǒng)出現(xiàn)“冰塞”、充注制冷劑、更換冷凍機油或進行維修可能混入水分時,才將干燥過濾器接入系統(tǒng)吸收水分。干燥過濾器出現(xiàn)臟堵的后果與冰塞相似:輕則導致蒸發(fā)器制冷劑流量不足,制冷能力下降;重則引起流量不足、吸入壓力降低、吸氣過熱度增加和壓縮機起停頻繁等現(xiàn)象。但臟堵比較穩(wěn)定,隨時間延長而加重的情況不明顯。
判斷干燥過濾器是否臟堵,可以觀察它后面的管路是否結(jié)霜。若存在結(jié)霜現(xiàn)象,則說明在干燥過濾器處出現(xiàn)堵塞,液態(tài)制冷劑在該處節(jié)流降壓,導致少量制冷劑提前“閃發(fā)”(汽化)吸熱使后面管路溫度降低而在表面結(jié)霜,消除的方法只能是拆下清洗濾器或更換干燥劑。本例中,發(fā)現(xiàn)干燥過濾器后的管路元結(jié)霜現(xiàn)象,故排除干燥過濾器堵塞的可能。
④熱力膨脹閥故障或調(diào)節(jié)不當。熱力膨脹閥通過感受蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度,控制進入蒸發(fā)器的制冷劑流量,以調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)工況。這樣既避免壓縮機吸進濕蒸氣發(fā)生液擊也防止供液過少蒸發(fā)器不能充分發(fā)揮作用。若膨脹閥感溫包內(nèi)液體因使用時間長而減少,或膨脹閥彈簧調(diào)節(jié)過緊,則膨脹閥開度過小,制冷劑流量過小,蒸發(fā)器后段結(jié)霜融化,壓縮 機吸氣過熱度增加,制冷量減少,冷庫溫度偏高。
正常時候,熱力膨脹閥閥體靠出口一半(針閥后一半閥體)會結(jié)霜,原因是經(jīng)過針閥節(jié)流降壓后,少量液態(tài)制冷劑提前“閃發(fā)”吸熱導致后面閥體溫度降低并在其表面產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)整個熱力膨脹閥閥體嚴重結(jié)霜。根據(jù)以上對其他設備元件的工作分析并排除它們產(chǎn)生故障的可能,判斷本故障基本是膨脹閥異常造成的。
三、故障的排除
關閉低溫庫膨脹閥前的截止閥,抽空制冷劑,再關閉膨脹閥后的截止閥,拆下膨脹閥檢查,發(fā)現(xiàn)閥前濾器的濾網(wǎng)比較臟。正因為膨脹閥進口濾器出現(xiàn)臟堵,造成液體制冷劑流經(jīng)該濾器時已經(jīng)被節(jié)流降壓,提前“閃發(fā)”使整個閥體結(jié)霜,更嚴重的是導致進入蒸發(fā)器的制冷劑不足,冷庫溫度一直無法降低。
找出本故障的原因后先對該熱力膨脹閥的濾器進行清洗,并正確安裝在系統(tǒng)中,同時對膨脹閥重新調(diào)整。啟動制冷裝置并使冷庫處于正常穩(wěn)定運行狀態(tài)下,小幅度轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿的圈數(shù)(每次調(diào)1/4圈) ,每次調(diào)節(jié)間隔的時間要求達到30 min,因為實際工作中的熱力膨脹閥感溫系統(tǒng)存在一定熱惰性,信號傳遞滯后,所以每次調(diào)節(jié)之后需待系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定后, 再根據(jù)冷庫的熱力參數(shù)值確定是否需要進一步調(diào)整。 正確調(diào)整熱力膨脹閥后,蒸發(fā)器出口溫度為-25°C,回氣壓力為0.16MPa,對應飽和溫度為-30°C,相減后過熱度為5 °C,符合過熱度的要求,同時數(shù)小時之后該低溫庫的溫度達到-20°C(設定值)。
四、結(jié)束語
船用冷庫的特殊性以及制冷裝置自身的復雜性,給輪機員準確分析故障并采取相應排除措施帶來很大的壓力。當冷庫出現(xiàn)異常時,應迅速判斷故障的類型,熟練運用有關理論知識,借助系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)參數(shù)值對照系統(tǒng)的設計值,初步確定產(chǎn)生故障的原因,并利用豐富的實踐經(jīng)驗最終找出故障產(chǎn)生的準確部位并采取正確的處理方法予以排除。
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作者:林文城 來源:世界海運