船舶冷库制冷系统冰塞故障分析及处理
杨洋 丰卫帮 张小波（中国卫星海上测控部 江苏江阴 214431）
摘要：文章结合实践,对船舶冷库制冷系统冰塞产生的机理、处理方法及预防措施等进行深入研究,对船舶冷库系统中冰塞常易发生的部位提出了自己的观点,并对某些传统提法提出了质疑,以期对轮机管理人员快速正确地判断和处理冰塞故障提供有价值的参考。
关键词：船舶;冰库;冰塞
冰塞是船舶冷库制冷系统常见故障之一。在实际工作中,当冷库出现制冷效果下降,冷库温度降不下来,压缩机频繁停车等现象时,都会考虑系统冰塞的可能性。如果判断错误,将浪费大量时间和精力,从而影响冷藏食品的质量,影响船员正常生活及船舶的持续安全航行。因此必须搞清楚冰塞产生的机理、产生的部位、处理方法及预防措施,使轮机管理人员能快速正确地处理冰塞故障。
1 冰塞产生的机理
现有船舶冷库大都采用氟里昂为制冷剂,其中以R22为多见,同时仍有少数船龄20年以上的老龄船制冷剂采用R12。氟里昂制冷剂的特点是都具有一定的溶水能力,而且其溶水能力与温度和相态有关。水在氟里昂制冷剂中的溶解度随着温度降低而大大减少 (见图1) ,例如, R22在30℃时的溶解度为1400 mg /kg , - 30℃时,液态R22溶解度为180 mg / kg,而R22气态溶解度仅为60 mg / kg。制冷系统含有少量水分,会溶解在冷剂中循环,不会产生冰塞现象。只有在系统不正常地进入较多水分,这些水分超过了制冷系统低温部分冷剂的溶解能力而析出,成为游离态的水,这些游离态的水因温度低于0℃而形成细小冰晶,在适当的位置,这些细小的冰晶会逐渐长大形成冰核, 最终形成冰塞。
以R22为例,在标准工况下, R22在30℃时的溶解度为1400 mg / kg,在-15℃时为300 m g /kg,因此在冷凝温度下溶解度处于饱和状态,经节流降压后将有1100 m g / kg的水分析出,成为游离态的水。正常工作状态系统高压部分一般很难使水的溶解度达到饱和状态,也就是高压部分很难出现游离态的水,即使有水分超过冷凝温度对应下的溶水能力,由于氟里昂的密度是水的1. 2 ~ 1. 3倍,游离态的水会浮在冷凝器上部,不会随制冷剂重返低温部分。而溶有水分的高压液态冷剂经膨胀阀节流降压,在短时间内温度迅速下降,同时冷剂状态由液态变成湿蒸汽。一方面水在液态冷剂中的溶解度随温度降低而大大减少；另一方面气态R22的饱和含水量比液态低(见图1) ,此时在低压部分就有可能有游离态的水析出,从而迅速冻结成细小冰晶,使冰塞故障的产生具备了可能。
2冰塞的危害及诊断在船舶制冷装置的日常管理中,冰塞现象是轮机管理人员经常面对且令人头痛的故障。冰塞现象发生后,会使船舶制冷系统中进入蒸发器的冷剂流量减少,从而使蒸发器的过热度增加,制冷效果下降；冰塞现象严重时,会使压缩机吸入压力下降过大而停止工作,系统停止工作后, 一部分冰将融化,冷剂沿余隙进入蒸发器,使吸入压力回升而启动,压缩机启动后随着冷剂的循环,系统中水分在节流降压处重新凝结成冰而形成冰塞,周而复始形成恶性循环,使压缩机启停频繁,系统无法正常工作,并严重影响压缩机的使用寿命,当冰塞现象发生时,必须尽快处理以免影响船员的正常生活。
必须指出,冰塞和膨胀阀脏堵及盘管式蒸发器油堵具有类似的故障现象,都会使附近管路不结霜,但是冰塞时用毛巾热敷后,冰塞点以后的管路会短时间结霜,而脏堵或油堵用毛巾热敷后,无明显变化。
图1水在液体制冷剂中的溶解度及在饱和制冷剂蒸气中的溶解度
3 冰塞的正确处理方法
船上常用的处理冰塞的方法有:拆下冰塞元件除冰；化冰后用干燥剂吸水；用解冻剂消除;回收系统冷剂到钢瓶,再用干燥空气吹系统。
在实际应用中要区别不同情况采用不同的处理方法。对于膨胀阀处冰塞宜采用拆洗法。发生冰塞现象后,拆下膨胀阀内的滤器用纯酒精或四氯化碳进行清洗,然后用干燥的压缩空气吹干,尽量不用热敷化冰的方法解决,因为热敷膨胀阀后会形成较多的水,进入膨胀阀后较细的低温管路后可能冻结在某处人为形成冰塞。在膨胀阀滤器清洗装复后,可将干燥器投入系统运行以进一步吸收残余水分。
对于盘管式蒸发器盘管弯头及变径处的冰塞宜采用淋水化冰后干燥剂吸水的方法。在结冰处淋水使冰塞点融化,同时全部更换系统中的干燥剂,启动压缩机,由干燥剂来吸收冷剂中的水分。该方法需要耐心操作, 需反复多次才能消除。4冰塞的预防冰塞故障的处理是非常烦琐、非常耗时的工作,系统发生冰塞往往令轮机管理人员感到非常头痛,因此在船舶冷库的日常管理中重在防止冰塞现象的产生,也即防止水分进入制冷系统。氟利昂冷剂在生产过程中含有水分的可能性极小,系统进入水分形成冰塞的途径主要来源于两个方面。一是检修时空气进入。船舶机舱温度在45℃左右,属于一个高温高湿的环境,空气的含湿量较大,空气进入系统后就会在温度相对较低的管路及元件内壁上凝结,系统检修完后抽空时,凝结的水分很难在短时间内被抽出,随着检修次数的增加,系统进入水分的量也会增加。系统进入水分的另一途径为补充冷剂时,由于操作不当可能使水分进入系统。
具体在管理中应注意以下几点。
1)针对系统检修时易进入水分的特点,在日常的维护中,如更换干燥器内的干燥剂、换滑油、清洗滤器,检修热力膨胀阀和压缩机等,应正确操作,减少空气进入的量。在船舶制冷装置中,这些部件的前后都装有截止阀,在停机拆除这些部件前,必须关闭这些截止阀,同时应先关进口阀,后关出口阀。拆检完毕装复这些部件时,应先慢慢打开进口阀以驱赶管系中的空气,装复后再打开出口阀。检修完毕后应检漏除漏,装置运行时,应使干燥器投入运行,以吸收残余水分,运行一段时间后再使干燥器旁通。
2)当船舶在大风浪中航行时,为避免贮液钢瓶中悬浮水分和冷剂因船舶摇晃而混合均匀,应尽量避免此时给系统补充冷剂。
3)在正常情况下补充冷剂时,应遵循正确的操作步骤。贮液钢瓶应向下倾斜放置,绝对禁止将贮液钢瓶倒置；连接系统充剂阀和贮液钢瓶出口阀时,应注意驱除连接软管中的空气；在充剂过程中应使干燥器投入运行。
4)对于一些老龄船舶,由于机械的磨损,管系的老化,系统的密封性相对较差,外部空气易进入系统而造成冰塞现象的发生,因此应用卤素灯对易漏部位经常检查密封性,发现漏泄及时解决。
5)对于有些老龄船舶,干燥器在系统正常运行时是投入工作的,因此应经常检查干燥器内的干燥剂,如失效应换新。
6)对备用滑油应密封保存,储存在干燥舱室。
5 结束语
冰塞现象已成为船舶冷库制冷系统不容忽视的问题,系统发生冰塞现象后,应根据其产生的机理及可能产生的部位,正确快速地做出诊断,避免盲目性而延误时间,影响船员生活及船舶的正常续航。
参考文献
[1]费千.船舶辅机[M].大连:大连海事大学出版社,2010.
[2]郭庆堂.实用制冷工程设计手册[M].北京:中国建筑出版社,1994.