船舶伙食冷庫故障診斷和排除

林文城

(廈門海洋職業技術學院，福建 廈門 361012)

船舶伙食冷庫故障診斷和排除

林文城

(廈門海洋職業技術學院，福建 廈門 361012)

文章就船舶伙食冷庫運行中出現制冷能力下降的實例，借助故障的表征和制冷理論知識，全面分析和鑒別故障產生的機理，最后針對性提出故障的排除措施和日常維護管理的注意事項，拋磚引玉，與同行共勉。

船舶伙食冷庫；不凝性氣體；制冷量；軸功率

壓縮式制冷是現今應用最普遍的，也是船舶伙食冷庫的主要制冷方法。壓縮機抽取蒸發器出口的過熱蒸汽，進行壓縮，向冷凝器排出高溫高壓的過熱蒸汽。冷卻水在冷凝器內吸收熱量，使制冷劑放出熱量，且狀態由過熱蒸汽降溫變成飽和蒸氣、濕飽和蒸汽和飽和液體，最后成為過冷液體排出。高壓的過冷液體制冷劑，經過膨脹閥的節流降壓后，變成低溫低壓的濕飽和蒸汽。而濕飽和蒸汽在冷風機蒸發器低溫氣化，大量吸收冷庫中空氣的熱量，使冷庫維持在設定的溫度范圍內。在蒸發器內氣化吸熱后的制冷劑最終成為過熱蒸氣重返壓縮機，完成熱力學上的循環過程[1]，如圖1所示。

圖1 蒸氣壓縮式制冷原理圖

1 故障的表征

某5萬總噸船舶的食品冷藏庫共有4個，分別為2個低溫庫、2個高溫庫。此外，還有1個冷藏緩沖間。各冷庫容積如下：肉庫22.4 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；魚庫16.2 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；菜庫32.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；日用庫12.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；緩沖間16.8 m3(5 ℃±1.5 ℃)。選用型號為FA-2LSYF的壓縮機2臺，且所有冷庫蒸發器都選擇冷風機，選用R22作為制冷劑。

某次伙食冷庫在周期性維護保養后，發現壓縮機運行時間長，進一步檢查發現壓縮機的排氣壓力和溫度都偏大，甚至出現高壓繼電器動作導致壓縮機保護性停車的情況，輪機技術人員只能采取調高高壓繼電器的壓力值才得以排除故障；另外，冷庫制冷速度減緩和制冷能力降低的狀況也一直存在。

2 故障的分析

基于這種狀況，首先檢查高低壓繼電器、水量自動調節閥、溫度繼電器、供液電磁閥、壓差繼電器和熱力膨脹閥等自動化元件的運行狀態，排除這些元件和儀器儀表的故障。根據故障表現，壓縮機排氣壓力升高，即冷凝壓力升高，必然造成冷凝溫度的上升。而冷凝溫度的變化，對系統的制冷量和壓縮機的軸功率造成的影響，分析如下。

制冷壓縮機的制冷量Q0可由公式(1)來表示。

Q0=λV1q0/υ1，

(1)

式中：V1為壓縮機的理論排氣量；q0為制冷劑的單位制冷量；υ1為制冷劑在壓縮機吸入口的比容；λ為輸氣系數。

由公式(1)知，當冷凝溫度升高時，雖然壓縮機的理論排氣量和制冷劑在壓縮機吸入口的比容保持不變，但輸氣系數和制冷劑的單位制冷量都減小，所以造成系統的制冷量不足[1]。

制冷壓縮機的軸功率Pe可由公式(2)來表示：

Pe=λV1w0/v1ηe，

(2)

式中：w0為壓縮機的單位理論功；ηe為壓縮機的軸效率。

由公式(2)知，當冷凝溫度升高時，壓縮機的理論排氣量、制冷劑在壓縮機吸入口的比容和壓縮機的軸效率保持不變，雖然輸氣系數減小，但壓縮機的單位理論功增加幅度更大，故造成壓縮機軸功率反而增加。[1]

由此可見，系統的故障表現，符合冷凝溫度過高導致制冷系統壓縮機軸功率過大而制冷系數和制冷量不足的特征。導致冷凝壓力(冷凝溫度)升高的原因：①冷卻海水的流量不足或溫度過高；②冷凝器換熱能力下降；③制冷劑充注量過多；④制冷劑中含有不凝性氣體。

檢查冷凝器的冷卻水泵，發現泵的吸排壓差、實際功率和流量符合要求，同時海水的溫度也在設計的范圍內。冷卻水進出口溫差在4.2 ℃，也沒有超出設計的范圍(3～5 ℃)。將冷卻水量調節閥設定為最大，發現冷凝壓力有所下降，但并沒有達到設計的數值。根據以上分析，排除冷卻水不足和水溫過高的問題。

冷卻管的臟污、堵塞和冷卻水側氣塞等，將導致冷凝能力不足。運用專用的化學清洗藥劑，摻配合適比例的水分，依據說明書上的規定步驟對冷凝器進行清洗。啟動冷卻水泵向冷凝器供水后，打開水側放氣旋塞進行放氣操作。冷凝器進出口壓差為0.17 MPa，排除管路堵塞的可能。經過以上的處理，同樣發現冷凝壓力雖有降低但仍沒有達到設計的數值，排除冷凝器換熱不足的可能。

制冷劑充注量過多時，在冷凝器中液體制冷劑將浸沒冷卻管過多，從而減少換熱面積導致冷凝壓力和溫度的升高，同時增加蒸發壓力和溫度；另一方面，雖然系統制冷劑流量的增加，一定程度上增大了蒸發溫度和制冷量，但是蒸發溫度的升高也造成蒸發器和冷庫傳熱溫差的下降，抑制制冷量進一步增大且最終使制冷量下降。因此，制冷劑充注過量，終將導致系統運行中制冷系數和制冷量的降低以及壓縮機軸功率的增加；嚴重時將導致壓縮機液擊或因吸入壓力大，啟動負荷大的原因造成電機電流過大而燒毀。系統運行時，檢查儲液器內液態制冷劑的液位計，發現液位位于1/3和1/2之間，排除制冷劑充注過量的情況。

在現有的制冷系統冷凝條件下，空氣是不可能由氣態轉化為液態的，因此歸為不凝性氣體。空氣混入制冷劑中，使冷凝器的換熱面積下降，制冷劑的冷凝溫度和冷凝壓力升高，從而造成壓縮機的排氣壓力和溫度升高，軸功率增大，而系統的制冷量下降。經檢查發現，系統運行中冷凝器壓力為1.72 MPa(絕對壓力，以下相同)，而冷凝溫度為40.1 ℃，查R22的壓焓圖得，對應的飽和壓力為1.56 MPa，實際冷凝壓力比飽和壓力大0.16 MPa，根據道爾頓定律，這多出來的壓力值應是制冷劑中不凝性氣體的壓力，也就是混進制冷劑中空氣的壓力值。考慮制冷系統的故障特點和以上分析，基本斷定本故障是由制冷劑中混進空氣所造成的。

3 故障的排除

因系統運行中冷凝器的壓力大，在排放空氣時難以控制，制冷劑的損耗量較大。另一方面，在充分冷卻的前提下，冷凝器中的制冷劑將大部分成為過冷液體而沉積在底部，由于空氣不凝結且密度小，故聚集在高處，本例冷凝器位置高于壓縮機，所以準備在冷凝器頂部的放空氣閥排除空氣，具體操作步驟如下。

1)切斷儲液器的出口閥門。

2)開機，把系統中的制冷劑連同不凝性氣體一起排入冷凝器中，然后停機，并關閉壓縮機排出管路上的閥門。為徹底排除空氣，可將壓縮機的高壓繼電器設定值調大和低壓繼電器設定值調小，避免在抽氣過程中壓縮機停機，造成在冷凝器和儲液器之外還有殘留氣體。

3)加大冷凝器冷卻水的流量，連續冷凝1～2 h，直至冷凝壓力穩定在某一數值上(制冷劑充分冷凝為液體)?？諝獾拿芏刃。奂诶淠鞲咛帯?/p>

4)稍開放氣閥，讓氣體流出幾秒即關，稍停再重復。分次操作可減輕擾動，減少制冷劑損失。為了判斷放氣情況，可用手迎著氣流，如果感到像風一樣，表明放出的是空氣；如果手上出現油跡并有涼的感覺，且冷凝壓力下降得很快，降后又漸漸回升，則表明已經放出制冷劑，此時應立即關閉放氣閥。以上放氣操作主觀臆測的成分太大，可能導致放氣不充分或制冷劑損耗過多，所以僅供放氣過程中的參考手段。嚴謹的做法是：每次放氣后觀察冷凝器壓力表的實際讀數，達到冷凝溫度所對應的制冷劑飽和壓力即應結束放氣。本例放氣過程中，冷凝壓力為1.13 MPa，高于冷凝溫度為25.2 ℃，其所對應的飽和壓力1.05 MPa，系統中還有空氣殘留，繼續放氣；冷凝壓力為1.02 MPa時，與冷凝溫度24.1 ℃對應的飽和壓力基本相等時，表明空氣排放結束，需要關閉冷凝器的放氣閥。

系統經過1 d的運轉，壓縮機的排氣壓力和排氣溫度回落至正常值，冷庫的制冷能力和制冷速度得到提升，重回故障前的狀態，說明系統運行已經恢復正常。

4 故障的預防

為避免系統內部混進空氣，一方面保證系統的密封良好，避免吸入空氣；另一方面系統維修時要嚴格按照正確的操作規程，如確保系統在抽真空時所能達到的壓力、充注制冷劑時必須及時排除管路內的全部空氣和選擇正規廠家生產的合格制冷劑等。

5 結束語

對于制冷系統而言，故障有很多種形式，而且每一種故障可能由各種不同的原因導致，所以系統運行中一旦出現異常，輪機技術人員要根據故障的特點，結合技術參數的數據分析和設備的運行狀態判斷，運用制冷技術理論作為基礎，準確鑒別故障發生的機理，采取針對性的措施方法進行排除。此外，提高日常維護管理水平，嚴格執行安全技術規程，防患于未然，保證制冷系統長期可靠的運轉。

[1] 費千．船舶輔機[M]．大連：大連海事大學出版社，2005．

Drop of refrigerating capability of marine messing refrigerator is analyzed,the fault mechanism is distinguished with the characterization and related theoretical knowledge.Some fault-removal measures and precautions on daily maintenance are put forward as reference.

marine messing refrigerator;incondensable gas;refrigerating amount;axial power

林文城(1975-)，男，福建莆田人 ，講師，碩士，研究方向為船舶輔機自動控制和維護管理等。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.004

2017-02-06