船舶制冷系統故障分析及解決方案

摘 要：所謂制冷，就是利用人工或機械做功等方式，使某一空間或物體的溫度降低到低于周圍環境溫度，并保持在規定低溫狀態。在當今的船上，船舶制冷裝置是冷藏船、液化氣船、船舶伙食冷庫、冷藏集裝箱和船舶中央空調系統的核心設備。伴隨著海運業迅速發展和制冷、空調裝置的廣泛使用，在制冷裝置操作管理中正確分析、判斷并迅速排除故障已成為輪機管理人員的重要職責。制冷裝置各部件設計制造不妥，或操作管理不當均可能造成相關運動部件和自控元件頻繁出現故障。故障一旦產生，船舶管理人員就應及時分析故障誘發因素，并快速、準確地找出故障源進而加以排除。因此，對船用制冷裝置的故障診斷與處理對輪機員來說是一項具有挑戰性的工作。本文對船舶制冷系統的原理進行了介紹，對船舶制冷設備經常出現的幾種典型機械故障進行了分析。通過分析總結并縮小故障的范圍，進一步確定出故障的根源，從而達到排除故障的目的。本文通過總結制冷故障的解決措施從而列出了一套在船上遇到故障并能快速排除故障的最優化方案。

關鍵詞：船舶；制冷系統；壓縮機；制冷劑

1 船舶制冷的基本原理

船舶制冷裝置中最常用的就是蒸氣壓縮式制冷（簡稱為壓縮制冷），它是選擇沸點很低的液體作為制冷劑，經膨脹閥（即節流閥）節流進入蒸發器的盤管中，在較低的蒸發壓力下吸熱汽化，從而實現制冷。為了在蒸發器中維持低壓，需用壓縮機將其中制冷劑蒸氣不斷地抽出，壓送到冷凝器中去。冷凝器中的冷凝壓力及相應的冷凝溫度較高，這樣就可以利用環境介質（舷外水或空氣）使制冷劑蒸氣冷卻、冷凝而重新液化，然后再經膨脹閥節流后送入蒸發器汽化吸熱，從而不斷地吸熱，達到連續制冷的目的。

2 船舶制冷系統的幾種典型故障

2.1 冰塞

制冷劑在制作和運輸過程中不免與空氣接觸而含有少量水，它們在制冷系統中經過節流、降壓后，溫度自然降低。當溫度降至0℃以下時，水會呈游離狀態而迅速結冰，在制冷管路狹窄處就會形成堵塞，這就是所謂的“冰塞”現象。冰塞是船舶冷庫制冷系統常見故障之一。在實際工作中，當冷庫出現制冷效果下降，冷庫溫度降不下來，壓縮機頻繁停車等現象時，都會考慮系統冰塞的可能性。對于單純的冰塞，比較容易分析升高處理；對于多種故障造成的冰塞，往往會被現象所迷惑，如冷庫內膨脹閥后有結霜現象但蒸發器上卻沒有，這樣很難找出問題的癥結。如果判斷錯誤，將浪費大量時間和精力，也影響到冷藏食品的質量，甚至于影響船員正常生活及船舶的持續安全航行。因此必須搞清楚冰塞產生的機理、產生的部位、處理方法及預防措施，使輪機管理人員能快速正確地處理冰塞故障。

2.2 液擊的現象

通常，液擊現象可分為兩個部分或過程。首先，當較多液態制冷劑、潤滑油或者兩者的混合物隨吸氣以較高速度進入壓縮機氣缸時，由于液體的沖擊和不可壓縮，會引起吸氣閥片過度彎曲或斷裂；其次，氣缸中未及時蒸發和排出的液體受到活塞壓縮時，瞬間內出現的巨大壓力并造成受力件的變形和損壞。這些受力件包括吸排氣閥片、閥板、閥板墊、活塞（頂部）、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等。

2.3 壓縮機啟停頻繁的原因歸納

船舶制冷系統由于操作管理不當而引起壓縮機起停頻繁，制冷壓縮機起停頻繁時，應多注意觀察自動化元件，主要分為以下幾種情況：

（1）供液電磁閥起停頻繁，導致低壓控制器使壓縮機起停頻繁，這是由于溫度控制器啟閉頻繁。屬于這方面的原因是冷庫隔熱差或溫度控制器溫包安裝不當。

（2）電磁閥扔開著，低壓控制器使壓縮機起停頻繁，這表明庫溫未達下限，壓縮機吸入壓力過早達到低壓控制器下限，停車后仍有冷劑進入蒸發器，吸入壓力勢必不久又升到上限，壓縮機因此啟停頻繁

（3）電磁閥全部關閉，低壓控制器仍使壓縮機起停頻繁，是有高、低壓端間存在很嚴重的內部泄露，這種情況一般是不會發生。

3 制冷系統常見故障操作處理

3.1 冰塞的實際操作處理

發生“冰塞”時，必須及時、準確地予以消除，以免因“冰塞”而引起一系列危害。這樣既給自己的工作帶來便利，又能大大提高效率和經濟性。現一般有以下幾種消除方法：

（1）拆下冰塞元件除冰；

（2）化冰后用干燥劑吸水；

（3）用解凍劑消除；

（4）回收系統冷劑到鋼瓶，再用干燥空氣吹系統。

在實際工作中要注意正確區別不同情況，從而采取相應的處理方法。如對于膨脹閥處的冰塞宜采用拆洗法。發生冰塞故障后，拆下膨脹閥內的濾器進行清洗，之后用干燥的壓縮空氣吹干，在膨脹閥濾器清洗裝復后，可將干燥器投入系統運行以進一步吸收殘余水分。

以上幾種方法操作前應先調換干燥劑，以免“冰塞”消除后再發生“冰塞”。

實踐證明，這個方法有效、可行、簡便。但是我們還是本著預防為主防修結合的理念做好冰塞的預防。冰塞故障的處理是非常煩瑣耗時的工作，因此，在船舶冷庫的日常管理中重在防止冰塞現象的產生，也即防止水分進入制冷系統。氟利昂冷劑在生產過程中含有水分的可能性極小，系統進入水分形成冰塞的途徑主要來源于兩個方面：一是檢修時空氣進入。船舶機艙溫度在45℃左右，屬于一個高溫高濕的環境，空氣的含濕量較大，空氣進入系統后就會在溫度相對較低的管路及元件內壁上凝結，系統檢修完后抽空時，凝結的水分很難在短時間內被抽出，隨著檢修次數的增加，系統進入水分的量也會增加。系統進入水分的另一途徑為補充冷劑時，由于操作不當可能使水分進入系統。

3.2 液擊實際操作處理

液擊是制冷壓縮機常見故障之一，發生液擊表明系統或維護中一定存在問題，需要加以糾正。認真觀察分析系統的設計、施工和維護，不難找到引起液擊的根源。不從根源上防止液擊，而簡單地將故障壓縮機維修或更換一臺新壓縮機，只能使液擊再次發生。能引起壓縮機液擊的液體不外乎如下幾種來源：1）回液，我們要防止回流安裝氣液分離器和采用抽空停機控制可以有效阻止或降低回液的危害。2）帶液啟動時的泡沫，我們要從根本出發盡量用與潤滑油不相容的制冷劑這樣可大大減少這樣的危害，但是實際當中是很少的。對于較大系統，停機前讓壓縮機抽干蒸發器中液態制冷劑（稱為抽空停機），可以從根本上避免制冷劑遷移。而回氣管路上安裝氣液分離器，可以增加制冷劑遷移的阻力，降低遷移量。當然，通過改進壓縮機結構，可以阻止制冷劑遷移，并減緩潤滑油起泡程度。通過改進回氣冷卻型壓縮機內的回油路徑，在電機腔與曲軸箱遷移的通道上增加關卡（回油泵等），停機后即可切斷通路，制冷劑無法進入曲軸腔；減小進氣道與曲軸箱的通道截面可以減緩開機時曲軸箱壓力下降速度，進而控制起泡的程度和泡沫進入氣缸的量。3）壓縮機內的潤滑油太多，在一些大型制冷系統安裝調試時，往往需要適當補充潤滑油。但對于回油不好的系統，要認真尋找影響回油的根源，一味地補充潤滑油是危險的。即使暫時油位不高，也要注意潤滑油突然大量返回時（比如化霜后）可能造成的危險。所以我們要找到其根源來徹底解決問題而不能只管表面，對于以上的重要設備要做到經常維護保養以達到減少故障的發生。

3.3 壓縮機啟停頻繁的實際操作處理

船用制冷系統由于工作人員管理操作不當而造成壓縮機頻繁起停的事故是數見不鮮，為了更好的保持設備正常運轉，應采取預防為主，防治結合的方針，定期對容量調節裝置進行有效的維修保養。

4 制冷系統故障排除最優化方案

通過上述對船舶制冷故障方面的分析，列出了一套遇到問題解決問題的最優化方案。對船舶制冷裝置故障診斷的一般原則是在制冷裝置發生故障時，為了避免盲目的推測、減少判斷失誤、提高工作效率、及時找出故障所在，應運用制冷系統的基本原理和基本理論知識，掌握系統內各溫度、壓力等工況參數之間以及各設備和元件之間的相互聯系和相互影響，透過故障現象，洞察其本質。一般來說，故障的查找和處理應注意以下幾個方面：

首先，通過故障現象分析系統內在變化詳盡地列舉出引起這些變化的可能原因，比較這些原因之間的內在聯系與區別，采用逐一排除、篩選的方法，最后確定具體的故障部位或故障原因，減少判斷失誤。通過故障原因的列舉和比較，可進一步縮小范圍，以致最后確定故障，采取措施修復。

其次，要從整體到局部的去分析故障，辨別故障是整個系統的還是某個冷庫的或是某個元件的。這可以在對故障現象進行仔細分析的基礎上，有分寸的對某一設備或元件進行試驗，找出故障所在。

第三，查找故障時，應遵循先簡單后復雜的原則。遵循先簡單后復雜的原則，可避免故障的擴大和復雜化，同時也能減少工作量，最大限度地縮短故障的查找時間。

第四，加強日常的維護管理工作。在日常維護管理中，應嚴格按照操作規程來進行操作，注意系統各溫度壓力等重要工況參數，經常檢查易出現故障的部件，如熱力膨脹閥、高低壓控制器、滑油分離器等，發現異常及時采取措施，避免故障擴大或惡化，經常檢查各庫蒸發盤管的結霜情況，必要時應及時融霜，提高制冷效果。總之，平時維護管理得當，能最大限度地防止故障的出現。

結論

本文通過對船舶制冷故障的分析和處理，總結了船舶制冷裝置故障的診斷及排除方法以及在實際工作中應注意的一些問題。實際上制冷裝置的復雜性決定了其故障的復雜性，對由于制冷系統各組成部件尤其是控制元件的工作相互聯系和相互影響，因而產生故障的原因也是多方面的，甚至有不少故障是由于人為因素造成的，如操作管理不當等。因此排除故障時，應詳細調查研究，認真仔細分析，以便及時準確找出故障原因，確定排除故障的方法。作為輪機管理人員，除應能熟練運用有關理論知識，并汲取實踐經驗，總結故障診斷與排除的一般方法外，更重要的是結合實踐經驗，注意在日常維護管理工作中，正確操作嚴格執行安全技術規程，預防故障的出現，做到防患于未然，保證系統正常可靠的工作。

指導老師：陳林

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作者簡介

閆錕（1989—）男，漢族，河北，職稱：技術十二級助理工程師，廣東海洋大學工學法學雙學士學位畢業，單位：河北海警支隊，研究方向：船舶輔助運行管理。

（作者單位：河北海警支隊）