某船冷卻水高溫與熱交換片腐蝕故障的原因

楊小宇

【摘 要】 為幫助相關船舶運輸企業迅速有效解決船舶故障問題，以某公務船為研究對象，闡述故障現象和后果，分析主機出現冷卻水高溫及潤滑油高溫報警等故障的原因。結果表明：船舶設計和制造缺陷是導致海水冷卻系統中混入少量空氣，從而造成冷卻器熱交換效率低、冷卻水高溫及潤滑油高溫報警等一系列故障的原因，同時造成中央冷卻器熱交換片發生嚴重腐蝕。

【關鍵詞】 公務船；冷卻水高溫；熱交換片；排氣管；濾器

某公務船主機采用美國CAT3516機型，雙機雙槳，配備海水冷卻泵、燃油泵、滑油泵等設備。海水冷卻系統較為簡單，海水經海底門進入海水濾器直接冷卻主機高溫淡水、潤滑油、減速齒輪箱、尾軸后排出船外。該主機最高設計速度為 ，冷卻水報警溫度為98℃，潤滑油報警溫度為103 ℃，緊急停車潤滑油溫度為105 ℃。該主機長期處于滿負荷、高轉速運轉狀態。

1 故障現象和后果

該主機在高負荷狀態下出現主機冷卻水及潤滑油高溫問題，拆解冷卻器還發現有熱交換片腐蝕現象。具體表現如下：

（1）當主機高負荷運轉時，主機冷卻水及潤滑油的運行溫度一直臨界于高溫報警設定值。夏天高溫季節或冷卻用海水濾器稍堵，就會觸發兩者高溫警報，此時唯有采取緊急清洗海水濾器或降速航行措施解決。針對該故障，船方多次與該船的造船廠、主機廠家和設計院溝通聯系，上述三方聯合上船檢查調研，最終也沒能給出有實際可操作性的解決方案。至此，該船只能在相當長一段時期內“帶病”工作，這不僅嚴重影響了該船的功能，而且還增加了船員的工作強度。

（2）在該船進廠檢修期間，在清洗海水冷卻器時發現部分冷卻器熱交換片有腐蝕缺失現象。該冷卻器熱交換片由鈦合金材料制成，對海水有極強的抗腐蝕能力，且在海船中也鮮有類似故障發生。經初步分析，懷疑有空氣進入海水冷卻器，使熱交換片發生氣蝕現象，但一直沒有找到空氣進入的原因。為此，只能采取更換腐蝕嚴重的熱交換片和加強海水系統排放空氣管理。這就增加了船舶維護成本及船舶安全風險。

2 故障原因綜合分析

依照以往的經驗，主機冷卻水高溫和冷卻器熱交換片腐蝕故障是兩個不相關的故障類型，在故障的分析中也是單獨考慮的。但是，造成該船的冷卻水高溫及造成熱交換片腐蝕的原因卻是同一個。該船船員綜合各種現狀進行分析，最終以一個小的改動解決了以上冷卻水高溫、熱交換片腐蝕的問題。故障原因分析如下：

（1）冷卻水高溫、潤滑油高溫，首先應懷疑是由低溫冷卻效果不佳或燃燒工況不佳造成的，但根據該船剛下水不久就出現冷卻水高溫現象及主機廠家檢查主機燃燒工況正常，這就排除了主機燃燒問題和熱交換片臟堵問題。

（2）懷疑海水流量不夠，海水熱交換片數量不能滿足熱交換量，這屬于主機設計匹配問題。但是根據廠家出廠報告，主機制造設計符合要求。

（3）管路管徑不足造成海水流量不夠，但造船廠嚴格按照設計研究院設計標準進行造船作業，符合要求。

（4）由于機艙空間狹小，主機海水管路過于曲折，且與海水總管成倒“Y”形，發生虹吸現象，使得海水進入主機海水管路存在困難。針對此問題，造船廠對海水管路進行改造，使主機海水管路直接從海底門濾器出口接入，以減少海水管路的曲折度和長度。改造后，冷卻水高溫、潤滑油高溫現象有所改善，但仍然處于高位狀態。

（5）結合海水冷卻器片腐蝕的現象，懷疑海水中混有空氣。空氣是造成熱交換能力下降及熱交換片腐蝕的主要原因，在確定主方向后，查找空氣來源：檢查海底門吹氣系統，拆解進氣閥門，確保沒有空氣進入；檢查海底門排氣管路，拆解相關管路，確保排氣暢通。檢查完畢后問題仍然存在，故障一時無法解決。

在一次清洗海水濾器時，輪機長發現打開濾器蓋沒有海水溢出，并且海水濾器的上半部分沒有海水，豁然明白了故障成因。

經分析，該船為高速船舶，吃水較淺，其在高速航行時，大量的空氣隨著波浪進入海底門，船舶海底濾器緊靠海底門，且海水總管位置距離海底門頂部高度不夠，不管海底門排氣管如何順暢，都會有少量的空氣進入濾器。由于該船濾器安裝高度高于海底門，造成空氣積壓在海水濾器上部，形成“氣室”，導致空氣無法排除，且隨著海水的流動，空氣再次混入海水進入海水系統，新的空氣又源源不斷地聚集在海水濾器上部。空氣進入海水系統后積壓在海水濾器的上部，海水流動使空氣再次混入海水并進入冷卻系統，當空氣進入冷卻器片時發生氣蝕現象，腐蝕冷卻器片和降低冷卻器的熱交換率，造成冷卻水高溫、潤滑油高溫。

3 排除故障

綜合上述故障分析，造成該船長期冷卻水高溫、潤滑油高溫及中央熱交換片腐蝕的原因是船舶設計及制造缺陷造成空氣混入海水系統，在熱交換器內發生氣蝕現象，腐蝕熱交換片，降低熱交換能力，進而造成主機冷卻水高溫、潤滑油高溫等故障。只要將海水系統的空氣排出就可以解決以上故障。因此，以排除故障為首要，最終決定在海水濾器蓋上增加排氣管路，排除海水濾器中聚集的空氣。

改造后，試車、航行運轉，主機冷卻水高溫、潤滑油高溫現象得到很大改善，熱交換器熱交換片腐蝕現象也得到解決。但是，此改造只能作為臨時的解決方案，要根本上解決問題，船舶必須進船塢，抬高海底門頂部高度，海底門頂部距主海水管路出口高度差由h增大到h'，以增加空氣集結空間，便于排放，減少空氣進入海水系統。海水主管路系統改造方案見圖1。

4 故障的反思和警示

此次故障的主要原因是：

（1）造船廠建造公務船經驗不足，對設計圖紙理解不夠深入，對個別裝備工作原理理解存在偏差。受空間限制沒有嚴格按照設計要求落實具體尺寸，理解海底門排氣管的作用，卻忽略了海底門高度的重要性。

（2）船員、船廠對船舶故障的綜合判斷能力經驗不足，單獨分析故障，沒有將各故障聯系起來。

（3）面對復雜故障，船員、船廠主動深入研究不足，只是采取簡單的清洗濾器、熱交換器，調整管路等治表措施，故障根本原因沒有排除。