水面艦船射頻液冷系統潔凈度工藝控制方法

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

水面艦船射頻液冷系統常規用60號或65號軍用冷卻液[1](主要成分為乙二醇、去離子水及微量抗蝕劑等)作為冷媒供冷。由于射頻設備自身內部原因，對液冷系統自身(管路、附件及設備)潔凈度要求很高，主要包括①管路加工質量：采用內窺鏡檢查，管路內壁應光滑，無生銹、焊瘤、毛刺、附著物等；②顆粒物含量：去離子水串洗后隨機提取200 mL系統溶液，顆粒物含量應滿足GJB420B—2015潔凈度8級要求[2](肉眼不可見)；③氯離子含量及pH值：去離子水串洗后隨機提取200 mL系統溶液，氯離子含量小于10 ppm，常溫下取樣液的pH值在7～8之間；④液體殘留：在管路最低點排出口不得出現連續滴水現象。對于小型射頻液冷系統，由于規模小，設備少，出現問題容易排查等因素，系統潔凈度控制的工程技術的難度問題并不明顯。隨著我國水面艦船射頻液冷系統設計的發展，逐漸從分布式向集中式過渡，近幾年系統規模成數倍增長，加上相關潔凈度要求本身提出時間周期短且要求高，無相關充分的工程技術積累、標準等參考等因素，在數型艦船的液冷系統建造中，潔凈度控制成為工程建設的軟肋，屢次出現抽檢不達標、工期延誤數月、建造成本急劇上升等問題。基于此，結合型號課題研究背景，提出水面艦船射頻液冷大系統潔凈度工藝控制方法，并結合某大型水面艦船陸上1∶1射頻液冷系統試驗平臺進行驗證。

1 管路預制及安裝工藝要求

射頻液冷系統采用316L不銹鋼管，管路的預制必須在鋼平臺或經過硬化處理的地面上進行，預制場地應進行日常清理，保持清潔有序。具體為不銹鋼管應采用鋸床或型材切割；焊口組焊前，應將管口附近雜物清除干凈；不銹鋼管應采用手工鎢極氬弧焊焊接(惰性保護氣體氬氣或氮氣)，直徑大于DN200的管路應采用二氧化碳自動保護焊焊接；管路焊接完成后，應清除管路內外溶渣、藥粉和焊接飛濺物，修正與清潔焊縫，采用壓縮空氣吹掃管路內壁,確保管件清潔。對預制好的管路進行清洗，去除管路表面油垢、氧化皮、銹蝕物和其他附著物。清洗工藝流程應按照如下步驟[3]進行。

管路安裝前，應逐件清除管路附件表面和內部的砂土、鐵屑、熔渣及其他雜物；對交接預制管段應打開封堵，對內部清潔度進行再次檢查確認。

2 設備及附件材質與加工工藝

設備及附件與冷卻液接觸部分的金屬材料，換熱器應選用TA1-A或316L，水泵泵體、葉輪及泵軸均采用316L，分、集水器及截止閥件等均應選用316L，禁止出現鋁質和銅質材料；非金屬材料應耐冷卻液腐蝕，不得出現掉渣、掉屑現象，密封墊片類可選聚四氟乙烯、三元乙丙橡膠(EPDM)等。在某液冷系統中，部分閥件未按國標要求，自行選擇了石墨墊片密封，在閥門轉動過程中，石墨承粉狀碎屑延閥桿進入系統，造成系統持續污染，見圖1～5，同時石墨由于具備一定粘性，易聚合、沉積，造成返工清潔。

圖1 受石墨粉污染的閥桿

圖2 石墨顆粒附著于系統濾網

圖3 石墨聚合沉積在濾筒底部

圖4 遇水銹蝕的閥芯背面

圖5 進入系統被濾網攔截的腐蝕碎渣

設備及附件與冷卻液接觸的金屬表面，應進行充分機加工和清潔，某液冷系統部分閥件閥芯鑄造完成后，背面未進行機械打磨、拋光，原鑄造模具中的鐵離子等遇水發生銹蝕，造成系統污染。

3 設備及附件清洗與進場安裝

液冷系統內各設備(水泵、板式換熱器、定壓補水裝置、分集水器等)、附件(各類傳感器、閥件、儀表、濾器等)出廠前應采用去離子水或清潔水清洗，清除設備內部顆粒物、油污等，排凈積水保持內部干燥，經檢查確認后，將外部敞口全部封堵并出具驗收報告。設備及附件安裝前，管路潔凈度控制小組應檢查驗收報告，檢查設備外部接口封堵是否破損，打開封堵再次檢查，逐件確認內部無顆粒物、油污、易脫落物等，確認潔凈后開始安裝。對于出現污染的設備及附件，應現場協商供貨單位進行再次清潔。設備及附件安裝時，應注意避免工具及人員等因素產生的顆粒、油污等污染物進入設備或管路；中間停工時應對敞口進行臨時封堵；墊片、緊固件等安裝件應注意清點數量；現場預備清潔存放臺，安裝時逐個拆封封堵口；墊片污染后及時更換；管路潔凈度控制小組應全程陪同并簽署安裝驗收記錄。

4 系統調試及試驗

液冷系統按圖紙施工完畢，管路完成潔凈度驗收前開展的單機調試及系統試驗等工作，應報管路潔凈度控制小組批準，要求①系統水力平衡試驗、監控系統調試等試驗項目，應結合串洗同步進行; ②系統第1次串洗前，系統密性可預檢一次;③板式換熱器、自動排氣定壓補水裝置在系統完成潔凈度驗收前，原則上應與系統斷開，不參與系統密性試驗；④管內無水或未充分排氣時，禁止水泵連續運轉；⑤系統自帶濾器濾芯應取出妥善保管，不參與串洗、調試及試驗。⑥安裝在系統管路上的附件，結合串洗完成各項試驗調試工作，如閥門的啟閉、儀表顯示、傳感器信號傳輸等。

5 冷卻液管路串洗

采用清水、清洗劑及去離子水為串洗清潔劑[4]，對冷卻液管路進行多次清洗，使得管內殘留顆粒物濃度、氯離子含量達到驗收標準。

5.1 技術方案的制定原則

串洗為系統管路潔凈度交驗前的重要工藝，對工程進度、經費成本等有重大影響，串洗工藝技術方案的制定應考慮以下方面：對串洗前的準備工作嚴格檢查，避免串洗過程中返工、動火、二次污染等問題；對清洗劑、去離子水的成分結合系統實際進行適用性檢查，避免出現二次腐蝕；對整個串洗流程結合系統實際進行合理規劃，有效利用人力、物理資源，最大限度保障串洗效果。對具體的串洗步驟詳細界定，避免重復工作，避免串洗過程帶入新的顆粒和氯離子污染物。鑒于串洗管路本身的不確定性，串洗方案應相應靈活調整，保障通過驗收的前提下兼顧時間周期。

5.2 準備工作狀態檢查

對串洗前系統、設備等的準備工作進行檢查，具體為①系統準備狀態檢查：管路施工完畢、系統初密性試驗完成、自帶濾芯完成拆除且工裝濾器安裝完畢、觀測透明管已安裝、壓差傳感器拆除且接管閥門關閉、板式換熱器短接、自動排氣定壓補水裝置接管閥門關閉、艙內供水支路短接、監控系統流量計可本地或遠程讀數。②設備準備狀態檢查：循環泵及控制柜完成單機調試，具備連續運行條件；③串洗清潔劑準備狀態檢查：清洗劑完成采購與合格證檢查、去離子水完成采購與合格證檢查；④其他：串洗清潔劑排放準備、工裝濾芯清潔度及存放地檢查、系統異常應急處置預案等。

5.3 第1次清水串洗

目的是全面清洗系統管路內顆粒物，為后續的清洗劑清洗作準備。

5.3.1 主管串洗

主供回水管路、分集水器、壓差平衡閥旁通管路等組成主管路，對主管路按以下流程進行串洗。①確認管路注水完畢，空氣排凈；確認閥門狀態，保持主管路唯一暢通，其他環路關閉；②調整泵出口前閥門或采用變頻泵等措施，使主管流速分別在～1.5 m/s、～2 m/s、～3 m/s。串洗過程中，可分別換裝不同過濾精度濾器(100目、300目、400目)；③串洗過程中，對管路焊縫、彎頭、管路底部等易產生顆粒物或沉積物處，使用橡膠錘或木錘，在不破壞管路及密性的前提下，進行適當力度的敲擊。串洗過程中，以溫度傳感器或點溫計的形式，監測管壁升溫，保持溫度不超過50 ℃；定期檢查濾網是否完整和牢固并及時清洗；及時處理串洗過程中出現的異常情況，形成按詳細的串洗記錄；串洗合格后轉入艙內管路串洗。

5.3.2 艙內管路串洗

選定任一艙室開展艙內管路串洗。①確認艙內管路注水完畢，空氣排凈；②確認閥門狀態，保持主管路與艙內供水管路唯一暢通，其他環路關閉；③調整泵出口前閥門或采用變頻泵等措施，使主管流速在～2.5 m/s。串洗過程中，始終采用400目濾器；依次開啟艙內各支路，保持支路流速在3 m/s以上，逐一進行串洗。其他串洗要求與主管串洗相同。串洗合格后，關閉艙室主支路供回水閥，確保與主管隔斷。串洗下個艙室艙內管路時，重復本操作流程。所有艙室串洗合格后，本階段串洗結束。

圖6 串洗原理示意

5.4 清洗劑串洗與排放

采用不銹鋼管路專用清洗劑(如CLF-700、3M不銹鋼清洗液等)，按清洗劑濃度配比要求，配置好清洗溶液并完成全管路加注，排凈空氣，進行全系統循環串洗，總清洗時間不得少于12 h。清洗劑串洗也采用主管與艙內支管分開串洗方法，與清水串洗相同。

清洗劑串洗完成后，應立即將清洗溶液排出，避免在管路二次沉積與附著；清洗溶液排放應徹底，對系統可能淤積部位進行全面泄放；清洗液排放完畢后，打開注水管路，視情對系統全面換水清洗2～3次；形成按詳細的串洗記錄。

5.5 第2次清水串洗與排空

本階段串洗目的是全面完成管路最后一道串洗，使管內顆粒物含量達到驗收標準要求。串洗前系統注滿水，排出空氣，串洗方法與第1次清水串洗相同。串洗周期和換水次數，可根據濾網情況確定，檢查濾網表面，濾網多次潔凈且無肉眼可見顆粒物時，可考慮轉入去離子水串洗。

本次系統需全面徹底排空，推薦根據系統實際容量和實際排水量，校核排空情況；對管路折彎密集部位、長距離輸送下沉部位、底部管路等淤積部位，拆除法蘭連接進行排空。

5.6 去離子水加注與串洗

去離子水應選用正規廠家生產的產品，水質達到國家電子級EW-II及以上標準[5]，pH值在7～8間，推薦與射頻設備單位會簽確認。去離子水串洗循環時間應不小于6 h，清洗結束后，采用氯離子檢測儀，檢查管路去離子水中的氯離子含量是否超過100 mg/L。如去離子水氯離子含量超標，應將整個系統排凈后重新注入去離水進行二次沖洗。要求前述工藝都落實到位，去離子水排空前，申請顆粒物含量第三方檢測。

5.7 氮氣吹除

采用干燥高純度氮氣(顆粒度為≯3 μm；純度為≮99.9%)進行管道氮氣吹除，吹除壓力約為0.5 MPa，完全去除管道中殘留的去離子水。按照從上到下，先艙內后艙外的順序進行。

管道吹除時，應注意預先應最大限度排空系統內存水，否則將導致氣源耗量數倍增加。

5.8 系統狀態恢復

系統串洗交驗后，對系統進行復原。復原中不得帶入新的顆粒和氯離子污染物：拆除短接軟管、濾器、觀測管等串洗臨時工裝。按系統原理復裝管路及附件，對復裝件進行內表面潔凈度檢查，必要時采用去離子水沖洗并干燥。復裝工序管路潔凈度控制小組應全程監督。

6 結論

射頻冷卻液管路清潔工藝為系統施工建造期間的關鍵工藝，施工單位應予以充分重視，成立專項項目組確保各項技術要求落實到位，同時注意以下技術問題。①串洗用短接管內部應光滑無折彎，禁止選用波紋管；②材質為316L或耐蝕橡膠，禁止采用鍍鋅鋼管等。串洗用濾器，材質應為316L，濾芯應耐沖刷，使用時濾芯牢固無脫落。其他串洗工裝與水接觸部位金屬材料推薦采用316L，非金屬材料采用聚四氟乙烯。冷卻液管內部正常應為光滑干凈呈現出暗灰白色，無金屬顆粒物或其他雜質附著。現場封堵用堵帽、堵頭、盲板法蘭等，應注意其自身潔凈度需達標。

串洗期間應控制系統工作壓力不超過設計壓力1.4 MPa。串洗期間出現濾網顆粒物增多等現象，應立即停止串洗，對全系統排查。串洗期間，如條件具備應盡可能多次換水，同時水源注水時，應加裝高精度過濾器(40 μm)。采用變頻泵串洗時，可多次調節頻率，改變流速；條件具備時，可改變流向反沖，效果更好。串洗期間，各管路閥門應定期旋動；對于清洗盲區，如泄放管段、濾器底部等，應定期泄放清理。

所提出的潔凈度工藝控制方法已經過了實際工程驗證和完善，可有效降低工程項目20%以上工作量及成本，縮短串洗周期3個月以上。