減搖鰭海水冷卻器防腐防漏優化

曹長水，蔣衡捷，司黎明，鄧啟亮

（上海衡拓船舶設備有限公司，上海 200031）

0 引言

減搖鰭是目前效果最好的減搖裝置，位于船舶兩舷舭部。通過操縱機構轉動減搖鰭，使水流在鰭上產生作用力，形成減搖力矩，減小搖擺，以減小船體橫搖。該設備結構復雜，造價較高，且效果取決于航速，航速越高，效果越好，故多用于高速船舶。配備減搖鰭裝置，能夠提高船舶安全性、改善其適航性，改善船上工作條件、提高船員工作效率、避免貨物碰撞及損傷，提高船舶在風浪中的航速，且能夠延長其他船舶設備的使用壽命，保證特殊作業設備（如直升飛機起降、觀測儀器等）的準確使用。

作為減搖鰭液壓驅動裝置中的重要組成部分，冷卻器起著舉足輕重的作用。液壓系統工作時，液壓泵、油缸的容積損失和機械損失，控制元件及管路的壓力損失和液體摩擦損失等消耗的能量，幾乎全部轉化為熱量。這些熱量一部分散發到周圍空間中，而大部分使油液及元件的溫度升高。倘若油液溫度過高（＞80 ℃），將嚴重影響液壓系統的正常作業[1]。

船舶在海上航行時缺乏淡水，使冷卻器的冷卻介質海水成了第一優選。海水的酸堿性很強，且濕度很大，使其具有較強的腐蝕性，故對海水冷卻器材質的要求也相對較高。如設計或保養不當，則易出現冷卻器被腐蝕后產生漏水的現象。而海水冷卻器漏水致使油液被乳化，加劇液壓零部件的磨損，進而嚴重影響液壓系統的安全及長期運行的穩定性。

某型號船用液壓機組選用的冷卻器頻繁出現油水混合而導致油液出現乳化現象。針對該現象，對該型冷卻器做更換處理，并將故障冷卻器進行拆解分析。在船艙內拆卸冷卻器的時候，泄漏的油液污染了較大面積的船艙地板，被乳化的油液及清洗更換油液等，耗費了大量的人力物力成本。本文主要探討漏水原因，并從源頭設計及使用維護上進行優化。

1 對冷卻器進行故障診斷

在液壓系統中，由于水分進入油液而導致的乳化現象較為常見，故本系統在發現油液乳化現象后將其初步判斷為冷卻器故障。上船后將冷卻器和左右側端蓋拆下，對管板與殼體進行重新固定。將冷卻器中的1個油口用堵頭堵塞，向殼體內注入新油液，把另一油口接到泵壓裝置中。將兩側管板處的各換熱管口擦干，而后對冷卻器慢慢加壓（最高加壓至1.2 MP），觀察兩側管板處各換熱管口。大多數冷卻器在加壓至0.5 MPa時，出現液壓油從換熱管中流出的現象，驗證了液壓油被乳化是因水分進入的預測。而水分進入液壓油，最直接原因則是換熱管的破損。試驗示意圖如圖1所示。

圖1 試驗裝置示意圖

2 對漏水冷卻器進行拆解

2.1 拆解端蓋

端蓋內防蝕鋅棒安裝位置已看不到防腐蝕鋅棒，如圖2所示。

圖2 端蓋

2.2 檢查管板及換熱管

拆開端蓋，發現冷卻器管板表面及換熱管內部均有大量雜質，部分換熱管基本被堵死。管板（見圖3）及換熱管（見圖4）管口部位局部可見被腐蝕的凹坑、缺口等缺陷。破壞性拆解，可發現換熱管內部腐蝕孔及漸變腐蝕凹坑，有一定的沖刷痕跡。

圖3 管板

圖4 換熱管

3 原因分析

冷卻器被腐蝕的原因是多方面的，冷卻器自身設計及工作環境也是客觀因素。根據上述拆解情況，初步分析換熱管出現破損的原因主要有以下幾點：

1）內部異物雜質過多，換熱管內部出現堵塞，從而使換熱管內海水流速加快，海水中參雜的硬質雜質物使換熱管內部出現沖刷損傷。

2）內部異物長期與換熱管、管板接觸，而冷卻器內部的防腐鋅棒未能及時更換，導致換熱管長期處于無保護狀態，局部便會產生電化學反應且可能導致局部漩渦的產生。金屬表面與電解質溶液因發生電化學作用而產生的電化學腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。電化學腐蝕通常又以應力腐蝕破裂、點蝕（小孔腐蝕）、縫隙腐蝕等局部腐蝕的形式出現。電化學腐蝕反應主要通過陰極、陽極及金屬內部的電子流形成回路。陰極反應為還原過程，陽極反應為氧化過程，兩者的反應作用如下：

因此，犧牲陽極在海水冷卻器中扮演著重要的角色[2]。

4 優化處理

針對上述出現的問題并參考相關資料，結合原因進行綜合分析，對冷卻器做出部分優化設計，并優化出廠試驗項目。具體措施如下：

1）針對防蝕材質易腐蝕、更換頻率過高的問題，設計中應加大防蝕材質的體積，優化犧牲陽極防蝕材質，加強船員對系統的維護意識，定期檢查防蝕件。

2）優化換熱管材質及通徑設計，增加出廠對冷卻器的海水循環試驗，使換熱管提前“鍍”上一層保護膜，增加自身防護能力。

3）在冷卻水系統設計中，增加冷卻器前置過濾器，在保證冷卻水量的同時使盡量少的雜質進入冷卻器，減少對換熱管的沖刷損傷。

經過一系列的改進優化，在后續使用中，未再出現因換熱管腐蝕破裂油水混合而產生的油液乳化現象。故船員正確地對冷卻器進行常規維護保養是防止冷卻器受腐蝕而損壞的重要環節。船員嚴格按照設備維護保養規則對冷卻器進行維護保養，便可有效防止冷卻器過早腐蝕損壞。

5 結束語

船在海上航行時，有可能經歷海難事故，其中以船舶受惡劣氣候及大風浪影響、激劇橫搖導致船舶海損甚至傾覆沉沒的事件發生數最多。減搖鰭的使用可大幅減小船舶的橫搖，可有效避免船舶傾覆沉沒事故發生[3]。因此，海水冷卻器對減搖鰭裝置、整個船舶的安全運行均具有重要的積極作用。但使用海水冷卻器又會受到海水的腐蝕，而要降低海水對冷卻器的腐蝕，則需從冷卻器的源頭設計、選材、試驗、使用方法、后期維護等多方面采取綜合措施，這也是業內研究人員需要不斷深入探索的問題。