冰機(jī)及其冷卻水系統(tǒng)的改造與實(shí)現(xiàn)

單 劍，傅振宇

(中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰 214431)

某科考船自2007年出廠以來(lái)，高、低溫冰機(jī)(共計(jì)4臺(tái))及其冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)大小故障達(dá)9次，其中冰機(jī)冷卻水系統(tǒng)中更換水泵軸承2次，更換水泵機(jī)械密封5次，更換水泵葉輪1次，冰機(jī)冷卻器故障大修1次。各類維護(hù)保養(yǎng)中冷凝器拆檢清潔達(dá)12次之多，平均每年4次。

1 原因分析

該船設(shè)有低溫庫(kù)——肉庫(kù)、魚(yú)庫(kù)、速凍菜庫(kù)共計(jì)3間;高溫庫(kù)——水果庫(kù)、蔬菜庫(kù)、乳品庫(kù)、糧食庫(kù)、干食品庫(kù)共計(jì)5間，蔬菜保鮮庫(kù)共計(jì)2間。高、低溫庫(kù)各設(shè)有1套2臺(tái)冰機(jī)。食品進(jìn)庫(kù)時(shí)2臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，將庫(kù)內(nèi)食品快速打冷。在達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后即用1臺(tái)機(jī)組每天運(yùn)行不大于18 h(滿負(fù)荷)，維持庫(kù)內(nèi)溫度，另1臺(tái)機(jī)組備用。從冰機(jī)及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)看，在任何情況下，高、低溫庫(kù)冰機(jī)均有1臺(tái)處于使用狀態(tài)，且冰機(jī)冷卻水系統(tǒng)的相關(guān)水泵均處于24 h工作狀態(tài)。

實(shí)際的情況是，由于近年來(lái)出?？疾鞎r(shí)間較多，本文以該船平均每年出海4個(gè)月，其余8個(gè)月停靠碼頭為計(jì)算依據(jù)。在4個(gè)月的出海期間，冰機(jī)以每天18 h左右的滿負(fù)荷運(yùn)行，但在碼頭?？康?個(gè)月的時(shí)間里，由于冰庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存食物較少，多數(shù)冷庫(kù)停止使用，此時(shí)冰機(jī)每天的運(yùn)行時(shí)間不大于3 h。如此看來(lái)，當(dāng)冰機(jī)處于非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，冷卻水泵的運(yùn)行是完全沒(méi)有必要的。冷卻水泵的長(zhǎng)期運(yùn)行，不但增加了水泵易損件的磨損，增大了維修成本，同時(shí)也增大了冰機(jī)冷卻器臟堵后拆檢清潔的頻率，增加了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

2 改造方案

綜合以上分析，筆者提出以下幾種改造建議，以下均以低溫冰機(jī)舉例，高溫冰機(jī)等同于低溫冰機(jī)，在此不再重復(fù)。

2.1 在冷卻水進(jìn)冰機(jī)冷凝器前加裝濾器

如圖1所示，加裝的濾器孔徑應(yīng)選擇小于海底門(mén)8 mm的孔徑，在此選擇加裝孔徑為3 mm的濾器，且濾器前后加裝壓力表，以顯示濾器的前后的壓差。通過(guò)加裝濾器，可以有效過(guò)濾掉冷卻水中進(jìn)入到冰機(jī)冷凝器中的雜物，減少冷凝器的臟堵。特別是船舶?？看a頭期間，由于江水中的漂浮物非常多，加裝濾器就顯得尤為重要。

2.2 在海水進(jìn)、出冰機(jī)冷凝器前后加裝反沖洗管路

如圖2所示，冷凝器前后應(yīng)加裝壓力表，以顯示濾器的前后壓差。冰機(jī)冷凝器內(nèi)的冷卻水通道為U字型，材質(zhì)為薄壁銅管，在拆檢清潔冷凝器時(shí)，較容易出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法使用。通過(guò)加裝冷凝器反沖洗管路，可以解決拆檢冷凝器容易出現(xiàn)的人為損壞問(wèn)題，同時(shí)也大大減少了維護(hù)人員的工作量。

圖1 濾器改造示意圖

圖2 反沖洗示意圖

2.3 進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造(實(shí)現(xiàn)冷卻水泵與冰機(jī)同步啟停)

冰機(jī)冷卻水泵是為冰機(jī)提供冷卻水，該泵設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行形式，而冰機(jī)是間歇式工作模式，在冰機(jī)處于自動(dòng)停機(jī)狀態(tài)不需要冷卻水時(shí)，冷卻水泵還是處于運(yùn)行狀態(tài)，這樣一方面造成冷卻水泵易損件的磨損同時(shí)也加劇了冰機(jī)冷凝器臟堵速度，另外冷卻水泵也消耗了大量的電能。為此通過(guò)對(duì)冷卻水泵的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將冷卻水泵改為和冰機(jī)同步工作模式，在冰機(jī)啟動(dòng)前提前30 s啟動(dòng)冷卻水泵，冰機(jī)停機(jī)后延時(shí)10 min停止冷卻水泵。從而減少水泵運(yùn)行時(shí)間，提高冷卻水泵易損件的使用壽命，降低能耗。

1)改造前冰機(jī)控制系統(tǒng)與冷卻水泵控制系統(tǒng)。

改造前機(jī)組壓縮機(jī)控制系統(tǒng)、冷卻水泵控制系統(tǒng)相互獨(dú)立。當(dāng)壓縮機(jī)在滿足其他所有啟動(dòng)條件的同時(shí)，系統(tǒng)冷卻水泵必須運(yùn)行，水壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作，壓縮機(jī)方能啟動(dòng)，當(dāng)壓縮機(jī)吸氣壓力升高達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)的高壓限定值時(shí)，PLC采集到信號(hào)后給出壓縮機(jī)啟動(dòng)指令，同樣，當(dāng)?shù)蛪洪_(kāi)關(guān)閉合信號(hào)輸至PLC模塊，壓縮機(jī)組停止運(yùn)行，水泵控制在人為停止的條件下才能實(shí)現(xiàn)泵停止。如圖3所示。

圖3 電氣改造前示意圖

2)改造后冰機(jī)控制系統(tǒng)與冷卻水泵控制系統(tǒng)。

改造后實(shí)現(xiàn)，當(dāng)高低壓開(kāi)關(guān)給出高壓閉合信號(hào)時(shí)，取其信號(hào)源至泵控制回路后接延時(shí)繼電器KT1，將KT1的延時(shí)閉合觸點(diǎn)信號(hào)送至PLC，延時(shí)30 s后實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)，在泵控制回路上將KT1的一常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)在啟動(dòng)按鈕回路上即可實(shí)現(xiàn)水泵瞬間啟動(dòng);同樣，隨著冰庫(kù)房間內(nèi)的溫度逐步降低，庫(kù)溫傳感器控制供冷電磁閥斷開(kāi)，壓縮機(jī)吸氣壓力逐步降低，當(dāng)達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定值的下限時(shí)，低壓信號(hào)閉合，取其低壓閉合信號(hào)后接一時(shí)間繼電器KT2，將其一常開(kāi)觸點(diǎn)信號(hào)KT2輸至PLC即可實(shí)現(xiàn)控制壓縮機(jī)組停機(jī)，另將時(shí)間繼電器的延時(shí)氣囊(設(shè)定10 min)給出一延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)信號(hào)KT2串聯(lián)接與啟動(dòng)按鈕SB2即可實(shí)現(xiàn)水泵的延時(shí)停止控制。如圖4所示。

圖4 電氣改造后示意圖

2.4 復(fù)合改造(以上3種改造方案結(jié)合使用)

針對(duì)上述3種改造方案的特點(diǎn)，將上述3種改造方案結(jié)合使用將會(huì)更加有效的減少設(shè)備的故障率與維護(hù)周期，降低維修成本，同時(shí)也降低了能耗。

3 效能對(duì)比

針對(duì)以上改造方案，我們對(duì)每種改造方案的前后的效能進(jìn)行對(duì)比。

3.1 加裝濾器前后的效能對(duì)比

當(dāng)濾器前后壓差大于0.1 MPa時(shí)，應(yīng)對(duì)濾器進(jìn)行清潔，通常清洗濾器一般不超過(guò)30 min，且機(jī)組不需停機(jī)，而不加裝濾器則要停機(jī)拆檢冷凝器，工作難度系數(shù)高，工作量大，一般需要4～5 h，若拆檢過(guò)程中操作不當(dāng)或遇其他意外情況，將耗時(shí)更多。

3.2 加裝反沖洗管路前后的效能對(duì)比

當(dāng)冷凝器前后壓差大于0.1 MPa時(shí)，通過(guò)反沖洗管路使冷卻水反向經(jīng)過(guò)冷凝器，從而使冷凝器內(nèi)管壁的堵塞物被反向沖出。達(dá)到清潔冷凝器的目的。反沖洗冷凝器只需要開(kāi)關(guān)相關(guān)閥件，操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，一般沖洗一次冷凝器不超過(guò)20 min，即可達(dá)到清潔冷凝器的目的。

3.3 電氣控制系統(tǒng)改造前后的效能對(duì)比

根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)備實(shí)際管理使用中的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，出海期間冰機(jī)的運(yùn)行時(shí)間每天不大于18 h，?？看a頭期間由于庫(kù)內(nèi)物品較少，冰機(jī)每天運(yùn)行時(shí)間不大于3 h。如此一來(lái)，通過(guò)對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將大大減少冷卻水泵的運(yùn)行時(shí)間，降低水泵的拆檢維修周期與電能消耗。

以該船最低使用30年為限，每年平均出海4個(gè)月，其余8個(gè)月?？看a頭計(jì)算。冷卻水泵及其系統(tǒng)的檢修與維護(hù)保養(yǎng)以前3年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定30年的相關(guān)數(shù)據(jù)，細(xì)微的差別不予考慮。冷卻水泵的用電，由于出海航行期間用船電，成本另算，靠碼頭期間用岸電以0.6元/kW·h計(jì)算成本。冷卻水泵的維修成本以原廠家 (振華泵廠)提供的原裝備件報(bào)價(jià)為依據(jù)，不記人工服務(wù)成本。該船改造前后的檢修與維護(hù)保養(yǎng)次數(shù)對(duì)比如表1所示，改造前后的耗能成本對(duì)比如表2所示。

表1 改造前后的檢修與維護(hù)保養(yǎng)次數(shù)對(duì)比

表2 改造前后的能耗成本對(duì)比

通過(guò)表1、表2可以看出，系統(tǒng)改造不但可以大大減小操作人員維護(hù)保養(yǎng)的工作強(qiáng)度，同時(shí)也大大減少成本消耗，因?yàn)楦邷乇鶛C(jī)的成本消耗基本等同于低溫冰機(jī)，所以經(jīng)復(fù)合改造后高、低冰機(jī)消耗總成本將減少56萬(wàn)余元。