船用冷凍機組進水故障處理與改進措施

袁 振，靳從升

（中國石油海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津 300280）

0 引言

某鉆井平臺冷凍機組為冷庫提供冷源，是船舶、石油平臺等海上作業(yè)設施必須配備的設備。由于海水易獲取、冷卻效果好、噪聲小，結合作業(yè)環(huán)境，冷凍機組大多數(shù)采用海水冷卻。對于一些經(jīng)常在淺海地區(qū)航行作業(yè)的船舶設施，由于海水中泥沙量較多，很容易發(fā)生冷凍機組冷凝器銅管刺漏、海水進入冷凍機組的事故，如果處理不及時，會導致食物變質損失，設備損壞更換等后果。

1 冷凍機組介紹

如圖1 所示，系統(tǒng)配用二套壓縮冷凝機組，其中一套100%備用，一套全負荷工作,每天不超過18 h 運轉的情況下維持設計庫溫。

圖1 冷凍機組工作原理

每套機組配置CARRIER 壓縮機一臺，制冷量為10.5 kW。制冷工質為R404A，直接蒸發(fā)式。高、低溫各庫內(nèi)均選用冷風機，低溫庫（魚庫、肉庫）冷風機帶有融霜裝置，可手動或自動定時融霜；低溫庫冷風機配備泄水管電加熱電纜。肉庫、魚庫、蔬菜庫和蛋品庫均采用溫控器控制庫溫。當各庫庫溫達到控制值下限時，相應通路的供液電磁閥斷電關閉，當庫溫回升到上限控制值時，溫控器分別打開各相關通路的電磁閥，恢復供液。制冷壓縮機的卸載、加載、啟動和停車均根據(jù)回氣壓力控制。制冷系統(tǒng)裝有高低壓保護、冷卻水壓力保護、油壓保護。冷卻水由置于左泵艙內(nèi)的2 臺海水泵輸送。海水泵（一用一備）與制冷壓縮機連鎖，水泵開，制冷壓縮機才能氣動；制冷壓縮機先停，水泵后停。

冷藏系統(tǒng)中的供液電磁閥、熱力膨脹閥、蒸發(fā)壓力調節(jié)閥、壓力控制器和油壓差控制器等均選用Danfoss 產(chǎn)品。

2 冷凝器銅管刺漏后的處理

用海水冷卻的冷凝器比風冷冷凝器占地空間小，具有冷卻效果好、噪聲小等優(yōu)點，但由于海水具有一定的腐蝕性，且如果海水中泥沙含量較多，經(jīng)常沖刷冷凝器銅管，再加上海水的腐蝕作用，冷凝器銅管在使用一段時間后就會出現(xiàn)刺漏的問題[1]。

2.1 冷凝器刺漏判斷

在冷凝器銅管刺漏初期，壓縮機正常運轉時，冷凝器內(nèi)部制冷劑的壓力在1 MPa 左右，而銅管內(nèi)冷卻海水的壓力只有0.3～0.4 MPa，冷凝器內(nèi)部的制冷劑會隨冷卻海水流走。當制冷劑逐漸隨海水流走，整個制冷系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很低，壓縮機吸口壓力低于停機壓力，壓縮機就會停機。當銅管內(nèi)冷卻海水的壓力大于冷凝器內(nèi)部制冷劑的壓力時，海水就會進入到冷凝器內(nèi)部，隨著時間的延長，由冷凝器內(nèi)部沿著制冷管線進入熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、壓縮機中。如果各個冷庫電磁閥都打開，但是壓縮機不工作，且進排氣壓力都很低，直接原因就是制冷劑泄漏，此時不要盲目手動啟動壓縮機，可將冷凍系統(tǒng)的制冷劑充注口打開，如果有液體流出，則可以確定冷凝器銅管刺漏。一定要注意，當壓縮機不工作，且進排氣壓力都很低的情況下，切忌盲目手動啟動壓縮機，這樣會使海水進入壓縮機內(nèi)部，造成設備損壞。

2.2 快啟備用機組

冷凍機組壓縮機與冷凝器均為兩套，一用一備，共用一套節(jié)流裝置和蒸發(fā)系統(tǒng)。為了使冷庫內(nèi)貯存物不致變質，一套裝置停機后，要按以下步驟盡快啟用備用壓縮機與冷凝器，使冷凍機組恢復正常。

（1）關閉刺漏冷凝器冷卻海水進出口閥門。將冷凝器制冷劑進口閥門以及制冷劑出口閥門關閉，將刺漏冷凝器與整個制冷系統(tǒng)隔絕，將冷凝器拆下準備送修。

（2）將整個制冷系統(tǒng)管系（備用壓縮機與冷凝器除外）所有可以拆開的管系都拆開，用壓縮空氣將管系、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器中的水吹出。此時注意：應使供液電磁閥得電打開，去除節(jié)流裝置熱力膨脹閥閥芯，保證管路暢通，同時將管路中的干燥器、過濾器拆下準備換新。壓縮機放油孔打開，將冷凍機油放出。保持曲軸箱與大氣聯(lián)通。由于壓縮機進氣口前有液氣分離器，制冷劑在液氣分離器中高進高出，壓縮空氣很難將液氣分離器中的水分吹出，需要在液氣分離器（包括備用壓縮機液氣分離器）底部打一小孔將水分放出，然后用盲堵堵上（圖2），用壓縮空氣吹掃1～2 h，確保所有部件管系中無水分流出，然后使用氮氣吹掃各管系及部件。

圖2 液氣分離器打孔處

（3）將管系中的干燥器、過濾器換新，將熱力膨脹閥及閥芯烘干。管系連接后（熱力膨脹閥先不裝閥芯）將真空泵接入管系（可在制冷劑充注口或壓縮機處連接）抽真空，達到一定真空度后可將真空泵從管系中拆下。此過程需要較長時間，視具體情況而定。打開備用壓縮機冷凝器制冷劑進出口，裝好熱力膨脹閥芯，準備試運轉。由于備用冷凝器中有貯存的制冷劑，一般不需要充注制冷劑。

2.3 機組試運行中可能出現(xiàn)的問題

機組試運行中可能出現(xiàn)壓縮機高壓低于正常值、低壓過低而停機的現(xiàn)象。此時只需要再充注少量制冷劑即可。但如果充注制冷劑后高壓達到正常值，但仍然頻繁存在低壓低停機問題，很可能是制冷系統(tǒng)中的水分沒有排除干凈，水分在低溫下結冰造成“冰堵”現(xiàn)象。需要讓這些水分隨制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)，用系統(tǒng)中的干燥劑、過濾器將這些水分吸收。容易出現(xiàn)“冰堵”的兩個位置是熱力膨脹閥處和壓縮機進口處。對此，可以將熱力膨脹閥的開度增大，提高蒸發(fā)壓力使水分在此處不結冰；在壓縮機進口的濾網(wǎng)處，由于回氣溫度很低，很容易在此處造成“冰堵”，使壓縮機吸氣壓力降低，頻繁啟停機。對此，可以將此處的濾網(wǎng)拆下（圖3），使壓縮機正常運轉一段時間，系統(tǒng)中的水分被干燥劑吸收后再放入濾網(wǎng)。由于水分進入壓縮機后有可能進入到冷凍機油中，因此設備運行一段時間后需要更換冷凍機油。

圖3 壓縮機吸氣濾網(wǎng)

3 改進方法

對于采用銅管的海水冷凝器，如果海水中泥沙含量較多，則銅管刺漏是大概率事件?？梢圆捎靡韵路椒ń档痛搪╋L險。

（1）采用過濾海水。船舶或者鉆井設施可以選取一個合適的空艙存存經(jīng)過濾的海水，替代直接從海底門吸取海水供冷凍機組。這種方法可以從根本上避免泥沙沖刷對冷凝器銅管造成的損傷，大大延長冷凝器使用壽命。該方法一般需要對原有設施的管線進行改造。

（2）在冷凝器海水管線進口增加冷凝壓力調節(jié)閥。根據(jù)冷凝壓力實時調節(jié)進入冷凝器的海水流量，在一定程度上可以減少泥沙沖刷。近年安裝的冷凍機組一般都標配冷凝壓力調節(jié)閥。

（3）采用耐海水腐蝕效果更好的鈦管替代冷凝器中的銅管，配合使用過濾過的海水，可以最大限度延長冷凝器的使用壽命。由于鈦管的導熱系數(shù)與銅管存在差異，冷凝器的尺寸會發(fā)生變化，對安裝空間有一定要求。

該鉆井平臺冷凝器改為鈦管后，運行5 年來未發(fā)生冷凝器銅管刺漏故障。

4 結語

冷凍機組的正常運行直接關系到海上作業(yè)設施的生活與生產(chǎn)，冷凝器銅管刺漏后及時采取處理措施可以恢復冷凍機組的正常運行，保證海水作業(yè)設施的正常運行，但不能從根本上解決冷凝器銅管刺漏的隱患，將冷凝器銅管改為鈦管可以最大限度地解決此隱患。