船舶伙食冷库故障诊断和排除

林文城

(厦门海洋职业技术学院，福建 厦门 361012)

船舶伙食冷库故障诊断和排除

林文城

(厦门海洋职业技术学院，福建 厦门 361012)

文章就船舶伙食冷库运行中出现制冷能力下降的实例，借助故障的表征和制冷理论知识，全面分析和鉴别故障产生的机理，最后针对性提出故障的排除措施和日常维护管理的注意事项，抛砖引玉，与同行共勉。

船舶伙食冷库；不凝性气体；制冷量；轴功率

压缩式制冷是现今应用最普遍的，也是船舶伙食冷库的主要制冷方法。压缩机抽取蒸发器出口的过热蒸汽，进行压缩，向冷凝器排出高温高压的过热蒸汽。冷却水在冷凝器内吸收热量，使制冷剂放出热量，且状态由过热蒸汽降温变成饱和蒸气、湿饱和蒸汽和饱和液体，最后成为过冷液体排出。高压的过冷液体制冷剂，经过膨胀阀的节流降压后，变成低温低压的湿饱和蒸汽。而湿饱和蒸汽在冷风机蒸发器低温气化，大量吸收冷库中空气的热量，使冷库维持在设定的温度范围内。在蒸发器内气化吸热后的制冷剂最终成为过热蒸气重返压缩机，完成热力学上的循环过程[1]，如图1所示。

图1 蒸气压缩式制冷原理图

1 故障的表征

某5万总吨船舶的食品冷藏库共有4个，分别为2个低温库、2个高温库。此外，还有1个冷藏缓冲间。各冷库容积如下：肉库22.4 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；鱼库16.2 m3(-24.5 ℃±1.5 ℃)；菜库32.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；日用库12.5 m3(2 ℃±1.5 ℃)；缓冲间16.8 m3(5 ℃±1.5 ℃)。选用型号为FA-2LSYF的压缩机2台，且所有冷库蒸发器都选择冷风机，选用R22作为制冷剂。

某次伙食冷库在周期性维护保养后，发现压缩机运行时间长，进一步检查发现压缩机的排气压力和温度都偏大，甚至出现高压继电器动作导致压缩机保护性停车的情况，轮机技术人员只能采取调高高压继电器的压力值才得以排除故障；另外，冷库制冷速度减缓和制冷能力降低的状况也一直存在。

2 故障的分析

基于这种状况，首先检查高低压继电器、水量自动调节阀、温度继电器、供液电磁阀、压差继电器和热力膨胀阀等自动化元件的运行状态，排除这些元件和仪器仪表的故障。根据故障表现，压缩机排气压力升高，即冷凝压力升高，必然造成冷凝温度的上升。而冷凝温度的变化，对系统的制冷量和压缩机的轴功率造成的影响，分析如下。

制冷压缩机的制冷量Q0可由公式(1)来表示。

Q0=λV1q0/υ1，

(1)

式中：V1为压缩机的理论排气量；q0为制冷剂的单位制冷量；υ1为制冷剂在压缩机吸入口的比容；λ为输气系数。

由公式(1)知，当冷凝温度升高时，虽然压缩机的理论排气量和制冷剂在压缩机吸入口的比容保持不变，但输气系数和制冷剂的单位制冷量都减小，所以造成系统的制冷量不足[1]。

制冷压缩机的轴功率Pe可由公式(2)来表示：

Pe=λV1w0/v1ηe，

(2)

式中：w0为压缩机的单位理论功；ηe为压缩机的轴效率。

由公式(2)知，当冷凝温度升高时，压缩机的理论排气量、制冷剂在压缩机吸入口的比容和压缩机的轴效率保持不变，虽然输气系数减小，但压缩机的单位理论功增加幅度更大，故造成压缩机轴功率反而增加。[1]

由此可见，系统的故障表现，符合冷凝温度过高导致制冷系统压缩机轴功率过大而制冷系数和制冷量不足的特征。导致冷凝压力(冷凝温度)升高的原因：①冷却海水的流量不足或温度过高；②冷凝器换热能力下降；③制冷剂充注量过多；④制冷剂中含有不凝性气体。

检查冷凝器的冷却水泵，发现泵的吸排压差、实际功率和流量符合要求，同时海水的温度也在设计的范围内。冷却水进出口温差在4.2 ℃，也没有超出设计的范围(3～5 ℃)。将冷却水量调节阀设定为最大，发现冷凝压力有所下降，但并没有达到设计的数值。根据以上分析，排除冷却水不足和水温过高的问题。

冷却管的脏污、堵塞和冷却水侧气塞等，将导致冷凝能力不足。运用专用的化学清洗药剂，掺配合适比例的水分，依据说明书上的规定步骤对冷凝器进行清洗。启动冷却水泵向冷凝器供水后，打开水侧放气旋塞进行放气操作。冷凝器进出口压差为0.17 MPa，排除管路堵塞的可能。经过以上的处理，同样发现冷凝压力虽有降低但仍没有达到设计的数值，排除冷凝器换热不足的可能。

制冷剂充注量过多时，在冷凝器中液体制冷剂将浸没冷却管过多，从而减少换热面积导致冷凝压力和温度的升高，同时增加蒸发压力和温度；另一方面，虽然系统制冷剂流量的增加，一定程度上增大了蒸发温度和制冷量，但是蒸发温度的升高也造成蒸发器和冷库传热温差的下降，抑制制冷量进一步增大且最终使制冷量下降。因此，制冷剂充注过量，终将导致系统运行中制冷系数和制冷量的降低以及压缩机轴功率的增加；严重时将导致压缩机液击或因吸入压力大，启动负荷大的原因造成电机电流过大而烧毁。系统运行时，检查储液器内液态制冷剂的液位计，发现液位位于1/3和1/2之间，排除制冷剂充注过量的情况。

在现有的制冷系统冷凝条件下，空气是不可能由气态转化为液态的，因此归为不凝性气体。空气混入制冷剂中，使冷凝器的换热面积下降，制冷剂的冷凝温度和冷凝压力升高，从而造成压缩机的排气压力和温度升高，轴功率增大，而系统的制冷量下降。经检查发现，系统运行中冷凝器压力为1.72 MPa(绝对压力，以下相同)，而冷凝温度为40.1 ℃，查R22的压焓图得，对应的饱和压力为1.56 MPa，实际冷凝压力比饱和压力大0.16 MPa，根据道尔顿定律，这多出来的压力值应是制冷剂中不凝性气体的压力，也就是混进制冷剂中空气的压力值。考虑制冷系统的故障特点和以上分析，基本断定本故障是由制冷剂中混进空气所造成的。

3 故障的排除

因系统运行中冷凝器的压力大，在排放空气时难以控制，制冷剂的损耗量较大。另一方面，在充分冷却的前提下，冷凝器中的制冷剂将大部分成为过冷液体而沉积在底部，由于空气不凝结且密度小，故聚集在高处，本例冷凝器位置高于压缩机，所以准备在冷凝器顶部的放空气阀排除空气，具体操作步骤如下。

1)切断储液器的出口阀门。

2)开机，把系统中的制冷剂连同不凝性气体一起排入冷凝器中，然后停机，并关闭压缩机排出管路上的阀门。为彻底排除空气，可将压缩机的高压继电器设定值调大和低压继电器设定值调小，避免在抽气过程中压缩机停机，造成在冷凝器和储液器之外还有残留气体。

3)加大冷凝器冷却水的流量，连续冷凝1～2 h，直至冷凝压力稳定在某一数值上(制冷剂充分冷凝为液体)。空气的密度小，聚集在冷凝器高处。

4)稍开放气阀，让气体流出几秒即关，稍停再重复。分次操作可减轻扰动，减少制冷剂损失。为了判断放气情况，可用手迎着气流，如果感到像风一样，表明放出的是空气；如果手上出现油迹并有凉的感觉，且冷凝压力下降得很快，降后又渐渐回升，则表明已经放出制冷剂，此时应立即关闭放气阀。以上放气操作主观臆测的成分太大，可能导致放气不充分或制冷剂损耗过多，所以仅供放气过程中的参考手段。严谨的做法是：每次放气后观察冷凝器压力表的实际读数，达到冷凝温度所对应的制冷剂饱和压力即应结束放气。本例放气过程中，冷凝压力为1.13 MPa，高于冷凝温度为25.2 ℃，其所对应的饱和压力1.05 MPa，系统中还有空气残留，继续放气；冷凝压力为1.02 MPa时，与冷凝温度24.1 ℃对应的饱和压力基本相等时，表明空气排放结束，需要关闭冷凝器的放气阀。

系统经过1 d的运转，压缩机的排气压力和排气温度回落至正常值，冷库的制冷能力和制冷速度得到提升，重回故障前的状态，说明系统运行已经恢复正常。

4 故障的预防

为避免系统内部混进空气，一方面保证系统的密封良好，避免吸入空气；另一方面系统维修时要严格按照正确的操作规程，如确保系统在抽真空时所能达到的压力、充注制冷剂时必须及时排除管路内的全部空气和选择正规厂家生产的合格制冷剂等。

5 结束语

对于制冷系统而言，故障有很多种形式，而且每一种故障可能由各种不同的原因导致，所以系统运行中一旦出现异常，轮机技术人员要根据故障的特点，结合技术参数的数据分析和设备的运行状态判断，运用制冷技术理论作为基础，准确鉴别故障发生的机理，采取针对性的措施方法进行排除。此外，提高日常维护管理水平，严格执行安全技术规程，防患于未然，保证制冷系统长期可靠的运转。

[1] 费千．船舶辅机[M]．大连：大连海事大学出版社，2005．

Drop of refrigerating capability of marine messing refrigerator is analyzed,the fault mechanism is distinguished with the characterization and related theoretical knowledge.Some fault-removal measures and precautions on daily maintenance are put forward as reference.

marine messing refrigerator;incondensable gas;refrigerating amount;axial power

林文城(1975-)，男，福建莆田人 ，讲师，硕士，研究方向为船舶辅机自动控制和维护管理等。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.03.004

2017-02-06