浅谈柴油机冷却水质量控制

2019-06-03赵燕飞

中国设备工程 2019年9期

赵燕飞

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

表1

中港疏浚的挖泥船分布在国内南北施工区域和南美洲不同的国家，每个地方的淡水物理指标不太一样，有时候不同区域的水混合在一起，会产生一定的微物理和化学反应，肉眼是看不到的。船舶的柴油机冷却水是直接从淡水压力管系加入高位膨胀柜，没有经过任何过滤和预处理。特别是使用时间较长时，淡水管系里沉积了大量的泥状物。柴油机冷却水也不定期更换，通常只有在柴油机大修的时候，放掉缸头和缸套水套内的冷却水，高位膨胀水箱的水没有放尽，其水箱底部也沉淀了大量的泥絮状的沉积物，碰上大风大浪，船体摇晃，这些沉积物就会进入系统当中，污染了冷却水，它们粘覆在冷却腔道上，污垢会大大降低添加剂的效率，造成缸套和活塞间传热的不均匀性，难以保证机器在高温下受热部件的强度；难以保证受热部件内外壁面适当的温度，热应力加大的趋势；难以保证运动部件活塞与缸套的适当间隙和缸壁工作表面油膜的正常工作状态。所以轻微导致缸套和活塞拉缸更严重产生咬缸事件，造成了经济损失，延误了工期。水质的影响不像燃油一样来得迅速，不同批次的燃油混加在油舱里,会产生更多的沉淀物,在使用中出现的问题很快就体现出来,比如分油机分离片和排渣口的堵塞。高压油泵的咬死，喷油器雾化燃烧不好、冒黑烟等。水的物理和化学指标的改变对机器的影响是潜在的，在较短的时间内不会体现出来，加入添加剂前，一定要检查补偿水的品质，所以更不能忽视机器的冷却水处理和使用。

1 首先要弄清楚所管理的冷却水的物理和化学成分

通常冷却水由添加剂和补偿水组成，补偿水必须满足特定的要求，通常满足这些要求，水的先后顺序排列如下：不含矿物质的水，经逆向处理过的水，蒸馏水，不含碳酸盐的软水。

在封闭系统中，冷却水必须加入添加剂，以防止腐蚀和结垢。通常不满足这些要求的水有：雨水，含有丰富的氧气和二氧化碳，具有很强的腐蚀性；饮用水，许多地方的饮用水的硬度过高且含有大量的氯；海水，即使是系统中混入少量的海水，也会引起严重的腐蚀和沉淀。总而言之，初期的水质越好，需要的添加剂越少。

冷却水的物理和化学成分：

蒸馏水：如果能得到蒸馏水（例如从淡水发生器）或者完全脱盐的水（离子交换器）则优先作为发动机的冷却水。这些水没有钙质和金属盐，即不能形成影响冷却水热传递效果和使冷却效果恶化的沉积物。但这些水要比通常的硬水腐蚀更强，因为它们不能在壁上形成一层薄的钙质膜以提供临时性的腐蚀处理，所以必须特别小心处理蒸馏水并定期要检查添加剂浓度。

硬度：水的硬度由临时硬度和永久硬度构成，这主要取决于钙盐和镁盐。临时硬度由钙盐和镁盐的碳化氢含量决定。永久硬度由残余的钙盐和镁盐（硫酸盐）来决定。冷却系统中的钙质沉淀物形成的决定因素是临时（碳酸盐）。超过10°dH的水必须用蒸馏水和软化水稀释。

2 认识到冷却水系统的损坏机理

腐蚀是一种电化过程，如果选择合适的水质并仔细处理发动机冷却系统，那么就可以避免电化腐蚀。

流动穴蚀：在高速流区域和紊流区域会发生流动穴蚀。如果低于蒸汽压力，会形成蒸汽泡然后在高压区域破裂，于是在接近的有限区域会引起材料毁坏。

侵蚀是一种机械过程，包括由于夹带的固体颗粒引起的材料磨损和保护膜破坏，尤其在流速过高或明显紊流的区域更为突出。

腐蚀疲劳是在动态应力和腐蚀应力的复合作用下引起的损坏，如果冷却水没有正确处理，那么就可能诱使水冷却的机械应力的零部件产生裂纹和加速裂纹扩展。

3 学习使用化学添加剂

冷却水的处理目的是用抗腐蚀剂在冷却腔道的壁上产生一层黏附的保护膜。冷却水添加剂只能在封闭回路中使用，在这种封闭回路中除了泄漏损失和蒸发损失外没有明显的冷却水消耗。公司“海龙级”系列挖泥船使用封闭式高低温中央水冷却系统，老龄船使用的是开式的淡水冷却系统。

化学添加剂以亚硝酸钠和硼酸钠等为基础的添加剂已经产生良好的效果，其价格低，保护效果好，如浓度不当，危害效果突出。它们可在金属阳极上形成保护层，阻止阳离子进入水中，但是浓度必须足够，否则未形成保护层的局部将产生严重的腐蚀。不允许在冷却系统中使用阴极保护的镀锌管或者锌阳极。一方面，由于规定了冷却水处理要求，另一方面，考虑到当今的普遍使用的冷却水温度比以前都高，可能会导致潜在的倒置。

4 平常冷却系统的维护工作

为了使柴油机使用寿命延长，应该定期检查冷却水和冷却系统的状况。处理过的冷却水在使用中会被污染并且添加剂也会由此失去某些效果。因此，有必要定期检查冷却系统和冷却水状况。

至少每周检查一次添加剂浓度，检查时使用供应商制定的化验工具，并记录结果。浓度太低会促进点蚀，因此必须避免，浓度太高不经济，又会引起沉积。无论如何，因经济性的原因应避免高出两倍以上的浓度。

对可乳化的防腐油和冷冻剂，供应商一般规定约在12个月后重新换水，更换水时，要冲洗整个冷却系统，或者要求清洗，加注的淡水应进行处理。如果使用化学添加剂或防冻剂，应最迟3年后更换。如果发觉固体颗粒（铁锈）的浓度过高，那就必须彻底更换水，并且彻底清洗整个系统。

冷却系统中沉积物的起因是由于进入的冷却水泄漏，乳化液破坏，系统腐蚀和因水过硬产生的钙质沉淀物。氯离子含量的增加表明海水泄露，不允许超过氯离子含量的最大规定值是50mg/kg，否则会增加腐蚀的危险。废气漏进冷却水会导致pH值突然下降或硫含量增加。

化学药品应该在柴油机循环系统以外的水柜进行溶解后使用，为使硬度在柴油机以外达到标准。无论何时进行修理和维护工作都伴随冷却水的流失，这时检查冷却水是尤为重要的。

5 淡水系统的定期检验

水的硬度如果超出了具体的规定值，就要混合适量的蒸馏水和软化水或加入下列化学药品进行软化，如果1000L水加入下列数量的化学品，那么水的硬度会减少1°dGH，大约40g的磷酸三钠，大约20g的碳酸二钠。

淡水的pH值显示的是氢离子的浓度，并对水的腐蚀性提供一个相对的比较值，如果pH值低于规定值，可以通过加入亚硝酸钠和氢氧化钠进行更正，通常如果亚硝酸钠应优先予以考虑，所需数量根据pH值而定。

只要添加剂厂家供应的检验盒内含有淡水特性参数的检验方法，就可以按照提供的检验方法进行检查。公司“海龙级”系列挖泥船使用的淡水添加剂是NALFLEET(纳富力)EWT 9-108(高亚硝酸钠冷却水处理剂)，使用亚硝酸钠的pH值在9～10左右。化验指标酚酞碱度值在100～300ppm，说明其投药和浓度是准确的，如果酚酞碱度过高，应用排污的方法来降低其浓度；如果盐度测定超过300ppm，用排污的方法降低；如果亚硝酸盐的浓度在600ppm以下，说明系统中其处理剂的储量远远不够，应按2.25L/T来投药；如果亚硝酸盐的浓度在600～1000ppm，说明处理剂的储备量还没有达到标准，按1L/T来投药；如果亚硝酸盐浓度在1000～1500ppm间，说明其处理精确，无须再投药。浓度可以取最大值，绝对不能太低。