船用冷冻机组进水故障处理与改进措施

袁 振，靳从升

（中国石油海洋工程有限公司钻井事业部，天津 300280）

0 引言

某钻井平台冷冻机组为冷库提供冷源，是船舶、石油平台等海上作业设施必须配备的设备。由于海水易获取、冷却效果好、噪声小，结合作业环境，冷冻机组大多数采用海水冷却。对于一些经常在浅海地区航行作业的船舶设施，由于海水中泥沙量较多，很容易发生冷冻机组冷凝器铜管刺漏、海水进入冷冻机组的事故，如果处理不及时，会导致食物变质损失，设备损坏更换等后果。

1 冷冻机组介绍

如图1 所示，系统配用二套压缩冷凝机组，其中一套100%备用，一套全负荷工作,每天不超过18 h 运转的情况下维持设计库温。

图1 冷冻机组工作原理

每套机组配置CARRIER 压缩机一台，制冷量为10.5 kW。制冷工质为R404A，直接蒸发式。高、低温各库内均选用冷风机，低温库（鱼库、肉库）冷风机带有融霜装置，可手动或自动定时融霜；低温库冷风机配备泄水管电加热电缆。肉库、鱼库、蔬菜库和蛋品库均采用温控器控制库温。当各库库温达到控制值下限时，相应通路的供液电磁阀断电关闭，当库温回升到上限控制值时，温控器分别打开各相关通路的电磁阀，恢复供液。制冷压缩机的卸载、加载、启动和停车均根据回气压力控制。制冷系统装有高低压保护、冷却水压力保护、油压保护。冷却水由置于左泵舱内的2 台海水泵输送。海水泵（一用一备）与制冷压缩机连锁，水泵开，制冷压缩机才能气动；制冷压缩机先停，水泵后停。

冷藏系统中的供液电磁阀、热力膨胀阀、蒸发压力调节阀、压力控制器和油压差控制器等均选用Danfoss 产品。

2 冷凝器铜管刺漏后的处理

用海水冷却的冷凝器比风冷冷凝器占地空间小，具有冷却效果好、噪声小等优点，但由于海水具有一定的腐蚀性，且如果海水中泥沙含量较多，经常冲刷冷凝器铜管，再加上海水的腐蚀作用，冷凝器铜管在使用一段时间后就会出现刺漏的问题[1]。

2.1 冷凝器刺漏判断

在冷凝器铜管刺漏初期，压缩机正常运转时，冷凝器内部制冷剂的压力在1 MPa 左右，而铜管内冷却海水的压力只有0.3～0.4 MPa，冷凝器内部的制冷剂会随冷却海水流走。当制冷剂逐渐随海水流走，整个制冷系统内部的压力很低，压缩机吸口压力低于停机压力，压缩机就会停机。当铜管内冷却海水的压力大于冷凝器内部制冷剂的压力时，海水就会进入到冷凝器内部，随着时间的延长，由冷凝器内部沿着制冷管线进入热力膨胀阀、蒸发器、压缩机中。如果各个冷库电磁阀都打开，但是压缩机不工作，且进排气压力都很低，直接原因就是制冷剂泄漏，此时不要盲目手动启动压缩机，可将冷冻系统的制冷剂充注口打开，如果有液体流出，则可以确定冷凝器铜管刺漏。一定要注意，当压缩机不工作，且进排气压力都很低的情况下，切忌盲目手动启动压缩机，这样会使海水进入压缩机内部，造成设备损坏。

2.2 快启备用机组

冷冻机组压缩机与冷凝器均为两套，一用一备，共用一套节流装置和蒸发系统。为了使冷库内贮存物不致变质，一套装置停机后，要按以下步骤尽快启用备用压缩机与冷凝器，使冷冻机组恢复正常。

（1）关闭刺漏冷凝器冷却海水进出口阀门。将冷凝器制冷剂进口阀门以及制冷剂出口阀门关闭，将刺漏冷凝器与整个制冷系统隔绝，将冷凝器拆下准备送修。

（2）将整个制冷系统管系（备用压缩机与冷凝器除外）所有可以拆开的管系都拆开，用压缩空气将管系、节流装置、蒸发器中的水吹出。此时注意：应使供液电磁阀得电打开，去除节流装置热力膨胀阀阀芯，保证管路畅通，同时将管路中的干燥器、过滤器拆下准备换新。压缩机放油孔打开，将冷冻机油放出。保持曲轴箱与大气联通。由于压缩机进气口前有液气分离器，制冷剂在液气分离器中高进高出，压缩空气很难将液气分离器中的水分吹出，需要在液气分离器（包括备用压缩机液气分离器）底部打一小孔将水分放出，然后用盲堵堵上（图2），用压缩空气吹扫1～2 h，确保所有部件管系中无水分流出，然后使用氮气吹扫各管系及部件。

图2 液气分离器打孔处

（3）将管系中的干燥器、过滤器换新，将热力膨胀阀及阀芯烘干。管系连接后（热力膨胀阀先不装阀芯）将真空泵接入管系（可在制冷剂充注口或压缩机处连接）抽真空，达到一定真空度后可将真空泵从管系中拆下。此过程需要较长时间，视具体情况而定。打开备用压缩机冷凝器制冷剂进出口，装好热力膨胀阀芯，准备试运转。由于备用冷凝器中有贮存的制冷剂，一般不需要充注制冷剂。

2.3 机组试运行中可能出现的问题

机组试运行中可能出现压缩机高压低于正常值、低压过低而停机的现象。此时只需要再充注少量制冷剂即可。但如果充注制冷剂后高压达到正常值，但仍然频繁存在低压低停机问题，很可能是制冷系统中的水分没有排除干净，水分在低温下结冰造成“冰堵”现象。需要让这些水分随制冷剂在制冷系统中循环，用系统中的干燥剂、过滤器将这些水分吸收。容易出现“冰堵”的两个位置是热力膨胀阀处和压缩机进口处。对此，可以将热力膨胀阀的开度增大，提高蒸发压力使水分在此处不结冰；在压缩机进口的滤网处，由于回气温度很低，很容易在此处造成“冰堵”，使压缩机吸气压力降低，频繁启停机。对此，可以将此处的滤网拆下（图3），使压缩机正常运转一段时间，系统中的水分被干燥剂吸收后再放入滤网。由于水分进入压缩机后有可能进入到冷冻机油中，因此设备运行一段时间后需要更换冷冻机油。

图3 压缩机吸气滤网

3 改进方法

对于采用铜管的海水冷凝器，如果海水中泥沙含量较多，则铜管刺漏是大概率事件。可以采用以下方法降低刺漏风险。

（1）采用过滤海水。船舶或者钻井设施可以选取一个合适的空舱存存经过滤的海水，替代直接从海底门吸取海水供冷冻机组。这种方法可以从根本上避免泥沙冲刷对冷凝器铜管造成的损伤，大大延长冷凝器使用寿命。该方法一般需要对原有设施的管线进行改造。

（2）在冷凝器海水管线进口增加冷凝压力调节阀。根据冷凝压力实时调节进入冷凝器的海水流量，在一定程度上可以减少泥沙冲刷。近年安装的冷冻机组一般都标配冷凝压力调节阀。

（3）采用耐海水腐蚀效果更好的钛管替代冷凝器中的铜管，配合使用过滤过的海水，可以最大限度延长冷凝器的使用寿命。由于钛管的导热系数与铜管存在差异，冷凝器的尺寸会发生变化，对安装空间有一定要求。

该钻井平台冷凝器改为钛管后，运行5 年来未发生冷凝器铜管刺漏故障。

4 结语

冷冻机组的正常运行直接关系到海上作业设施的生活与生产，冷凝器铜管刺漏后及时采取处理措施可以恢复冷冻机组的正常运行，保证海水作业设施的正常运行，但不能从根本上解决冷凝器铜管刺漏的隐患，将冷凝器铜管改为钛管可以最大限度地解决此隐患。