航行状态下船用主冷凝器凝水盐度升高故障分析与排除

童大鹏，谌 强，尤 江

（1.海军士官学校，安徽蚌埠 233010；2.91257部队，浙江舟山 316000）

现代船舶蒸汽动力装置主要由锅炉、汽轮齿轮减速机组、轴系及其它辅机组成。由锅炉装置产生的过热新蒸汽，在高压汽轮机中做功后再到低压汽轮机中做功，实现蒸汽能量的梯级利用。高、低压汽轮机（简称为主机）经齿轮减速器把转矩传到轴系，通过螺旋桨推动船舶前进或后退。做功后的废蒸汽排入主冷凝器，在其中被冷凝成水，凝水由凝水泵抽出后通往抽气器作为冷却水，然后送往除氧器中除氧，再由增压泵将除氧后的凝水抽出，送往给水泵，由给水泵送回锅炉装置，再受热蒸发变成蒸汽，再次送往主机做功，形成连续的蒸汽动力装置汽水循环。

1 故障现象

某型蒸汽动力船在执行任务期间，值班人员发现2#主机监控面板上显示凝水盐度值缓慢升高，在未达到警戒值（警戒值为凝给水系统离子交换器进口盐度高于0.55 mg/L）前采取校正盐度计的措施，并上报机电部门指挥所请示化验。值班人员检查凝水盐度显示表后确认其工作正常，此时凝水盐度继续升高，直到超过表显量程（2 mg/L）。

凝水盐度升高会对汽轮机组的安全运行带来严重隐患，主要体现在以下几个方面。

1）航行状态下，船舶对高机动性的特殊要求使得主汽轮机组必须处于规定的状态，需要保持出航准备等级。如果没有及时排除凝水盐度升高的故障，一旦盐度超过警戒值会使整个梯次的动力系统不能投入工作，导致船舶不能按照上级指令及时变更状态。

2）海上航行期间，凝水盐度升高会影响离子交换器中交换树脂的正常工作，甚至会造成离子交换失效的严重后果。同时，船上所配人员和装备并不具备更换离子交换器交换树脂的条件和能力，因此必须及时处理凝水盐度升高的问题。

3）凝水盐度升高会污染正在使用的炉水。炉水作为蒸汽动力装置汽水循环的工质，对其质量要求较高，受污染的炉水弃之不用会造成炉水的损失，备用水柜及造水机生产的炉水虽然能够保障一个动力梯次的炉水更换，但需要调用全部备用炉水。若备用炉水量低于警戒值，会限制船舶的航行距离。

2 装备结构原理

某型船汽轮机组采用凝汽式，即机组排出的乏汽通过冷凝的方式进行回收，因此汽轮机组配置有专门的凝汽装置。凝汽装置是汽轮机组的重要组成部分，在蒸汽动力装置的汽水循环中起冷凝蒸汽的作用。乏汽在冷凝器内的凝汽管外放热后被冷凝成水，而冷却水在凝汽管内吸热后被排出舷外。蒸汽动力船凝汽系统示意图如图1 所示，图1中主冷凝器的类型为自流、表面式、单流程冷凝器，其含义分别如下。

图1 蒸汽动力船凝汽系统示意图

1）自流冷凝器。即主冷凝器中的冷却水采用自流式循环水系统供给。当船舶高速前进时，海水相对于船舶以高速向后流，从而克服主冷凝器及管路的阻力自行通过主冷凝器。航速越高，海水流量也就越大。

2）表面式冷凝器。即蒸汽在凝汽管的表面上凝结，而冷却水在凝汽管内流动，蒸汽与冷却水互不接触。

3）单流程冷凝器。即冷却水在凝汽管中只流过1次，通过出口水室流出主冷凝器。

进入到主冷凝器的蒸汽与凝汽管外表面接触并冷凝，把汽化潜热传给在凝汽管内部流过的舷外循环海水，循环海水由循环水泵或自流循环系统提供。循环海水由进口水室流入，沿着凝汽管流到出口水室，而后流入排水管道。伴随着冷凝过程，在主冷凝器内占据极大比例的蒸汽分压力迅速下降，未凝结的蒸汽及系统漏入的空气被抽气器抽出，使主冷凝器形成高度的真空。

主冷凝器中的凝汽管束为菱形排列，其材料为铜镍合金。在主冷凝器内设置了5块由黄铜制成的中间隔板，以避免管束振动引起的损坏。凝汽管束与内、外管板均为强度胀接，内、外管板与水室法兰以及壳侧法兰则通过特制双头螺柱和特制螺母连接在一起。内管板空腔设置有放气口、放水口，以检查凝汽管束与管板胀接接头的严密性。如果凝汽管束与外管板胀接接头密封性被破坏，在双管板空腔检漏口则会检测出海水。

3 故障原因分析

根据修理经验，凝水盐度升高通常有以下原因：①主机汽封抽汽冷却器海水管路接头破损；②主冷凝器冷却水室凝汽管破损或接口密封破坏；③造水机凝水盐度超标；④汽轮发电机汽封抽汽冷却器凝汽管或接头破损；⑤污冷凝水柜凝水盐度超标；⑥机舱疏水管在主机抽真空时，吸入了盐度较高的舱底水。

针对以上几种情况，首先对凝给水系统不同部位的凝水进行了2次取样化验，取样时间间隔为15 min，凝给水系统不同部位凝水盐度2 次化验结果分别如表1、表2所示。

表1 凝给水系统不同部位凝水盐度第一次化验结果 mg/L

表2 凝给水系统不同部位凝水盐度第二次化验结果 mg/L

随后继续对凝给水系统不同部位凝水进行取样化验，除主冷凝器中凝水盐度持续上升为75.5 mg/L、135.0 mg/L、175.0 mg/L、249.0 mg/L、323.0 mg/L 以外，其余各处凝水盐度值变化幅度较小。根据化验结果可做出以下判断：引起凝给水系统凝水盐度升高的原因为主冷凝器凝水室凝汽管破损或胀管处密封破坏，冷却用海水经损坏或不密封处漏入主冷凝器的凝水室与冷凝水混合，从而引起凝水盐度升高。

4 故障排除

4.1 一般处置流程

根据某型船装备技术要求，主冷凝器凝水室冷却海水管束为菱形排列的带状型管束，管子内径为13 mm，外径为16 mm，排管节距为22.5 mm，单管长3.02 m，总数为6 000 根。利用胀管把凝汽管固定在两侧管板上（如图1）。为防止冷却海水通过胀管连接处的缝隙进入主冷凝器，两侧的管板为双层。在内管板上加工出5 mm 深的空腔，以此可发现冷却海水进入腔室的痕迹。如果胀管连接处的密封被破坏，海水会通过内管板上的孔由上述腔室自由地流出。因此，可先通过排查此处的胀管密封，在排除胀管处不密封的情况之后，可断定是凝汽管中的1 根或多根发生中间部位泄漏。泄漏部位常规排查方法为：关闭主冷凝器冷却海水全部进口、排出口，排空主冷凝器海水室内的冷却水，维修人员通过人孔进入到管板位置，使用高压空气逐个吹除凝汽管束，吹干后逐渐提高主冷凝器凝水室的水位，因凝水自身压力而出现水渍的位置可确定为泄漏部位。

4.2 特情处置流程

经过排查，确定凝水盐度升高是由凝汽管泄漏造成的，常规处置流程中吹除6 000 根凝汽管耗时较长，泄漏部位定位缓慢且准确度不高，需要由操作人员打开主冷凝器的进、出口水室，此时机组需要停机维护。而在船舶执行任务过程中，需保持战术机动性，机组仍处于工作状态，不能停机。针对此特情，经过研究并报指挥部同意后，决定采用反向思维，采取先将海水室排空后加注压缩空气的方法确定漏水部位。加注压缩空气后，漏水部位由于压差的作用会产生气泡，维修人员通过海水室人孔进行堵管处置。此方法相较于从6 000 根凝汽管逐个吹除来检验是否泄漏而言，更加快速准确。但此方法需要从主机的低压汽轮机人孔进入主冷凝器上部腔室，在维修操作时需注意低压汽轮机的温度。在船舶航行状态下，主冷凝器凝汽管泄漏故障的排查过程及处理步骤如下。

1）管控风险，做局部封舱准备，在主机中低压汽轮机人孔附近搭建半封闭式工作空间，做到局部封舱，避免通风所带来的灰尘、异物通过人孔落入主机低压汽缸及主冷凝器凝水室。

2）关闭主冷凝器海水室进、出口所有阀门，海水室排空。

3）主冷凝器凝水室加水至水位表满水状态，注意防止加水过多导致水从汽轮循环水泵及主机低压缸汽封处漏出。

4）主冷凝器排除空气，经干燥后用专用阀门在海水室建立一定压力，打开低压汽缸人孔，操作人员通过人孔进入主机低压汽轮机下方，也就是主冷凝器凝水室上腔空间，观察此腔室因海水室加压而产生的气泡，确定气泡位置。

5）锁定气泡位置后，可预估发生泄漏的凝汽管所处的大致位置。暂时封闭低压汽缸人孔，打开离气泡位置最近的主冷凝器凝水室人孔，排查人员进入凝水室后，用高压空气吹除以确定具体的泄漏水管。

6）锁定漏水水管后，在两端使用专用的白钢堵头进行堵管。

7）堵管后封闭人孔，再次对主冷凝器海水室进行加压，同时观察凝水室，如无气泡产生则堵管成功。

8）关闭主冷凝器凝水室人孔和低压汽缸人孔，打开主冷凝器凝水室进、出口阀门，使舱外水充满整个凝水室，调整凝水室水位，同时对各部位水质进行化验。

5 备航检验

完成以上故障排除流程后，按照正常程序进行备航。锅炉转自动工作后，对凝给水系统各部位凝水持续进行取样、化验、监控。结果表明，离子交换器进口位置凝水盐度逐渐递减至盐度表量程以下，而后递减至0.1 mg/L 以下。经化验，凝水盐度最低为0.07 mg/L，且多次取样化验后其值未上升，凝水盐度升高故障排除完毕。

6 结束语

主冷凝器是汽轮机组的重要组成部分，从主机来的蒸汽在主冷凝器内的凝汽管外放热后被冷凝成水，而冷却海水在凝汽管内吸热后排出舷外，在整个蒸汽动力装置的汽水循环中起冷凝作用。在船舶航行过程中，主冷凝器凝汽管发生了泄漏，导致凝水盐度超过警戒值，针对这一特情，采取海水室排空后加注压缩空气的方法快速确定了漏水部位，及时排除了故障。在故障排除过程中还应注意以下事项。

1）因为故障排除是在海上进行的，且船舶仍处于航行状态，考虑到风浪、潮汐、涌浪等因素，操作人员从低压汽缸人孔进入主冷凝器凝水室上端进行检查时，需特别注意将维修工具、眼镜、手电等用绳子固定，避免掉落。低压汽缸人孔除了四周防护外，还需要安排专人把守，禁止无关人员靠近。

2）采取海水室排空后加注压缩空气的方法高效快捷，但要注意高压空气压力。在有条件的情况下尽量使用专用压泵，且泵压压力保持在1 kg/cm²为宜。若使用高压空气，根据某型船特点可使用全船吹除系统的压力为5 kg/cm²的压缩空气。装备技术要求规定海水室不能经受9 kg/cm²的瞬时压力，从保护装备的角度出发，即使是采用压力为5 kg/cm²的压缩空气，为了避免爆管和对凝汽管的冲击，需慢慢加压，压力阀门不能全开，有条件的情况下可在阀门后加装压力表实时监控泵压压力。

3）故障排除完成后进行备航时，要认真检查装备系统，严格按照备航程序进行操作，特别是主冷凝器凝水放水阀门要及时关闭，避免备航时影响主冷凝器内真空。