【船机帮】副机高温冷却水温度过低案例分析

某集装箱船, 三台副机各1620 kW, 720 r/min, 运行稳定可靠, 管理方便。

副机冷却水系统示意简图见图 1。

图1 副机冷却水系统示意图

中央冷却水系统(机舱低温水系统) 来的冷却水: 

① 由副机自带低温水泵增压。 

② 冷却空气冷却器及滑油冷却器。 

③ 由热力膨胀三通阀自动调节温度, 低温冷却水部分回中央冷却水系统; 部分返回自带低温冷却水泵进口 (同时也从中央冷却水系统中补充新的低温冷却水) , 循环冷却空气冷却器及滑油冷却器; 大部分(虚线 所示) 作为高温冷却水进入自带高温冷却水泵。 

④ 副机自带高温冷却水泵, 吸入上项低温冷却回水, 增压。 

⑤ 冷却副机缸套、缸头及附件。 

⑥ 由热力膨胀三通阀自动调节温度( 设定温度82～85℃) , 部分回中央冷却水系统; 部分返回自带高温冷却水泵进口( 同时也补充新的低温冷却水的回水) , 循环冷却缸套等。 

副机冷却水系统放气: 

★空气冷却器的低温冷却水出口管上, 有通往膨胀水箱的放气管路。 

★缸套及缸头的高温冷却水出水管上, 设有集气 箱分离水和空气, 并由一根 1/4″管引出, 然后三台副机合用一根1″总管连接至膨胀水箱。 

高温冷却水系统有两处温度测量装置: 

★进口总管上, 装有一只普通的圆盘式温度表, 可在机旁察看高温冷却水进机温度。 

★出口总管的集气箱上, 装有两只温度探头, 一只在集控室显示高温冷却水出口温度供监测; 另一只用作高温冷却水高温保护, 高于110 ℃自动停机。

★二台或三台副机并联运行, 其中的一台或二台高温冷却水出口温度只有60～70℃, 明显低于设定的82～85℃; 

★改为单独使用高温冷却水温度偏低的副机, 其高温冷却水温度会逐渐恢复正常。 

★三台副机都是如此, 尤其是启动后待并机时。

故障存在时间较长, 据公司有关管理人员介绍, 同类型的其他船舶也发生过类似故障。

原因一直未查明, 因为副机功率大, 正常航行用一台, 进、出港才用二台, 故障不频繁, 观察的机会少; 高温冷却水出口温度是偏低而不是过高, 没有引起足够重视。 

虽然船舶可以继续营运, 但故障发生在副机并联运行, 正是进、出港的关键时间, 是重大安全隐患, 必须查清楚。

1.温度控制元件(热力膨胀三通阀和温度探头)

从故障现象①分析, 很容易怀疑高温冷却水热力膨胀三通阀损坏或咬死(阀关不严) 。

但故障现象②“单独使用该副机, 高温冷却水温度又会逐步恢复正常”表明, 热力膨胀三通阀及温度探头正常。 

虽然如此, 一时找不到确切原因, 还是清洁检查拆解低温冷却水热力膨胀三通阀, 未见异常但仍更换了热力元件; 拆解清洁检查温度探头, 测量阻值, 未见异常。

检查后使用观察, 故障依旧。

进一步, 强制关闭低温冷却水热力膨胀三通阀与中央冷却水系统的四水道和自带低温水泵吸入中央冷却水系统的通道, 不补充低温水, 使高温冷却水系统自身循环。

若此时高温冷却水热力膨胀三通阀有故障, 高温冷却水温度短时间内必定明显上升。

但是这样运行10多钟, 高温冷却水温度并没有明显变化。 

由此, 彻底排除了热力膨胀三通阀故障的可能。

 2.副机负荷 

针对故障现象③“三台副机都是如此, 尤其是启动后待并机时”, 判断故障可能与副机负荷有关: 副机刚启动, 负荷低, 且冷态运行, 高温冷却水由低温冷却水提供, 可能因冷却水管路布置不当使水量分配不均, 导致新启动的副机高温冷却水出口温度偏低。 

进一步观察副机不出现此故障时的情况: 

★副机未启动, 处于暖缸状态, 高温冷却水进、出口温度都保持正常值(83℃左右) ; 

★副机启动, 高温冷却水温度逐步下降, 最后稳定在 60～70℃; 

★副机并联运行, 使用大功率的侧推, 负荷接近85%, 高温冷却水出口温度依然没有明显变化。 

显然, 故障与副机负荷无关。 

 3.冷却水系统 

排除副机本身及其负荷等因素, 进一步从冷却水系统查找原因。 

长时间观察副机高温冷却水, 发现:

★压力, 处于正常值, 没有明显的压力波动。

★温度, 长时间高负荷运行, 进机温度上升较快, 出机温度依然没有明显的变化, 最终进机温度竟然超过出机温度10～20℃, 明显违反逻辑。 

因此, 再度怀疑高温冷却水出口温度的探头故障。 

从高温冷却水出口总管集气箱内拆出温度探头时意外发现: 

① 集气箱内放出大量的空气。 

② 空气放完, 检查温度探头确认正常装复, 副机运行, 高温冷却水出口温度恢复正常。

③ 运行几小时后, 高温冷却水出口温度又明显下降。

再次检查集气箱, 发现里面又有不少空气。

检查集气箱与膨胀水箱连接的透气管, 1/4″管和1″ 总管均完全畅通。 

至此可断定, 故障直接原因, 是中央冷却水系统和副机冷却水系统空气太多, 透气管已来不及释放: 

★一台副机单独运行时, 副机冷却水系统中的空气, 部分从该副机透气管释放, 部分随冷却水返回中央冷却水系统从中央冷却水系统的透气管释放, 还不会形成故障;

★二台或三台副机并联运行, 副机冷却水泵抽吸能力成倍增加, 冷却水系统中的空气也成倍增加。

系统中的空气来不及释放, 空气聚集在集气箱内, 使集气箱水位下降, 温度探头高出水面, 检测的不是高温冷却水温度而是集气箱内的空气温度, 所以温度显示偏低( 此例约 10～20℃) 。 

4.高温冷却水中空气的来源才是故障的根本原因, 因为冷却系统空气太多, 并不是透气管管径小来不及释放( 副机及其系统有科学的设计标准, 通常还经试验验证) 。 

那么多空气从何而来呢? 

★副机冷却水系统系统本身没有空气来源 ( 空气冷却器的增压空气压力低于低温冷却水) ;

★副机冷却水系统, 由中央冷却水系统的低温水 (机舱低温水) 提供。

故障证明, 中央冷却水系统不仅有空气而且在源源不断地补充。 

中央冷却水系统, 泵浦吸口是正压, 排出压力 0.25MPa, 外界空气难以进入, 系统中的空气肯定来自设备漏泄。

为此, 需分析中央冷却水系统中与气体冷却相关的全部设备。 

中央冷却水系统冷却的设备很多, 与气体冷却相关的设备有三种: 

★主机空冷器漏泄空气——主机扫气压力小于0.2 MPa, 低于低温冷却水压力, 可以排除。 

★制冷设备漏泄冷剂——制冷系统状况良好, 很少补充冷剂, 也可以排除。 

★主空压机漏泄空气——配备的三台水冷式空压机( 品牌: SPERRE) , 每台有二只管式冷却器, 空气压力20～30 MPa。

由于冷却器内的高压, 冷却器管子上有细小的针眼, 或端盖密封圈老化, 都可能漏泄大量空气进入到中央冷却水系统, 且内部漏泄难以觉察。 

为此, 自制专用工具泵压检查空压机管式冷却器, 很快查出No.1号空压机高压端的冷却器有三根铜管漏气, 冷却器端盖密封圈老化脆裂。 

于是, 用铜棒车制闷头封阻这三根铜管, 更换冷却器端盖密封圈, 装复冷却器, 投入使用。 

消除了空压机内漏, 切断了中央冷却水系统中空气的来源, 副机冷却水系统运行正常。

该型集装箱船的空压机, 由于已经开始老化( 进、出港频繁使用率高, 已使用10年左右) 、工作压力高 (20～30MPa) 、排出空气温度高(60～100℃) 等, 管式冷却器易破损漏泄, 管式冷却器端盖上的橡胶密封圈易老化漏泄, 可能导致空气漏入了中央冷却水系统。 

防范措施是维护好主空压机, 可能包括:

★及时更换接近使用寿命的管式冷却器; 

★及时更换管式冷却器端盖上的橡胶密封圈;

★加强空压机阀片的保养, 提高空压机效率;

★良好冷却降低排出温度, 延长密封圈寿命, 等。

此外, 加强监控, 及时检查副机冷却水系统是否有空气, 例如副机启动后的一段时间内多次手动放出副机冷却水系统内的空气, 直到确认空气极少。

一旦发现副机冷却水系统空气多, 及时查明原因并消除。

END