空压机空冷器漏泄故障的分析与处理

青岛远洋运输有限公司 刘广利

空压机空冷器漏泄故障的分析与处理

青岛远洋运输有限公司 刘广利

从一起SPERRE HV2/200空压机空气冷却器漏泄故障引发副机淡水高温报警出发，分析空压机空冷器漏泄故障原因，提出预防措施和管理对策，并提供一种较为实用的冷却器芯子查漏方法。

空气冷却器；漏泄；副机淡水；高温报警

一、故障情况

某船是一艘149 906载重吨的好望角型远洋散装货船，船龄15年。配备日本制造SPERRE HV2/200船用二级主空压机2台。空压机转速为1 150 r/min，排气量为177 m3/h，一级额定排气压力为0.64 MPa，二级额定排气压力为3.0 MPa，功率32.9 kW。

某日，船舶完货开航，主机频繁启动、停车和换向，两台空压机自动启动并联工作向空气瓶补气。突然，与No.2副机并联供电的No.3副机淡水高温报警，集控室及机旁检查发现副机淡水压力轻度波动0.02 MPa左右。此时，单台副机负荷仅280 kW，距离单机正常负荷500 kW甚远，推测出淡水高温不是由于副机负荷大而引起的。启动No.1副机并电，停No.3副机，后No.2副机淡水高温报警。换用备用的No.1低温淡水泵，停No.2低温淡水泵，No.2副机淡水高温报警只能短时消除，副机淡水压力同样波动。

引航员在船，船舶机动航行不可失去动力。情况紧急，为防止副机淡水高温停车跳电事故发生，只好卸载空调、冰机和部分风机等次要负载，降低No.2副机负荷，维持运转。继续查找副机淡水压力波动、副机淡水高温原因。

交替起停No.1、2低温淡水泵，停用泵机械轴封未见有水渗漏，非机械轴封处漏入空气。检查中央冷却系统膨胀水柜，水面有气泡冒出。打开膨胀水柜泄水阀放出部分淡水，降低水柜水位，露出副机、空压机冷却水回水管，发现两回水管内淡水均有气泡。迅速检查空压机上方冷却水回水管路透镜，发现No.1空压机回水管路透镜有大量气泡，停用该机后气泡消失。5 min后，副机淡水压力稳定。

通知船长，主机由驾驶台控制转为集控室控制，人工启动主机以便节省启动空气，使用No.2空压机持续补气，指派一人做好随时启用备用主空气瓶的准备，直至引航员离船。

二、空气冷却器结构及故障查找

该船使用中央冷却系统进行动力系统冷却。使用不同温度的两个单独的淡水循环系统：82 ℃的高温淡水和36 ℃的低温淡水闭式系统。前者用于冷却主机，后者用于冷却高温淡水和副机、空压机及各种冷却器。受热后的低温淡水在一个中央冷却器中由开式海水系统冷却。[2]

低温淡水由中央冷却泵泵出，分别冷却副机缸套、缸头、空冷器、滑油冷却器和空压机缸盖、缸套、壳管式级间冷却器、后冷却器及主机、冰机各冷却器，其回水一路经总管汇集后流至中央冷却低温淡水泵（共2台）入口处，副机、空压机及各冷却器回水另一路通中央冷却系统膨胀水柜以便驱气。副机、空压机均没有自带泵。

SPERRE HV2/200空压机级间冷却与后冷却采用壳管式淡水冷却器。级间冷却可以降低排气温度和减少功耗。后冷却可以减少排气比容，提高气瓶储量和减轻气压降低程度，并使排气中的油和水的蒸气冷凝而便于分离。[3]

空压机壳管式级间冷却器与后冷却器结构尺寸相同，设计为卧式，外壳与机体选用优质铸钢铸造为一体，壁厚，保证绝对耐压。每个冷却器前、后端盖与冷却器壳体及压缩机缸盖螺栓连接，拆装维修方便。冷却器芯子管束采用优质黄铜管，管径大，流量大，散热系数高。两端焊接圆管板，管板上钻有许多孔，对应孔中装有一根黄铜管，管与管板的连接用胀管密封固定。冷却器内有两个相互隔开的空间，即以管板、冷却管束外壁与铸钢壳体内壁组成的一个空间，由下而上流动低温淡水；由20根黄铜管束内壁与两个端盖气腔组成另一个空间，流动的是压缩空气。冷却水腔与压缩空气腔依靠套在冷却器前、后圆管板的橡皮专用密封圈隔开。

船舶定速后，两冷却器放残后未见残水放出，说明0.27 MPa压力下冷却水没有经冷却器芯子或密封圈渗漏入气腔；打开低压吸入阀、高压排出阀各1只检查，缸套内未见有残水，说明缸头、缸套正常；检查空压机冷却水腔防爆透明有机玻璃未见损伤。

为彻底查清漏泄故障，将No.2空压机后冷却器芯子抽出来，替换No.1空压机级间冷却器与后冷却器芯子，进行空压机运转试验。发现该冷却器芯子替换成No.1空压机后冷却器芯子后，空压机冷却水回水透镜气泡消失。据此可以确认No.1空压机后冷却器芯子漏泄。

高压空气经后冷却器管束漏入压缩机冷却水形成大量气泡，大部分带有气泡的回水由低温淡水泵吸入，部分气泡回到膨胀水柜。含有大量气泡的淡水由低温淡水泵泵出后冷却副机缸套、缸头等，气泡来不及经副机淡水系统回水管回到膨胀水柜。含有大量气泡的淡水在冷却系统循环，换热冷却效果差，来不及带走副机缸套、缸头热量致副机淡水高温报警。因No.3副机离低温淡水泵最近，气泡先进入No.3副机淡水系统，导致副机淡水高温报警，而No.1副机离低温淡水泵最远，影响略小。

三、空气冷却器管束漏泄故障原因分析、预防措施和管理对策

该船仅配备2台主空压机，主机型号MAN-B&W 6S70MC，一直驾控，耗气量较大；甲板敲锈气动工具、前后汽笛、舷梯均使用压缩空气。集控室控制电脑显示，空压机吊缸后工况良好时，正常状况下，空压机运转20 min，停40 min。吸、排阀积炭脏污后，空压机运转40 min，停20 min。空压机运转时间过长，导致缸套磨损大，吸排阀温度高易积炭，阀片及弹簧片破碎，铝质活塞损伤；加上该空压机底座为弹性连接，振动大，致输出轴油封多次损坏。

1.故障的可能原因

（1）制造有缺陷或黄铜管质量差。

（2）空压机阀片及弹簧片破碎，碎片损伤冷却器管束。

（3）空压机底座为弹性连接，振动幅度过大；振动横摆加速度大，冷却器管束振动过强。[1]

（4）冷却器管束在冷却水、含水蒸气空气作用下产生化学腐蚀。

（5）冷却器管束加工制作过程产生较大内应力，黄铜管发生应力腐蚀季裂。[1]

（6）冷却器管束金属表面产生微观电化学腐蚀和穴蚀破坏。[1]

（7）冷却水腔内锌块腐蚀完后没有进行检查及定期更换，不能有效防止穴蚀等电化学腐蚀。[1]

2.预防措施和管理对策

（1）加强中央冷却水系统冷却水管理，降低冷却水对冷却器管束的腐蚀。冷却水系统定期化验、投药、排污，并做好相关记录归档。

（2）冷却水尽量使用造水机的蒸馏水，从水的来源上把关。

（3）船舶厂修时，冷却器由专业厂家定期检查、试压。

（4）定期检查保养级间冷却器、气液分离器后的泄放电磁阀，及时泄放残油、残水。

（5）冷却水腔内锌块坚持定期检查更换（即使是淡水冷却），防止空冷器管束穴蚀等电化学腐蚀。

（6）冷却水腔定期清洗、除垢、放残。

（7）适当缩短空压机检修周期，预防吸、排阀积炭严重和阀片及弹簧片破碎，防止碎片损伤冷却器管束。

（8）对船舶空气管路以及设备跑、冒、漏及时查漏、灭漏，缩短空压机运转时间。

（9）建议船公司加装甲板空压机或控制空压机或辅助空压机，减少主空压机运转时间。

四、空气冷却器管束查漏方法

空压机空气冷却器壳体铸造在机体上，因水腔进、出口在机体内，拆除冷却器端盖后，冷却器芯子不易固定，水腔难以密封，无法用常规冷却器芯子外部水压泵压，利用查看冷却器芯子铜管内是否有水流出的方法进行查漏。

选用软木车制多只锥形木塞将冷却器芯子铜管一端全部封堵，将冷却器芯子竖直浸入水中，用0.65 MPa日用空气逐根铜管吹气试漏，未见明显气泡冒出，说明裂纹较小，低压下漏泄不明显。

冷却器芯子黄铜管束管径（20 mm）大，管束间距较大，管板厚实牢固。制作如图1所示工具，采用单根冷却铜管泵压查漏的方法解决了上述难题。

1.专用工具制作

（1）压盖制作：选取一根外径为40 mm的铜棒，截取一段长度为50 mm的铜棒制作一只压盖，如图1所示，端面须光滑平整。中心线位置先用8 mm钻头钻一通透孔，后用14 mm钻头扩孔。一端再用26 mm钻头扩孔，扩孔深度20 mm。将上述铜件中部对称钻8.5 mm底孔，攻G1''/8密封内螺纹，一孔接0～5.0 MPa的1''/8压力表，另一孔接1''/8接头连接1只高压截止阀。压盖制作2只，其中1只中部无须钻孔攻丝，长度可为40 mm。

图1 空气冷却器管束泵压查漏示意图

（2）螺帽密封盖制作：因普通丝杆系非密封螺纹，高压下难以密封。可以将2只M14的螺帽自由状态旋在一根螺杆上，然后将2只螺帽缝隙焊接，再把一个螺帽旋入一小段螺杆密封焊接。制作密封盖2只。

（3）压盖垫床制作：使用高压纸板床制作，外径40 mm，垫床内径26 mm（尺寸稍大于冷却铜管外缘，以便泵压检查冷却铜管与管板胀管密封处是否漏泄）。制作垫床40只。

（4）选取一根M14的丝杆，截取适当长度（长度略小于冷却器芯子长度、2只纸板垫床厚度、2只M14紫铜床厚度与2只M14螺帽厚度之和）。

2.泵压查漏

如图1所示，将丝杆插入空冷器芯子铜管，放垫床、压盖、紫铜床，旋上螺帽密封盖。非密封螺纹丝杆依靠螺帽密封盖和紫铜垫床密封。将空冷器芯子竖直放置，用压力表校表用水压手扦泵泵压（也可使用油压手扦泵或主机液压泵压装置替代），上部螺帽密封盖放气出水后上紧密封盖，泵压至3.3 MPa（高压级安全阀压力）关截止阀，静置30 min后，观察压力表压力是否下降。

上述冷却器芯子管束泵压检查，2根冷却铜管漏泄。车制锥形铜塞4只，封堵漏泄铜管，装复后冷却器、No.1空压机运转试验良好。

五、结束语

压缩空气是船舶主柴油机启动、换向和发电柴油机启动及机舱自动控制元件的动力源。空压机是向压缩空气瓶供气的重要船舶辅机[3]，应当采取一切可能和有效手段，保持空压机良好工况。

上述空气冷却器查漏方法是对不能用常规冷却器壳体内加压确定冷却器管束漏泄方法的有效补充，也适用于主机、部分副机空冷器等冷却器管束的查漏。特殊情况下，这种查漏方法值得借鉴使用。

[1]满一新.轮机维护与修理[M].大连:大连海事大学出版社,2000:36,38.

[2]杜荣铭.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社,1999:174.

[3]费千.船舶辅机[M].大连:大连海事大学出版社,2000:67,73,74.

Failure analysis and repair of air cooler for main air compressor