船用空调冷媒水管清洗和充注工艺

陈 威，王 柳，魏文俊

（1.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129；2.江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

0 引言

目前，空调冷媒水系统在船舶中央空调系统中应用广泛，其对调节舱室的温度和舒适度有着重要影响。船用空调冷媒水系统主要用于冷水机组和空调器、风机盘管等间接式空调设备之间的热量交换，是相对封闭的内循环系统[1]。然而，目前常用的开式系统和闭式系统的冷媒水管多采用镀锌无缝钢管和不锈钢管，均存在腐蚀、结垢和渗氧等问题[2-3]，且充注前未经清洗的冷媒水管往往会存在粉尘和焊渣等杂质。通常情况下，在充注船用空调冷媒水系统前往往没有对冷媒水管进行清洗，这会促使冷媒水管内壁产生结垢现象，严重影响整个系统的运行稳定性。本文对冷媒水管清洗串洗、除锈防锈和充注等技术要求和工艺流程进行分析，总结出适用于船用空调冷媒水系统的水管清洗和充注工艺，进而提高整个中央空调系统的运行稳定性。

1 船用空调冷媒水管的施工现状

目前，船用空调冷媒水系统在水管充注前一般不会采取相应的清洗和除锈等工艺措施，在空调系统长时间运行后，往往会出现水管腐蚀加剧、水管（尤其是空调设备的板式换热器的水管）内壁结垢严重（见图1）、杂质堵塞、换热效率降低和水泵耗电量增加等问题，严重影响船用中央空调系统的稳定运行[4-5]。其中，水管内部结垢产生的影响最严重，间接影响的范围最广。板式换热器的水管材料通常采用碳钢或铜，碳钢的导热系数为46.4～52.2 W/(m·K)，铜的导热系数为383.3 W/(m·K)，而水垢的导热系数为0.464～0.697 W/(m·K)[5]。由此可见，空调设备的板式换热器结垢情况越严重，其导热系数越低，换热效率也将大幅度降低，直接影响船用中央空调系统的运行效果。因此，在船用空调冷媒水系统投入使用前，对整个水系统管路进行清洁串洗、除锈防锈和充注，是较为重要的工艺流程，也是确保船舶中央空调系统长期稳定运行的因素之一。

图1 水管内壁结垢示意图

2 冷媒水管清洗和充注的技术要求

船用空调冷媒水系统是相对封闭的内循环系统，主要由冷水机组、膨胀水箱、冷媒水泵、间接式空调器、风机盘管和阀件等组成。目前通常使用船用洗涤水系统完成充注，空调冷媒水系统示意图见图2。

图2 空调冷媒水系统示意图

为便于对整个冷媒水系统进行清洗、充注、取样和后续维护保养，应在冷媒水系统中增设通岸接头和取样口，通岸接头示意图见图 3。通岸接头用于连接清洗水管和充注冷媒水的岸用水管，也可在船舶维护保养时用于充注冷媒水。取样口则用于检验冷媒水的品质。因船东需求等因素，部分船舶已在露天甲板设置了用于岸接制冷车（或制冷设备）的通岸接头，也可用该通岸接头作为冷媒水系统的清洗口和充注口。

图3 通岸接头示意图

3 冷媒水管清洗和充注的工艺流程

3.1 准备工作

为保障冷媒水管清洗和充注工作的有序进行，在对冷媒水管进行清洗和充注前，需完成相应准备工作，包括确保冷媒水系统的安装完整性、进行冷媒水管密性试验、保护空调设备、准备清洗和充注用的临时水泵及其相关附件、准备清洗用的药剂等。具体准备工作如下：

1）根据管系零件图和安装图完成空调冷媒水管的安装工作。在完成管系零件的内场制造和压力试验后，及时完成零件清洗和端部封口工作。从运输到装船的整个过程中都应确保水管端部的封口完整无缺。

2）在整个冷媒水系统的安装过程中，对没有连接到位的水管，其端部的封口无须拆除，防止不必要的二次污染。在整个冷媒水系统安装完成后，需按设计压力完成冷媒水管的密性试验和强度试验，并最终通过验收。

3）对于风机盘管、空气冷却器和膨胀水箱等小型空调设备，关闭其进出口阀件，防止在冷媒水管清洗过程中残留的粉尘和焊渣等杂质进入空调设备的板式冷却器或膨胀水箱，进而导致难以清理、排出等问题。对于冷水机组、集中式空调器等大型空调设备，需要拆除其进出口的挠性软管，采用盲板法兰对冷媒水管的末端进行封口，不仅能防止杂质进入空调设备，还能对连接阀件和空调设备的水管进行清洗。挠性软管需单独清洗，冷媒水泵进口的滤器则要拆除滤芯并进行单独清洗。

4）安装临时水泵、临时储存柜、临时滤器和临时水管，从冷媒水系统的通岸接头接入临时水管，将整个冷媒水系统形成循环回路（见图 4）。其中，临时水泵用于对整个冷媒水系统进行清洗和充注，临时储存柜用于存放清洗用水、清洗药剂和充注用水，临时滤器用于过滤杂质和取样，临时水管则用于连通船用冷媒水系统和整套岸接清洗设备。

图4 冷媒水系统的循环回路示意图

5）准备清洗和充注用的药剂，包括除锈清洗剂、漂洗剂和防锈剂。

6）若因隔离空调设备、需单独清洗的管附件等因素，存在不能形成循环回路的水管时，需将其拆除进行单独清洗。

7）若在整个冷媒水系统清洗前，存在通过冷媒水系统进水等原因导致二次污染的空调设备，则需对其用蒸馏水进行单独冲洗。

3.2 冷媒水管的清洗程序

冷媒水管清洗是为了达到除油、除锈、除杂质和防锈等效果。因此，在清洗过程中要对整个循环回路进行循环清洗，配合相关药剂除油、除锈和除杂质，并根据临时滤器的取样结果判断清洗效果。具体清洗程序如下：

1）将除锈清洗剂和淡水按1∶20～1∶10的比例加入临时储存柜。具体配比可根据清洗剂本身的去污能力以及水管的污垢程度进行调整。

2）启动临时水泵对整个循环回路进行充注，并根据临时储存柜中的液位及时补充除锈清洗剂和淡水，直至临时储存柜中的液位基本稳定，再利用临时水泵对整个循环回路进行持续清洗。在充注和循环清洗的过程中，要利用冷媒水系统的自动放气阀进行管路放气，并根据临时储存柜的液位变化及时补充（或泄放）除锈清洗剂和淡水。整个清洗过程持续循环约20 h，可达到除油、除锈和清洗效果，清洗结束后将整个冷媒水系统放空，并清洗临时滤器和储存柜。

3）将漂洗剂和淡水按1∶100～1∶50的比例加入临时储存柜中。同理，具体配比可根据漂洗剂本身的去污能力以及水管的污垢程度进行调整。

4）启动临时水泵对整个循环回路进行充注，并根据临时储存柜中的液位及时补充漂洗剂和淡水，直至临时储存柜中的液位基本稳定，再利用临时水泵对整个循环回路进行持续漂洗。在充注和循环漂洗的过程中，要利用冷媒水系统的自动放气阀进行管路放气，并根据临时储存柜的液位变化及时补充（或泄放）漂洗剂和淡水。第一次漂洗时间约2 h，漂洗结束后将整个冷媒水系统放空，并检查滤器的清洁程度。第二次及后续的漂洗采用相同的工艺流程，漂洗的具体时间和次数与滤器的清洁程度有关。一般情况下，将滤芯上无明显颗粒杂质作为通过检验的标准。在漂洗结束后，将整个冷媒水系统放空，并清洗临时滤器和储存柜。

5）为避免实际使用时冷媒水管发生锈蚀的情况，将防锈剂和淡水按1∶20的比例加入临时储存柜中，启动临时水泵对整个循环回路进行充注，并根据临时储存柜中的液位及时补充防锈剂和淡水，直至临时储存柜中的液位基本稳定，再利用临时水泵对整个循环回路进行持续防锈清洗。在充注和循环清洗的过程中，要利用冷媒水系统的自动放气阀进行管路放气，并根据临时储存柜的液位变化及时补充（或泄放）防锈剂和淡水。整个清洗过程在室温环境下，持续循环约4 h，可达到防锈效果，防锈清洗结束后将整个冷媒水系统放空，并清洗临时滤器和储存柜。

6）在整个冷媒水系统清洗结束后，用不小于0.7 MPa的压缩空气吹干整个系统的管路。为防止压缩空气中可能存在的湿气和杂质对管路造成二次污染，尽量将压缩空气的端口接入空气干燥剂处以增加压缩空气的清洁程度，确保整个系统管路的清洁和干燥。

7）将清洗前临时拆除的管子和阀附件进行单独清洗，必要时进行防锈处理，完成清洗后对其进行安装和复位。在整个冷媒水系统充注前，需确认整个冷媒水系统的安装完整性，包括临时拆除的管附件、空调设备的进出口等的复位情况。

3.3 冷媒水管的充注程序

在冷媒水管充注前，除了对整个冷媒水系统的管路及其附件进行安装和复位外，还需检查并开启整个系统中的阀件，使整个冷媒水系统中的管路和设备形成循环回路。其中，开启的阀件不包括泄放阀等对外连通的阀件。冷媒水管充注包括淡水的充注、防冻液的充注、冷媒水管的放气和冷媒水取样等。具体充注程序如下：

1）启动临时水泵对整个冷媒水系统进行充注，充注的介质为蒸馏水或乙二醇防冻液。采用蒸馏水是为了防止长期运行后空调设备的冷凝器内壁产生水垢；采用乙二醇防冻液是为了防止船舶在途经寒冷环境且全船冷媒水系统不运行时，部分冷媒水管内部结冰引起水管破损的情况。因此，可根据船舶设计和使用需求决定乙二醇防冻液的具体比例。乙二醇防冻液成分情况见表1。

表1 乙二醇防冻液成分

2）在冷媒水充注过程中，要实时检查整个冷媒水系统是否存在泄漏情况，尤其是冷媒水管清洗后复位的空调设备进出口、水管和相关附件。若存在泄漏，则停止冷媒水充注，及时处理漏点。

3）在冷媒水充注过程中，需要利用冷媒水系统的自动放气阀进行管路放气。

4）在冷媒水充注完成后，交替开启船用冷媒水泵、备用水泵对整个系统进行内循环和驱气，并配合利用自动放气阀进行管路放气。如有需要，停止船用冷媒水泵，利用临时水泵对整个系统进行补液，直至水泵进出口压力基本稳定且达到设计压力值。

5）对冷媒水进行取样检验，水质指标要满足表2的要求。检验合格后，拆除临时工装、关闭通岸接头，整个冷媒水管的清洗和充注工作完成[6]。

表2 冷媒水水质指标

4 结论

船用空调冷媒水系统的清洁程度和冷媒水品质不仅影响着冷媒水系统投入运行后的使用效果，还对空调舱室的舒适度有着显著的影响作用。本文对冷媒水管清洗串洗、除锈防锈和充注等技术要求和工艺流程进行分析，并总结出适用于船用空调冷媒水系统的水管清洗和充注工艺。研究表明：1）对冷媒水管采取淡水清洗、药剂除锈和防锈等措施能够保证冷媒水管的清洁程度，防止管路内部的粉尘和焊渣等杂质引起的堵塞和结垢等问题；2）采用蒸馏水和防冻液进行充注的方法能够保证冷媒水系统在投入运行后管路内部不易结垢，保障其换热效率，实现环境温度较低时不易结冰等效果。