任務(wù)5.4 冷卻水系統(tǒng)的操作與管理

1、任務(wù)5.4 冷卻水系統(tǒng)的操作與管理【項(xiàng)目介紹】介紹冷卻水系統(tǒng)的類型、閉式冷卻水系統(tǒng)和中央冷卻水系統(tǒng)的組成、工作原理、主要設(shè)備及其操作與維護(hù)管理要點(diǎn)。知識目標(biāo)：理解閉式和中央冷卻式冷卻水系統(tǒng)的組成及其工作原理；掌握冷卻水系統(tǒng)的操作與日常維護(hù)管理要點(diǎn)。能力目標(biāo)：具備冷卻水系統(tǒng)的操作與日常運(yùn)行管理能力；具備冷卻水水質(zhì)化驗(yàn)與分析處理能力?！局R陳述】5.4.1冷卻水系統(tǒng)的組成和類型、冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備和作用1.冷卻的作用與冷卻方式柴油機(jī)冷卻有以下作用：（1）保持受熱部件的工作溫度不超過材料所允許的限度，保證在高溫狀態(tài)下受熱部件的強(qiáng)度；（2）保證受熱部件內(nèi)外壁面有適當(dāng)?shù)臏夭?，減少受熱部件的熱應(yīng)力；（3）

2、冷卻未完可以保證運(yùn)動(dòng)件如活塞與氣缸壁之間的適當(dāng)間隙和缸壁工作面上滑油膜的正常工作狀態(tài)。管理中應(yīng)兼顧柴油機(jī)冷卻的兩相反要求，既不使柴油機(jī)因過分冷卻而過冷，也不使柴油機(jī)因缺乏冷卻而過熱。從盡量冷卻損失，充分利用燃燒能量出發(fā)，國內(nèi)外正在進(jìn)行絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)和低排熱發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，并相應(yīng)地發(fā)展了一批耐高溫的受熱部件材料，如陶瓷材料等。目前柴油機(jī)的冷卻方式分強(qiáng)制液體冷卻和風(fēng)冷兩種，絕大多數(shù)柴油機(jī)使用前者。2.冷卻系統(tǒng)的組成與設(shè)備柴油機(jī)中燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量大約有1/3左右要經(jīng)氣缸、氣缸蓋和活塞等部件散到外界。為了能散發(fā)這些熱量，必須保證佯動(dòng)系統(tǒng)具有良好的工作性能。柴油冷卻系統(tǒng)一般是淡水強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，采用閉式循環(huán)

3、；然后用海水強(qiáng)制冷卻淡水和其他載熱流體（如滑油、增壓空氣等），海水系統(tǒng)屬開式系統(tǒng)。兩者組成的冷卻系統(tǒng)稱為閉式冷卻系統(tǒng)。1）淡水冷卻系統(tǒng)在淡水循環(huán)系統(tǒng)中，淡水流動(dòng)的線路可以有兩種方案。（1）方案A。如圖5-15（a）所示。淡水泵供應(yīng)的淡水先進(jìn)柴油機(jī)去淡水冷卻器.由于冷卻器內(nèi)淡水的壓力較低,有可能發(fā)生海水漏入淡水的情況（2）方案B。如圖5-15（b）所示。淡水泵供應(yīng)的淡水先去冷卻器，然后再到柴油機(jī)。由于柴油機(jī)淡水冷卻腔內(nèi)的壓力較低，易造成死角，出現(xiàn)局部的蒸發(fā)、冷卻不良并引起穴蝕或局部過熱。目前方案A在船上應(yīng)用較多，方案B應(yīng)用較少。由于受熱部件工作條件不同，所要求的冷卻液溫度、壓力也務(wù)不相同。因此各

4、受熱部件的冷卻通常采用單獨(dú)的系統(tǒng)組成。一般分為缸套和氣缸蓋、活塞、噴油器三個(gè)閉式淡水冷卻系統(tǒng)。圖5-15 冷卻系統(tǒng)布置方案1-柴油機(jī)；2-膨脹水箱；3-冷卻器；4-淡水泵圖5-16為閉式冷卻系統(tǒng)的海、淡水系統(tǒng)圖。淡水由淡水泵5供應(yīng)，先進(jìn)入淡水冷卻器6冷卻后再進(jìn)入主機(jī)11進(jìn)行冷卻，熱水由淡水泵5抽出循環(huán)使用（淡水泵一般設(shè)兩臺，通常用離心泵）。圖中高置式膨脹水箱4通過平衡管與淡水泵的吸入口相連。膨脹水箱的作用是：排放系統(tǒng)中的空氣；使淡水受熱后有膨脹的余地；自動(dòng)向系統(tǒng)中補(bǔ)充因蒸發(fā)和泄漏損失的水量；保證淡水泵有足夠的吸入壓頭；便于向系統(tǒng)投放化學(xué)藥品進(jìn)行水處理；若設(shè)有蒸汽管，可加熱淡水進(jìn)行暖缸。此外還可

5、以裝水位表，以便系統(tǒng)中冷卻水量的變化情況。2）海水冷卻系統(tǒng)在海水系統(tǒng)中，用海水來冷卻滑油、淡水、增壓空氣和空氣壓縮機(jī)等。系統(tǒng)的基本組成是：海底閥（海底門）的大排量海水泵。從圖5-16可以看出，從海底閥7、12來的海水經(jīng)濾器而抽入海水泵10，然后被送往滑油、淡水冷卻器和窸冷卻器后排出舷外。系統(tǒng)中還裝有感溫元件和自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)閥，使部分全盤過的海水回流至海水泵進(jìn)口，保證進(jìn)冷卻器的?？跍囟炔坏陀?50C。由于海水中含有大量鹽類、雜質(zhì)和氣體，受熱后會(huì)在冷卻器表面沉積成水垢，降低冷卻效果，故海水的出口溫度不得高于500C。圖5-16 閉式冷卻系統(tǒng)1-空氣冷卻器；2-渦輪增壓器；3-放氣管；4-膨脹水箱；5

6、-淡水泵；6-淡水冷卻器；7-高位海底門；8-滑油冷卻器；9-海水濾器；10-海水泵；11-柴油機(jī)；12-低位海底門海底門一般設(shè)兩個(gè)以上，分高位和低位。分別置于船舶的兩側(cè)舷旁。高位海底門于空載水線以下約300mm處，低位海底門設(shè)在艙底（靠雙層底附近）。當(dāng)船舶在淺水道、港口航行或停泊時(shí)，為避免水下泥沙污物堵塞海水系統(tǒng)，使用高位海底門；而在海上航行時(shí)，為防止風(fēng)浪而造成空吸，使用低位海底門。當(dāng)依靠碼頭時(shí)，一般停用靠近碼頭一側(cè)的海底門，而改用外側(cè)海底門，以防止污物堵塞海底門。海水泵一般設(shè)兩臺，一臺為備用。海水泵一般均采用大排量離心泵。為減少系統(tǒng)設(shè)備，有些船上還把備用海水泵兼作備用淡水泵。海水泵排量很大

7、，常在吸入管按一應(yīng)急艙底吸口，以備機(jī)艙進(jìn)水時(shí)應(yīng)急排水。海水排出管道上裝有與消防泵、通用泵或壓載泵排出管路相通的管系，當(dāng)某泵損壞時(shí)可切換以互相應(yīng)急代用。3.中央冷卻系統(tǒng)中央冷卻水系統(tǒng)上一種控新型柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)。其特點(diǎn)是使用不同工作溫度的兩個(gè)單獨(dú)的淡水循環(huán)系統(tǒng)：高溫淡水（約80850C）系統(tǒng)和低溫淡水（約30400C）閉式系統(tǒng)。用于冷卻主機(jī)；后者用于冷卻淡水和各種冷卻器（如滑油、增壓空氣等）。受熱后的低溫淡水再在一個(gè)中央冷卻器中由開式海水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。這樣可只使用一個(gè)海水作為冷卻液的冷卻器，簡化了海水管系的布置并可保證柴油機(jī)在工況變化時(shí)其冷卻水參數(shù)不變。中央冷卻系統(tǒng)較傳統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)有下列明顯優(yōu)

8、點(diǎn)：（1）海水管系及中央冷卻器的維修工作量減至最少；（2）冷卻水溫度穩(wěn)定，不受工況變化的影響，使柴油機(jī)始終在最佳冷卻狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)；（3）淡水循環(huán)可多年保持清潔，維修工作量少。中央冷卻系統(tǒng)由于增加了中央冷卻器及其輔助設(shè)備與管系，故投資費(fèi)用較高；并且附加管系的阻力損失使泵送耗功也有所增加。新型柴油機(jī)動(dòng)力裝置大都采用中央冷卻水系統(tǒng)。圖5-17為B&WS(L)MC/MCE型柴油機(jī)的中央冷卻系統(tǒng)。主機(jī)缸套冷卻水為高溫淡水系統(tǒng)，副發(fā)電機(jī)缸套水為低溫淡水系統(tǒng)。主機(jī)活塞采用滑油冷卻，噴油器為非冷卻式。低溫淡水由中央冷卻水泵3泵出分別冷卻主機(jī)滑油冷卻器4、空氣冷卻器5、主機(jī)缸套水冷卻空對空8，其回水經(jīng)總管

9、匯集后流至中央冷卻水泵3（共3臺）入口處。此低溫淡水同時(shí)兼作發(fā)電副機(jī)缸套水，其出口水在航行時(shí)（閥A開啟，閥B關(guān)閉）流至單設(shè)的中央冷卻泵3入口處。在停泊期間（閥A關(guān)閉、閥B開啟），發(fā)電副機(jī)缸套冷卻水可用于主機(jī)暖機(jī)。受熱后的低溫淡水可在中央冷卻器2中由主海水泵1泵來的海水進(jìn)行冷卻。在系統(tǒng)中還裝有多個(gè)溫度傳感器及相應(yīng)的熱力控制閥，可根據(jù)水溫變來調(diào)節(jié)旁通水量。5.4.2冷卻系統(tǒng)的維護(hù)管理1.冷卻水的溫度和壓力通常海水壓力約為0.10.2MPa，淡水壓力約為0.20.3MPa，應(yīng)該保證淡水壓力始終高于海水壓力，以免海水滲入淡水中。淡水溫度應(yīng)符合柴油機(jī)說明書的規(guī)定。對于中、高速柴油機(jī)，一般溫度可控制在70

10、800C（不燒含硫重油時(shí)）；低速機(jī)可控制在60700C，進(jìn)出水溫差應(yīng)不大于120C.淡水出口溫度過低會(huì)造成熱損失增加、熱應(yīng)力增大、低溫腐蝕加劇；過高則使缸壁壘森嚴(yán)油膜蒸發(fā)、缸壁壘森嚴(yán)磨損加劇、冷卻腔內(nèi)發(fā)生汽化、缸套密封圈老化。一般淡水出口溫度以接近上限為宜。運(yùn)轉(zhuǎn)中若淡水溫度不正常，則可調(diào)節(jié)海水管路上的旁通閥，來調(diào)節(jié)進(jìn)入淡水冷卻器的海水量，或者利用淡水管路上的旁通閥來調(diào)節(jié)進(jìn)入淡水冷卻器的淡水量，或調(diào)節(jié)海水溫度?，F(xiàn)代新型船舶多裝設(shè)淡水和滑油溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其調(diào)節(jié)閥多裝在淡水和滑油的管路中，以控制進(jìn)入冷卻器的淡水量和滑油量。在寒冷地區(qū)航行時(shí)，應(yīng)防止海底閥被冰塊卡死或雜物堵塞，并應(yīng)保證海水進(jìn)口溫度不

11、低于250C。海水出口溫度不應(yīng)超過500C，以免鹽析而沉積成垢，影響傳熱。此外，還要檢查各缸冷卻水的流動(dòng)情況，如需調(diào)整冷卻水流量，必須用淡水出口閥來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度應(yīng)盡量緩慢，以保證水腔內(nèi)的淡水壓力和流動(dòng)情況正常。進(jìn)口閥應(yīng)始終處在全一位置上。當(dāng)氣缸冷卻水壓力波動(dòng)而調(diào)節(jié)無效時(shí)，通常是由于系統(tǒng)中有氣體的存在（由于系統(tǒng)透氣不足、缸套或活塞有裂紋而引起燃?xì)庑孤?、水泵軸封失效或水量不足而過熱汽化等引起），此時(shí)將使冷卻效果下降，可能會(huì)引起局部過熱而損壞部件，應(yīng)盡快工消除之。圖5-17 B&W MC/MCE型柴油機(jī)中央冷卻系統(tǒng)1-主海水泵；2-中央冷卻器；3-中央冷卻泵；4-滑油冷卻器；5-空氣冷卻器

12、；6-缸套冷卻水泵；7-制淡水機(jī)；8-缸套水冷卻器；9-熱力控制閥；10-溫度傳感器；11-膨脹水箱；12-空氣分離器報(bào)警器；13-空氣分離器；14-機(jī)帶淡水泵；P、N、K-轉(zhuǎn)換點(diǎn)2.水箱水位水箱水位下降時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)足，防止吸空。如果膨脹水箱水量消耗過快，則說明系統(tǒng)中有泄漏處，應(yīng)查明原因并進(jìn)行排除。應(yīng)定期檢查淡水循環(huán)柜的水位。3.機(jī)動(dòng)操縱進(jìn)出港機(jī)動(dòng)操縱時(shí)，主機(jī)操作頻繁，要控制海水系統(tǒng)保證淡水溫度不產(chǎn)生過大的波動(dòng)，應(yīng)提前關(guān)閉海水泵或控制其流量。4. 備車或試車備車階段應(yīng)開動(dòng)淡水泵，使淡水在系統(tǒng)中循環(huán)1530min對系統(tǒng)驅(qū)氣以免系統(tǒng)中空氣積聚而形成氣囊，引起局部冷卻惡化。在寒冷地區(qū)，還應(yīng)加高溫淡水進(jìn)

13、行暖缸，應(yīng)使水溫達(dá)到400C左右，以改善氣缸的熱狀態(tài)、易于起動(dòng)、使滑油均勻布散、減輕起動(dòng)時(shí)的磨損和熱應(yīng)力，還可減少起動(dòng)空氣的消耗量。停車后應(yīng)讓冷卻水系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)2030min，冷卻水的流量則應(yīng)關(guān)小，使氣缸溫度緩慢降低，以減少熱應(yīng)力，并防止殘留在氣缸壁的油膜蒸發(fā)或結(jié)炭。5.保證供水保證海水的正常供應(yīng)。泵不上海水時(shí)除泵的故障外，通常還由于系統(tǒng)中漏進(jìn)空氣或?yàn)V器堵塞。特別是當(dāng)船舶由深水進(jìn)入淺水，遇大風(fēng)浪以及在較臟的水域航行時(shí)，可能會(huì)發(fā)生海底閥堵塞或吸空，應(yīng)及時(shí)切換使用高或低位海水閥。5.4.3冷卻水的處理閉式和中央冷卻系統(tǒng)中，雖然都有采用淡水作為冷卻介質(zhì)，但自然界沒有純凈的水。仍需要對系統(tǒng)中的淡水進(jìn)行

14、處理，以防在冷卻腔中結(jié)垢和造成腐蝕。船舶上處理冷卻水的方法有兩種：一是加入無機(jī)緩蝕劑。此類化學(xué)藥品大致分為陽性緩蝕劑和陰性緩蝕劑兩種。前者可在陽級金屬上形成保護(hù)層，瀕于絕境陽離子進(jìn)入水中。如碳酸鹽、磷酸鹽、亞硝酸鹽等。但濃度必須足夠，否則未形成捉住層的局部將產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。后者可在陰極金屬上形成保護(hù)層，如重碳酸鈣等。目前多使用以亞硝酸鹽和硼酸鹽為不的水處理劑。其價(jià)格便宜，保護(hù)效果好，投藥量低（<0.5%）。如濃度不當(dāng)，其危害不突出，且不會(huì)傷及皮膚。其缺點(diǎn)是在船上必須定期化驗(yàn)其濃度變化，對鋅及鍍鋅管有腐蝕作用，另外亞硝酸鹽有一定的毒性。另一種是加入乳化防銹油。由于環(huán)境保護(hù)有要求，目前較少使用

15、乳化防銹油。1.無機(jī)緩蝕劑 無機(jī)緩蝕劑（防銹劑）的種類很多，但目前國內(nèi)外所使用的均以亞硝酸鹽和硼酸鹽為主要成分，前者具有很好的防垢和防銹雙重作用；后者為堿性物質(zhì)可提高冷卻水的pH值，有利于保護(hù)膜形成。只要按使用說明去應(yīng)用，都能取得良好效果。下面以遠(yuǎn)洋船上常用的UNITER公司生產(chǎn)的船用冷卻水處理劑Diesel guard(PERPLIN Formet 326)為例加以說明。這種冷卻水處理劑為干燥白色粉狀亞硝酸鹽硼酸鹽化合物，能使金屬表面形成完整的一層薄膜，不影響傳熱，能防止電化學(xué)腐蝕和穴蝕，抑制水垢生成，對銅、黃銅及非金屬（如軟管、墊床、密封裝置）均無害。加有這種藥劑的冷卻水可用作造水機(jī)的熱源

16、，制得的淡水可供飲用。使用時(shí)這種藥劑的用量控制的濃度是根據(jù)亞硝酸鹽濃度而定的。對原來有水垢和沉淀物的冷卻水腔，加藥量應(yīng)加倍（達(dá)5000×106），且經(jīng)常從系統(tǒng)中放水，以排出水垢、鐵銹和泥渣，旅水量每次10L即可。藥劑未加入系統(tǒng)之前，應(yīng)先按1kg藥劑6kg水的比例把藥劑溶解，放掉系統(tǒng)中的部分水后，加入膨脹水箱中。待藥劑分散到整個(gè)系統(tǒng)后，應(yīng)立即取水樣化驗(yàn)，并根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果對含藥濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)達(dá)到所需要求以后應(yīng)每周化驗(yàn)一次。亞硝酸鹽濃度化驗(yàn)是利用UNITER公司提供的手提化驗(yàn)箱按說明進(jìn)行：取經(jīng)過濾后的水樣5mL，放入瓶內(nèi)，再加蒸餾水至50mL，加入2片亞硝酸1號片，待搖至溶解后再放入1片亞

17、硝酸鹽2號片，待溶解后再放入第二片2號藥片，這樣一片片加入直到出現(xiàn)粉紅色并保持1 min上。加入2號藥片總數(shù)乘以180即得出亞硝酸鹽的濃度值（106）。亞硝酸鹽的濃度一定要足夠，否則金屬表面薄膜不能保持完整，反而會(huì)加速電化學(xué)腐蝕。2.乳化防銹油 乳化防銹油品種很多，配方各異，但不外乎由有機(jī)防銹添加劑、乳化劑和基礎(chǔ)油三個(gè)部分組成。采用防銹油處理冷卻水，除有防蝕作用外，還有一定的潤滑作用，因此常用活塞冷卻水處理。我國船舶常用的防銹油有國產(chǎn)NL乳化防銹油和殼牌“壯馬士B”（Shell Dromus B）防銹油。NL型乳化防銹油是紅棕色有透明油狀液體，與水混合后可成為乳白色的乳蝕液。它適用于硬度為0.70.8毫克當(dāng)量/升、氯離子不超過0.4毫克當(dāng)量/升的一般自來水，如水的硬度小于0.7毫克當(dāng)量/升，則易造成析油，在船上可摻一些造水機(jī)制造出來的蒸餾水或鍋爐的凝結(jié)水來降低硬度。初次使用時(shí)，按1%1.5%（體積百分比，下同）加入防銹油，此時(shí)因金屬表面的