任务5.4 冷却水系统的操作与管理

1、任务5.4 冷却水系统的操作与管理【项目介绍】介绍冷却水系统的类型、闭式冷却水系统和中央冷却水系统的组成、工作原理、主要设备及其操作与维护管理要点。知识目标：理解闭式和中央冷却式冷却水系统的组成及其工作原理；掌握冷却水系统的操作与日常维护管理要点。能力目标：具备冷却水系统的操作与日常运行管理能力；具备冷却水水质化验与分析处理能力。【知识陈述】5.4.1冷却水系统的组成和类型、冷却系统的主要设备和作用柴油机冷却有以下作用：（1）保持受热部件的工作温度不超过材料所允许的限度，保证在高温状态下受热部件的强度；（2）保证受热部件内外壁面有适当的温差，减少受热部件的热应力；（3）冷却未完可以保证运动件如

2、活塞与气缸壁之间的适当间隙和缸壁工作面上滑油膜的正常工作状态。管理中应兼顾柴油机冷却的两相反要求，既不使柴油机因过分冷却而过冷，也不使柴油机因缺乏冷却而过热。从尽量冷却损失，充分利用燃烧能量出发，国内外正在进行绝热发动机和低排热发动机的研究，并相应地发展了一批耐高温的受热部件材料，如陶瓷材料等。目前柴油机的冷却方式分强制液体冷却和风冷两种，绝大多数柴油机使用前者。柴油机中燃油燃烧所产生的热量大约有1/3左右要经气缸、气缸盖和活塞等部件散到外界。为了能散发这些热量，必须保证佯动系统具有良好的工作性能。柴油冷却系统一般是淡水强制冷却系统，采用闭式循环；然后用海水强制冷却淡水和其他载热流体（如滑油、

3、增压空气等），海水系统属开式系统。两者组成的冷却系统称为闭式冷却系统。1）淡水冷却系统在淡水循环系统中，淡水流动的线路可以有两种方案。（1）方案A。如图5-15（a）所示。淡水泵供应的淡水先进柴油机去淡水冷却器.由于冷却器内淡水的压力较低,有可能发生海水漏入淡水的情况（2）方案B。如图5-15（b）所示。淡水泵供应的淡水先去冷却器，然后再到柴油机。由于柴油机淡水冷却腔内的压力较低，易造成死角，出现局部的蒸发、冷却不良并引起穴蚀或局部过热。目前方案A在船上应用较多，方案B应用较少。由于受热部件工作条件不同，所要求的冷却液温度、压力也务不相同。因此各受热部件的冷却通常采用单独的系统组成。一般分为缸

4、套和气缸盖、活塞、喷油器三个闭式淡水冷却系统。图5-15 冷却系统布置方案1-柴油机；2-膨胀水箱；3-冷却器；4-淡水泵图5-16为闭式冷却系统的海、淡水系统图。淡水由淡水泵5供应，先进入淡水冷却器6冷却后再进入主机11进行冷却，热水由淡水泵5抽出循环使用（淡水泵一般设两台，通常用离心泵）。图中高置式膨胀水箱4通过平衡管与淡水泵的吸入口相连。膨胀水箱的作用是：排放系统中的空气；使淡水受热后有膨胀的余地；自动向系统中补充因蒸发和泄漏损失的水量；保证淡水泵有足够的吸入压头；便于向系统投放化学药品进行水处理；若设有蒸汽管，可加热淡水进行暖缸。此外还可以装水位表，以便系统中冷却水量的变化情况。2）海

5、水冷却系统在海水系统中，用海水来冷却滑油、淡水、增压空气和空气压缩机等。系统的基本组成是：海底阀（海底门）的大排量海水泵。从图5-16可以看出，从海底阀7、12来的海水经滤器而抽入海水泵10，然后被送往滑油、淡水冷却器和窸冷却器后排出舷外。系统中还装有感温元件和自动温度调节阀，使部分全盘过的海水回流至海水泵进口，保证进冷却器的海口温度不低于250C。由于海水中含有大量盐类、杂质和气体，受热后会在冷却器表面沉积成水垢，降低冷却效果，故海水的出口温度不得高于500C。图5-16 闭式冷却系统1-空气冷却器；2-涡轮增压器；3-放气管；4-膨胀水箱；5-淡水泵；6-淡水冷却器；7-高位海底门；8-滑

6、油冷却器；9-海水滤器；10-海水泵；11-柴油机；12-低位海底门海底门一般设两个以上，分高位和低位。分别置于船舶的两侧舷旁。高位海底门于空载水线以下约300mm处，低位海底门设在舱底（靠双层底附近）。当船舶在浅水道、港口航行或停泊时，为避免水下泥沙污物堵塞海水系统，使用高位海底门；而在海上航行时，为防止风浪而造成空吸，使用低位海底门。当依靠码头时，一般停用靠近码头一侧的海底门，而改用外侧海底门，以防止污物堵塞海底门。海水泵一般设两台，一台为备用。海水泵一般均采用大排量离心泵。为减少系统设备，有些船上还把备用海水泵兼作备用淡水泵。海水泵排量很大，常在吸入管按一应急舱底吸口，以备机舱进水时应急

7、排水。海水排出管道上装有与消防泵、通用泵或压载泵排出管路相通的管系，当某泵损坏时可切换以互相应急代用。中央冷却水系统上一种控新型柴油机冷却水系统。其特点是使用不同工作温度的两个单独的淡水循环系统：高温淡水（约80850C）系统和低温淡水（约30400C）闭式系统。用于冷却主机；后者用于冷却淡水和各种冷却器（如滑油、增压空气等）。受热后的低温淡水再在一个中央冷却器中由开式海水系统进行冷却。这样可只使用一个海水作为冷却液的冷却器，简化了海水管系的布置并可保证柴油机在工况变化时其冷却水参数不变。中央冷却系统较传统的冷却水系统有下列明显优点：（1）海水管系及中央冷却器的维修工作量减至最少；（2）冷却水

8、温度稳定，不受工况变化的影响，使柴油机始终在最佳冷却状态下运转；（3）淡水循环可多年保持清洁，维修工作量少。中央冷却系统由于增加了中央冷却器及其辅助设备与管系，故投资费用较高；并且附加管系的阻力损失使泵送耗功也有所增加。新型柴油机动力装置大都采用中央冷却水系统。图5-17为B&WS(L)MC/MCE型柴油机的中央冷却系统。主机缸套冷却水为高温淡水系统，副发电机缸套水为低温淡水系统。主机活塞采用滑油冷却，喷油器为非冷却式。低温淡水由中央冷却水泵3泵出分别冷却主机滑油冷却器4、空气冷却器5、主机缸套水冷却空对空8，其回水经总管汇集后流至中央冷却水泵3（共3台）入口处。此低温淡水同时兼作发电

9、副机缸套水，其出口水在航行时（阀A开启，阀B关闭）流至单设的中央冷却泵3入口处。在停泊期间（阀A关闭、阀B开启），发电副机缸套冷却水可用于主机暖机。受热后的低温淡水可在中央冷却器2中由主海水泵1泵来的海水进行冷却。在系统中还装有多个温度传感器及相应的热力控制阀，可根据水温变来调节旁通水量。MPaMPa，应该保证淡水压力始终高于海水压力，以免海水渗入淡水中。淡水温度应符合柴油机说明书的规定。对于中、高速柴油机，一般温度可控制在70800C（不烧含硫重油时）；低速机可控制在60700C，进出水温差应不大于120C.淡水出口温度过低会造成热损失增加、热应力增大、低温腐蚀加剧；过高则使缸壁垒森严油膜蒸

10、发、缸壁垒森严磨损加剧、冷却腔内发生汽化、缸套密封圈老化。一般淡水出口温度以接近上限为宜。运转中若淡水温度不正常，则可调节海水管路上的旁通阀，来调节进入淡水冷却器的海水量，或者利用淡水管路上的旁通阀来调节进入淡水冷却器的淡水量，或调节海水温度。现代新型船舶多装设淡水和滑油温度自动调节装置，其调节阀多装在淡水和滑油的管路中，以控制进入冷却器的淡水量和滑油量。在寒冷地区航行时，应防止海底阀被冰块卡死或杂物堵塞，并应保证海水进口温度不低于250C。海水出口温度不应超过500C，以免盐析而沉积成垢，影响传热。此外，还要检查各缸冷却水的流动情况，如需调整冷却水流量，必须用淡水出口阀来调节，调节速度应尽量

11、缓慢，以保证水腔内的淡水压力和流动情况正常。进口阀应始终处在全一位置上。当气缸冷却水压力波动而调节无效时，通常是由于系统中有气体的存在（由于系统透气不足、缸套或活塞有裂纹而引起燃气泄漏、水泵轴封失效或水量不足而过热汽化等引起），此时将使冷却效果下降，可能会引起局部过热而损坏部件，应尽快工消除之。图5-17 B&W MC/MCE型柴油机中央冷却系统1-主海水泵；2-中央冷却器；3-中央冷却泵；4-滑油冷却器；5-空气冷却器；6-缸套冷却水泵；7-制淡水机；8-缸套水冷却器；9-热力控制阀；10-温度传感器；11-膨胀水箱；12-空气分离器报警器；13-空气分离器；14-机带淡水泵；P、N

12、、K-转换点水箱水位下降时应及时补足，防止吸空。如果膨胀水箱水量消耗过快，则说明系统中有泄漏处，应查明原因并进行排除。应定期检查淡水循环柜的水位。进出港机动操纵时，主机操作频繁，要控制海水系统保证淡水温度不产生过大的波动，应提前关闭海水泵或控制其流量。4. 备车或试车备车阶段应开动淡水泵，使淡水在系统中循环1530min对系统驱气以免系统中空气积聚而形成气囊，引起局部冷却恶化。在寒冷地区，还应加高温淡水进行暖缸，应使水温达到400C左右，以改善气缸的热状态、易于起动、使滑油均匀布散、减轻起动时的磨损和热应力，还可减少起动空气的消耗量。停车后应让冷却水系统继续循环2030min，冷却水的流量则应

13、关小，使气缸温度缓慢降低，以减少热应力，并防止残留在气缸壁的油膜蒸发或结炭。保证海水的正常供应。泵不上海水时除泵的故障外，通常还由于系统中漏进空气或滤器堵塞。特别是当船舶由深水进入浅水，遇大风浪以及在较脏的水域航行时，可能会发生海底阀堵塞或吸空，应及时切换使用高或低位海水阀。闭式和中央冷却系统中，虽然都有采用淡水作为冷却介质，但自然界没有纯净的水。仍需要对系统中的淡水进行处理，以防在冷却腔中结垢和造成腐蚀。船舶上处理冷却水的方法有两种：一是加入无机缓蚀剂。此类化学药品大致分为阳性缓蚀剂和阴性缓蚀剂两种。前者可在阳级金属上形成保护层，濒于绝境阳离子进入水中。如碳酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐等。但浓度必

14、须足够，否则未形成捉住层的局部将产生严重腐蚀。后者可在阴极金属上形成保护层，如重碳酸钙等。目前多使用以亚硝酸盐和硼酸盐为不的水处理剂。其价格便宜，保护效果好，投药量低（<0.5%）。如浓度不当，其危害不突出，且不会伤及皮肤。其缺点是在船上必须定期化验其浓度变化，对锌及镀锌管有腐蚀作用，另外亚硝酸盐有一定的毒性。另一种是加入乳化防锈油。由于环境保护有要求，目前较少使用乳化防锈油。 无机缓蚀剂（防锈剂）的种类很多，但目前国内外所使用的均以亚硝酸盐和硼酸盐为主要成分，前者具有很好的防垢和防锈双重作用；后者为碱性物质可提高冷却水的pH值，有利于保护膜形成。只要按使用说明去应用，都能取得良好效果。

15、下面以远洋船上常用的UNITER公司生产的船用冷却水处理剂Diesel guard(PERPLIN Formet 326)为例加以说明。这种冷却水处理剂为干燥白色粉状亚硝酸盐硼酸盐化合物，能使金属表面形成完整的一层薄膜，不影响传热，能防止电化学腐蚀和穴蚀，抑制水垢生成，对铜、黄铜及非金属（如软管、垫床、密封装置）均无害。加有这种药剂的冷却水可用作造水机的热源，制得的淡水可供饮用。使用时这种药剂的用量控制的浓度是根据亚硝酸盐浓度而定的。对原来有水垢和沉淀物的冷却水腔，加药量应加倍（达5000×106），且经常从系统中放水，以排出水垢、铁锈和泥渣，旅水量每次10L即可。药剂未加入系统之前

16、，应先按1kg药剂6kg水的比例把药剂溶解，放掉系统中的部分水后，加入膨胀水箱中。待药剂分散到整个系统后，应立即取水样化验，并根据化验结果对含药浓度进行调节。当达到所需要求以后应每周化验一次。亚硝酸盐浓度化验是利用UNITER公司提供的手提化验箱按说明进行：取经过滤后的水样5mL，放入瓶内，再加蒸馏水至50mL，加入2片亚硝酸1号片，待摇至溶解后再放入1片亚硝酸盐2号片，待溶解后再放入第二片2号药片，这样一片片加入直到出现粉红色并保持1 min上。加入2号药片总数乘以180即得出亚硝酸盐的浓度值（106）。亚硝酸盐的浓度一定要足够，否则金属表面薄膜不能保持完整，反而会加速电化学腐蚀。2.乳化防锈油 乳化防锈油品种很多，配方各异，但不外乎由有机防锈添加剂、乳化剂和基础油三个部分组成。采用防锈油处理冷却水，除有防蚀作用外，还有一定的润滑作用，因此常用活塞冷却水处理。我国船舶常用的防锈油有国产NL乳化防锈油和壳牌“壮马士B”（Shell Dromus B）防锈油。NL型乳化防锈油是红棕色有透明油状液体，与水混合后可成为乳白色的乳蚀液0.8毫克当量/升、氯离子不超过0.4毫克当量/升的一般自来水，如水的硬度小于0.7毫克当量/升，则易造成析油，在船上可掺一些造水机制造出来的蒸馏水或锅炉的凝结水来降低硬度。初次使用时，按1%1.5%