商船輪機: The Obstruction Case and Troubleshooting in the Piping of Refrigerant System for Air Cooler Type.

冷風式冰機冷媒管道内的堵塞與清除

Machine/Equipment: Refrigerator System
Maker/Manufacturer: (General)
Type and Model: For R404a Air Cooler Units

民以食為天, 故糧食冷凍/藏設備(Provision Ref. Plant)在遠洋商船船員眼中其實比甚麼都重要, 但對二管輪來說常是個門檻….

※ 本文僅針對現今常見的冷風機式(Air Cooler)冷凍/藏系統之管道堵塞問題而作論述。
至於盤管式系統(Coil Piping System)或冷凍櫃(Reefer Container)等, 則非屬本篇範疇。

冰機系統操作上的一些竅訣

A. 認識冷凍油(Refrigerator Oil)特性
商船上常見20 Liters桶補給儲備。
冷凍油除於低溫狀態下保持流動功能外尚具有強烈的吸濕作用, 據實驗雖達20%的重量, 在透明度上僅略顯霧狀亦尚具潤滑作用, 於壓縮機的運轉油位視窗中可見變質的油色先變黃再成棕黑。
開啟過但尚未用完的大桶冷凍油, 務必達到密封(隔絕空氣)才能短暫的儲存。
建議調整補給, 以小罐包裝為佳, 開封後每次皆應用完或能作真空暫存。

B. 添加/換新 冷凍油時應注意事項：
當添加/換新 冷凍油時, 常因器具所限不免帶入氣泡, 既稱氣泡即屬濕空氣, 大氣中自然蘊含水份….
水份當然會引起金屬管路內壁產生酸性銹蝕, 當剝落的管壁分子混合著油水分子, 將隨著壓縮及膨脹作用終於形成黏稠狀“乳化微粒” (Emulsified Micro Particles; EMP)分子團塊。
所以冷凍專業者於更換壓縮機冷凍油時, 皆以專門器具作業; 期以隔絕濕氣。

C. 冷媒管中的冰晶微粒(Ice Crystal Micro Particles, ICMP)

眾所周知, 冷凍油乃隨著冷媒而循環, 若其中若帶入乳化微粒, 則冷媒(Refrigerant)於通過 膨脹閥(Expansion Valve) 之際, 將因其孔隙(Orifice)的降壓作用而產生噴霧現象, 再經管徑的擴大進而沸騰形成濕/飽合蒸氣, 當冷媒體積膨脹並使焓值(Enthalpy)產生變化遂造成甚低溫氣體, 遂對管壁產生吸熱效應(R404A於0.2kgf/cm²可達-42^oC), 此等降溫(混著乳化微粒)作用亦使EMP形成冰晶微粒(Ice Crystal Micro Particles; ICMP), 此等滾動的ICMP終會積聚於管系較低位置或流動趨緩區, 初期猶如冰沙沉聚, 並隨量漸增終於凝積結成冰池。若由於ICMP量甚多, 冰池終將形成冰堆(Ice Pile)而終致逐漸堵塞。
此時由於堵塞現象, 造成冰堆和膨脹閥間管段充滿了液態冷媒, 更由於冷媒回流量甚少, 致使冷凝器(Condenser)下儲液器(Receiver)內冷媒液位甚低常致清空, 也導致壓縮機的機油液位降低(耗積於冰堆和膨脹閥間管段)。

堵塞管段的“細微滲通”現象(Slight Penetration)：

值得注意的是冰堆會因冷媒停止流動而逐漸溫昇(0^oC), 乃至頂部液化形成“細微滲通”的現象, 於此瞬間冷媒因壓差得以微量通過並具低效膨脹(如閥)作用, 當然又促使即將化水的冰堆又再度冰凍起來, 此等循環現象將導致尚有“冷凍功效”的迷思; 因為此時冷凍庫溫度也許尚能維持-5^oC左右。

D. 冷媒管段若堵塞時, 壓縮機的異常運轉現象：
0. 運轉音頻和高、低壓錶以及溫度已顯相當差異(和以往正常記錄作比對)。
1. 因回流冷媒量不足導至低壓頻短跳停, 呈現所謂“顫動”現象。
2. 若因機油量過低, 或許引發“低油壓紅燈警報”且運轉跳脫。
3. 若不幸見到運轉中之壓縮機的油位視窗中油色呈現灰黑, 即是已產生嚴重磨耗了。

E. 冷媒管系的長期滲漏認知
1. 管口的聯結鎖固不良而引起滲漏。(常見喇叭口未徹底括除毛邊而引致壓痕)
2. 管路滲漏處常見油花, 而且冷媒會於隙孔處吸納空氣及水份。
3. 極細微的裂隙, 並不見得會發現油花滲出, 但仍會吸納空氣及水份。
4. 不良的焊接點(混帶雜質)乃造成將來裂隙的主因。
5. 焊接時管內未作鈍氣(N₂, 氮)保護, 以致焊接處將來產生銹蝕。
6. 管閥的閥桿以及護蓋等的密封(Packing)圈不良, 甚致嚴重受損, 導致滲漏。
7. 壓縮機的軸封滲漏, 機體閥板之墊片破裂。(常因材質問題所引致)
8. 船舶固有的震頻或許產生管系共振或磨耗, 引致材料疲乏性裂隙。

F. 回收管系液態冷媒的技巧：
1. 關閉冷凝器下的儲液器(Receiver)的出口閥(K)以及整個系統的回流總閥(S)。
2. 所有各室皆切行重除霜(至少30分鐘)後再微微開啟總回流閥(S, 時而關閉之);
3. 此時壓縮機將自動啟行(注意調整維持低壓在3.5 kg/cm左右); 以逐漸回收冷煤。
4. 此時若有液態冷媒奔回, 將使整條低壓管段冷凍致成白霜狀態(甚致達到缸頭入口)。
5. 務必收淨所有冷煤且壓縮機完全自動停止, 始能恢復總回流閥(S)於全開常態。
6. 自完全冷卻的冷凝器(Condenser)及儲液器頂端閥釋放積聚的空氣。
7. 每季至少回收一次, 並於儲液器(Receiver)的檢視鏡(Sight Glass)上作液位刻度記號, 以資比對。

冰機系統堵塞的故障排除

A. 熱烘法 (Heating method)
1. 檢查該室冷風機所附的除霜加熱器(Heater)以及風機, 是否良好(常見早已故障)?
2. 關閉風機並進行強力(Manual)除霜約30分鐘, 一般進行徹底除霜後即可收回冷媒恢復風扇運轉。
3. 當按照 “回收液態冷媒的技巧” 一節所述小心操作。

B. 浮驅法 (Floating exclusion method)
1. 關閉該室風機以及冷媒出閥(E), 還有全開手動膨脹閥(B)。
2. 並進行強力(Manual)除霜至少30分鐘,
3. 於進行徹底除霜後即可關閉手動膨脹閥(B),
4. 微開啟冷媒出閥(E), 以逐漸收回冷媒及冷凍油;
5. 當流意管控大量液態冷媒回(衝)流壓縮機。
6. 當按照 “回收液態冷媒的技巧” 一節所述小心操作。
7. 然後恢復各閥以及風扇運轉。

C. 低壓管段的堵塞清除：
此乃極少見的現象, 因低壓管段相當粗大(34.92^Ø mm)。
若已相當確認, 則無妨於各室施行"強力除霜"並盡量回收冷媒後試行之。
1. 關閉所有壓縮機之進口(低壓)閥, 以及總回流閥(S)。
2. 拆開總回流閥下的過濾器(Strainer)塞蓋, 取出濾芯仔細清潔內部。
3. 為安全起見, 當用透明塑膠袋罩住過濾器孔口, 淨空旁人看好本身趨避位置。
4. 準備迅啟總回流閥, 戴好護目鏡, 備好開閥扳手。
5. 迅啟總回流閥(S), 此時冷媒將大量噴出並帶出堵塞異物。
6. 運氣好的話, 塑膠袋將兜住黏稠液(棕黑色油狀)。
7. 再度清過濾器(Strainer)裝復濾芯及塞蓋, 必要時換新該墊片密封環。
8. 復原後換新乾燥器, 試運轉並補充冷媒, 排除冷凝器內積聚空氣。
9. 完成相關記載, 並依照國際環保要求作成記錄。

D. 乾燥高壓氮清理法

(a) 現場施工法：
1. 關閉相關管閥後先以高壓空氣自總回流閥(S)處充入(利用濾器孔蓋安裝接頭),
2. 然後逐一流經各室之膨漲閥(拆除)接口; 不斷排出以帶出積垢。
3. 最後再以乾燥高壓氮(N₂)氣作清潔。

(b) 整組拆出法：

1. 一般廠商總用此法, 於關閉相關管閥後整組拆出;
2. 先以高壓空氣再用乾燥氮(N₂)氣自出口閥吹入, 自進口閥排清積垢。

E. 化學劑清除法

原因不明的木精(Wood Spirits, Methyl Alcohol, 甲醇)的氣味偶而會自系統開放時飄出, 那就要特別留意了….
木精易燃而且深具毒性, 通常用作燃料、溶劑、防凍劑或變性劑。
木精因具有與水完全互溶(物理作用之共沸體系)的特性, 故傳說添加木精會有防止堵塞的效用。
然而當留意的是“水份”並未消失, 反而冷凍油必然會被稀釋, 或許是導致軸承異常磨耗的主因。
當然廠商尚有頗多的“碳氫化和物清洗劑”甚至還有內管磨光粒….
總之把握一個原則：
原則上不宜採用, 因殘劑影響甚為深遠。
若不得已為之, 則僅可對管路系統施工, 也當保證(2年以上)作業後不得有任何侵蝕(對塑、橡膠類密封)現象或殘留遺害; 當然更不可損傷壓縮機。

F. 後續作業
1. 搜尋管路裂隙、塑膠鋼修補、墊片密封環圈滲漏….等處所, 務必徹底修復。
2. 換新兩部(輪流運轉者)壓縮機冷凍油。
3. 換新乾燥器, 至少三天內再換新一次。(既生堵塞表示情況嚴重)
4. 補充必要冷媒量, 當全力運轉時儲液器應可見最低液量。
5. 再度執行回收管系冷媒排除空氣。

G. 標準的冰庫溫度
肉魚間：-18 ~-21 ^oC
蔬果間：+2 ~ +5 ^oC
乾貨間： +15 ~ +25 ^oC

※ 船上冰庫的原設計製冷能量乃僅作(急速冷凍後)保溫用, 故難以對"溫體大肉塊"作成深冷處理。

後記：
冰機的運作極需經驗傳承, 高壓氣體意外噴出造成損傷事件實有所聞, 請您務必謹慎! 無論如何
“安全第一”。

參考資料：
https://assets.danfoss.com/documents/30195/AN020186412218en-000706.pdf