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艦船柴油機冷卻系統不解體清洗技術


導讀

艦船柴油機在惡劣環境下長期運行會使冷卻系統產生大量積垢和發生腐蝕,造成換熱效率降低,油溫、水溫升高,轉速、功率下降等問題 ,嚴重影響使用壽命。

因此,必需定期對艦船柴油機冷卻系統進行清洗嘲。 

水垢是冷卻水中含有的鈣和鎂重碳酸鹽、氯鹽、硫酸鹽等各種鹽類在過飽和狀態下轉為固態沉積而成。

冷卻水溫高于80℃時,重碳酸鹽易形成碳酸鈣和碳酸鎂的硬質沉淀;

隨著水分的蒸發,氯鹽、硫酸鹽等質量濃度逐漸增大,從而凝結聚集為水垢。 

目前,大多采取物理和化學相結合的方法對柴油機冷卻系統零部件進行清洗。

物理方法主要包括對缸套、水腔和管道等零部件表面的積垢進行機械刮削清理、軟磨粒清洗、硬磨粒清洗、水磨粒清洗、玻璃球或苯乙烯聚合物清洗。

化學方法主要針對機械方法難以接近、不易清除干凈部位的積垢,將其浸泡在鹽酸或硝酸等除垢溶液中,與溶液發生化學反應,進而溶解、軟化后加以清洗。

物理和化學方法都需要對柴油機進行解體,不僅勞動強度大,清洗時間長,費用高,效率低,易損壞零部件等,而且由于裝配工藝 和維修水平等方面的差異和不足,解體后的內燃機很難恢復到原有水平,從而造成內燃機性能下降。

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清洗裝置及原理 

動態化學不解體清洗采用專用清洗裝置及清洗劑對艦船柴油機冷卻系統進行清洗。

在艦船柴油機正常運行過程中,以清洗劑替代冷卻液,利用有機酸的氧化性、酸性和活性基團的螯合能力,加上緩蝕劑、滲透劑等作用,將冷卻系統的垢層剝離、浸潤、分散、溶解、螯合至清洗劑中,并隨清洗劑排出。 

清洗裝置主要由離心泵、輸液軟管卷盤、攪拌器、管路接頭、電磁閥、配液罐和清洗液儲存罐等組成,具有注液、攪拌、加注等功能。

冷卻系清洗系統工藝流程如圖1所示,將水與專用清洗劑按一定比例混合、攪拌均勻,加入冷卻水箱,注入艦船柴油機冷卻系統。

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圖 1 冷卻系清洗系統工藝流程

清洗溶液在冷卻系統的內循環過程中與管路及部件上附著的水 (銹 )垢等發生化學反應 ,將水 (銹 )垢溶解后隨溶液排出。

清洗時可在線自動檢測清洗溶液的濁度和 pH值,檢測清洗效果,防止過洗。 


不解體清洗劑

艦船柴油機冷卻系統不解體專用清洗劑由清洗主劑、緩蝕劑和清洗助劑組成。

清洗主劑是處理金屬表面污垢最常用的化學藥劑,包括無機酸和有機酸。

考慮到現有冷卻系統的積垢主要為鈣鎂垢 ,因此選擇有機酸作為清洗主劑。

清洗助劑是與主劑配伍的表面活性劑、滲透劑、消泡劑等。

利用表面活性劑的濕潤、浸透和泡沫作用 ,用非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑進行復配,以提高溶垢效果。

另外,添加了某種醇類,其作用除了助溶外,還能使清洗劑穩定。

緩蝕劑是可以抑制或減緩金屬腐蝕的化學物質。

常用的幾種緩蝕劑主要成分為烏洛托品、醛一胺縮聚物、硫脲、吡啶、喹啉及其衍生物等。

考慮緩蝕劑的緩蝕效果、毒性、殘留和降解作用,并注意緩蝕劑之間的協同效應和緩蝕劑的多功能要求,結合冷卻系統材質和添加劑的環保性能要求,選擇使用吸附型的咪唑啉類緩蝕劑。

本文針對清洗劑各組分質量分數變化對緩蝕和清洗效果的影響作進一步試驗分析。

稱取相同的垢樣分別加至不同配方的清洗劑中,緩蝕效果和清洗效果如表1所示。

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試劑分別為A,B,C,D,E,F,G,按不 同比例制成的清洗劑配方有QX1,QX2,QX3,Qx4,QX5,QX6。

從表1的結果可以看出:

混合垢樣中有碳酸鹽垢、氧化鐵垢,少量的硫酸鹽和硅酸鹽混合垢。

單純使用試劑A,清除碳酸鹽垢和混合垢的速度較快,但除銹垢的速度相對較慢。

因此在配方中加入試劑B,使其緩慢反應產生氯化氫,從而加快除銹速度。

但是加入試劑B后鋁片腐蝕嚴重,因為氯離子的存在加快了金屬鋁的腐蝕,這與溶液中氯離子的應力腐蝕有關。

在現有緩蝕劑中沒有找到較好的鋁緩蝕劑,而有機酸的加入可以有效減輕鋁的腐蝕,因此,決定選用有機酸進行復配。

從清洗效果看,加入試劑B的清洗速率較快,而有機酸的清洗效果較差。

因此,著眼于尋找合適的有機酸和滲透劑來提高除垢速率。

根據銹垢成分和清洗材質,可以適當調整配方中有機酸的比例和緩蝕劑的用量。

經調研,具有較好乳化作用的OP一10和 JFC因泡沫較多,被6501替代;

同時復配常見的陽離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉,并且加入中性助劑以提高清洗效率,對配方進行除垢試驗和腐蝕試驗。

從表1的結果可以看出配方Qx5緩蝕效果較好,可以較快清除鈣鎂垢和銹垢,因此對配方進行調整,調整后配方為LQX。

該配方產品與市面上性能較好的除垢劑進行清洗效果對比試驗,清洗劑的除垢 (室溫條件和55℃條件下 )和緩蝕效果 (室溫條件下 )對 比結果如表2和表3所示。

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從表2和表3可以看出,清洗劑LQX對鈣鎂垢、少量銹垢和混合垢均有較好的清洗效果 ;同時,對碳鋼、銅、鋁等金屬也均有較好的緩蝕效果。 

根據上述試驗結果,本文確定了艦船柴油機冷卻系統最優的清洗劑配方。

通過臺架試驗 ,進一步驗證清洗效果。


臺架試驗結果

臺架試驗采用YP3300T雙向水渦流測功器,對1臺船用12VE230ZC型柴油機冷卻系統進行30min不解體清洗。

該型柴油機標定轉速時的功率為1618kW,標定轉速和最低轉速分別為750r/min,300r/min,平均有效壓力(最大功率時)為9.7kg/cm²。

清洗結束后,拆開右-6缸套,檢查缸套外部和缸體內部的積垢厚度。

缸套外部標定位置的積垢厚度和形貌如圖2所示,清洗前后積垢厚度對比如表4所示。

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圖2 右-6氣缸缸套外部積垢監測

從圖2可以看出,清洗前氣缸缸套外部附著一層棕紅色的水(銹)垢;清洗后,積垢明顯減少,露出金屬光澤。

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從表4可以看出,清洗前氣缸缸套外部平均積垢厚度為59.2μm,清洗后減小至36.9μm,積垢厚度降低約38%。

缸體內部標定位置的積垢厚度和形貌如圖3所示,清洗前后積垢厚度對比如表5所示。

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圖3 右-6氣缸體內部積垢監測

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從圖3可以看到,清洗前汽缸缸體內部附著一層棕紅色的水 (銹 )垢 ;

清洗后,積垢明顯減少,露出機體金屬顏色 。

從表 5可以看出,清洗前汽缸缸體內部積垢厚度平均為394.5μm,清洗后減小至 74.8μm,積垢厚度降低約81%。


結論

采用動態化學不解體清洗技術對艦船柴油機冷卻系統進行30min不解體清洗,有效清除了汽缸缸套外部與汽缸缸體內部等部位的積垢 ,清除率最大達到8%;清洗后冷卻系統的熱交換效率明顯提高。

本文原創作者系:

92117部隊   

懷利敏   袁曉東   趙小兵   周江濤

END

來源:網絡

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