老齡船自控儀表故障在航行中的應(yīng)急處置

趙富國，譚 鵬，項衛(wèi)東，王 超

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

老齡船自控儀表故障在航行中的應(yīng)急處置

趙富國，譚 鵬，項衛(wèi)東，王 超

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

為了減少老齡船舶動力系統(tǒng)故障，確保船舶航行安全，通過排除自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)鍋爐燃油壓力在航運中出現(xiàn)的故障，文章闡明了自控儀表在動力系統(tǒng)中的復(fù)雜性及其重要作用，分析了自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生故障的原因，提出了檢查船舶自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)遵循的方法，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗對如何降低故障的發(fā)生，提出了預(yù)防措施和建議，對老齡船舶的自動控制系統(tǒng)維護修理具有一定的借鑒意義。

老齡船舶；自控儀表；燃油壓力；應(yīng)急處置

在進入新世紀(jì)以來，隨著科技的迅猛發(fā)展，船舶動力控制系統(tǒng)已進入電控智能自動化時代，但在上世紀(jì)90年代前后仍有大量的船舶在使用氣動自動控制系統(tǒng)。眾所周知，船越老故障率就越高，因此有效維護這一自動控制系統(tǒng)，對于老齡船的航行安全有著舉足輕重的作用。

某2萬噸汽輪機船舶的動力自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系采用上海自動化儀表一廠的C系列氣動單元組合儀表和上海自動化儀表七廠生產(chǎn)的氣動執(zhí)行機構(gòu)ZMAP-64型氣動薄膜調(diào)節(jié)閥組成的，它是專門為船舶動力自動化而設(shè)計的一套控制儀表，它以壓縮空氣作控制能源，采用通用的信號制(0.2～1.0 MPa)。C系列氣動單元組合儀表一般與變送單元、顯示單元、調(diào)節(jié)單元、給定單元、輔助單元、執(zhí)行機構(gòu)等組合使用。它是對船舶動力設(shè)備的溫度、壓力、流量、液位等進行自動調(diào)節(jié)控制。該船舶鍋爐燃油壓力自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要作用是用來自動保持2臺鍋爐同步，燃油分配箱前燃油總管中壓力為額定值，為32T/H主鍋爐提供與負(fù)荷相適應(yīng)的燃油壓力、流量的化學(xué)能，使鍋爐為汽輪機提供優(yōu)質(zhì)的蒸汽能源，為保證船舶的航行安全提供動力保障。

1 系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1 燃油壓力自控系統(tǒng)的組成

該船鍋爐的燃油壓力自動控制系統(tǒng)是由6臺設(shè)備：QBY-31-C型氣動壓力變送器、QXZ-405-C型號四針指示調(diào)節(jié)儀、QFB-100-C型氣動副線板、QGC-1-C型氣動參數(shù)定值器、ZMAP-64型氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、ZPQ-11型閥門定位器及附件減壓閥組成。燃油壓力控制流程如圖1所示。

圖1 燃油壓力控制流程示意圖

1.2 燃油壓力自動調(diào)節(jié)回路的工作原理

鍋爐燃油壓力自動調(diào)節(jié)回路中的燃油壓力脈沖信號，取自燃油加熱器出口至2臺燃油同步分配箱前燃油總管上，通過氣動壓力變送器測量燃油管道上的脈沖信號，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號(燃油壓力2.6 MPa時對應(yīng)氣壓信號為0.64 MPa)。該氣壓信號輸入到氣動四針調(diào)節(jié)儀中，并與給定信號相比較。當(dāng)給定信號在鍋爐100%工況時為0.64 MPa(燃油壓力2.6 MPa)，而當(dāng)鍋爐由100%工況上升到117%工況時給定信號由0.64 MPa上升到0.76 MPa(給定信號的變化是由蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路中的四針指示調(diào)節(jié)儀，輸出到參數(shù)定值器中，再輸送至燃油壓力四針指示調(diào)節(jié)儀中)。這時氣動四針調(diào)節(jié)儀中的測量信號低于給定值，經(jīng)過四針調(diào)節(jié)儀中比例積分調(diào)節(jié)作用，四針指示調(diào)節(jié)儀就輸出控制氣壓信號作用到氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，使閥門開啟到相應(yīng)的位置，以調(diào)節(jié)來自燃油泵出口的回油流量大小，保證燃油壓力達到鍋爐在117%工況下所要求的3.5 MPa 。

以燃油壓力為例，對鍋爐燃燒情況進行分析。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)變化時，鍋爐爐膛供油量也隨之變化，燃油總管中燃油壓力也跟著變化，若負(fù)荷降低會導(dǎo)致燃油壓力增加，氣動壓力變送器輸出信號將產(chǎn)生正偏差。由于氣動四針指示調(diào)節(jié)儀以正作用方式工作，正偏差在經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)作用后輸出氣壓信號，經(jīng)過正作用的閥門定位器，作用到氣動薄膜調(diào)節(jié)閥上，即控制氣壓信號增加，閥門開度增加，燃油泵出口回油流量就增加，以保證燃油總管中的燃油壓力回復(fù)到2.6 MPa，從而實現(xiàn)了過程控制的實時跟蹤調(diào)節(jié)[1]。圖2為燃油壓力系統(tǒng)原理示意圖。

圖2 燃油壓力系統(tǒng)原理示意圖

2 設(shè)備異常狀態(tài)及影響

2.1 設(shè)備異常狀態(tài)

該船在一次海上航行過程中，由于天氣預(yù)報不及時和誤報，致使船舶錯誤的進入臺風(fēng)區(qū)域，為保證該船順利沖出臺風(fēng)圈，船舶動力系統(tǒng)的值班人員正在按照駕駛室要求的車令轉(zhuǎn)速，通過自控儀表對鍋爐進行著加減負(fù)荷。突然，值班操作員發(fā)現(xiàn)燃油壓力四針調(diào)節(jié)儀操作失靈，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，并馬上確定了四針指示調(diào)節(jié)儀的定值器損壞。在此種情況下應(yīng)緊急轉(zhuǎn)入燃油壓力副線板操作，然而轉(zhuǎn)到副線板調(diào)至100%最低刻度竟然也不能降低油壓，這時燃油壓力已飆升至4.3 MPa ，蒸汽壓力也達到了5.2 MPa ，分別超出了超負(fù)荷狀態(tài)3.5 MPa和5.1 MPa的限值。

2.2 異常狀態(tài)引起的后果

設(shè)備出現(xiàn)如此緊急狀況，如果處理不及時，就會因燃油壓力與鍋爐蒸汽壓力過高使安全閥起跳，造成鍋爐失壓、失水。此時主機如果不及時降低負(fù)荷將會加速蒸汽量迅速流失，從而引起主機失去動力源，同時導(dǎo)致汽輪發(fā)電機因汽源流量不足而不能發(fā)電，不僅對設(shè)備造成極大的損害，還有可能直接影響到船舶的航行安全和人員的生命安危。此時，對出現(xiàn)的突發(fā)問題應(yīng)當(dāng)沉著冷靜、迅速故障定位，正確處理。即要保持主機航速和發(fā)電機發(fā)電還要保證鍋爐安全閥不起跳，防止鍋爐失壓、失水，造成停爐、停機、停電事故的發(fā)生。

3 設(shè)備異常原因分析及修復(fù)

3.1 異常狀態(tài)的原因分析

圖3 薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖。上述現(xiàn)象表明，既然副線板亦不能對薄膜調(diào)節(jié)閥進行控制調(diào)節(jié)，基本可以確定最主要的故障原因不是四針定值器損壞引起的，因為副線板是四針指示調(diào)節(jié)儀的備用設(shè)備。那么說明真正的故障應(yīng)該出在薄膜調(diào)節(jié)閥組件上，隨后又按照從易到難順序依次對減壓閥、閥門定位器、薄膜調(diào)節(jié)閥進行了仔細的檢查。首先發(fā)現(xiàn)減壓閥的氣壓偏低，只有0.12 MPa(標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)是0.15 MPa),因此對其進行調(diào)整。由于設(shè)備老化調(diào)節(jié)螺釘已不能調(diào)節(jié)，只好將減壓閥作換新處理。換減壓閥的過程中發(fā)現(xiàn)閥桿是可以動作的，判斷薄膜調(diào)節(jié)閥的膜片未損壞，并打開膜蓋頂端的螺栓查看有無漏氣現(xiàn)象，通過檢查確定膜片沒有損壞。然后把減壓閥氣源調(diào)至所需壓力0.15 MPa，又用四針指示調(diào)節(jié)儀對薄膜調(diào)節(jié)閥進行了調(diào)試,發(fā)現(xiàn)燃油壓力仍然不能調(diào)節(jié)。那么，現(xiàn)在氣源已符合標(biāo)準(zhǔn)，減壓閥也沒有問題。隨后又對閥門定位器進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)定位器的控制信號輸出正常，那么作用到氣動薄膜調(diào)節(jié)閥上，閥門開度亦應(yīng)增大，可這種正?，F(xiàn)象并沒有出現(xiàn)。既然閥門定位器的輸出信號沒有問題，說明從閥門定位器到四針之間的管路設(shè)備都已沒有問題，那么判斷是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥內(nèi)部控制信號損失。既然薄膜調(diào)節(jié)閥的膜片是好的，基本確定是薄膜閥內(nèi)的壓縮彈簧出了問題或者是閥桿上的密封皮碗破裂。把薄膜調(diào)節(jié)閥拆下來進行檢查，依次拆開上膜蓋、下膜蓋、薄膜片、推桿、壓縮彈簧、調(diào)節(jié)件等。拆開后發(fā)現(xiàn)故障的原因果然是出在壓縮彈簧和閥桿與下膜蓋的密封皮碗套件上，由于壓縮彈簧已出現(xiàn)了疲勞性松馳，而最主要的是閥桿與下膜蓋的密封皮碗套件上有一處小裂縫，從而致使閥門定位器的輸出控制信號經(jīng)裂縫處泄漏。因薄膜調(diào)節(jié)閥是氣開式，那么它的控制信號漏掉了，閥門自然也就打不開，閥門頂不開，回油也就回不了，進油壓力必然是居高不下，至此問題的關(guān)鍵原因已經(jīng)查明。

3.2 異常狀態(tài)的修復(fù)

首先在檢查問題之前，為防止過熱蒸汽壓力四針調(diào)節(jié)儀自動關(guān)閉油槍，使燃油壓力再次突然升高，導(dǎo)致油泵過載跳閘。因此，采取緊急措施直接將過熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)入手輪操作，同時迅速將燃油壓力薄膜調(diào)節(jié)閥回油旁通閥打開，使油壓降到3.0 MPa斷電以下，使鍋爐暫時處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

然后緊急對四針指示調(diào)節(jié)儀的手操定值器進行修理,由于定值器沒有單獨的備件,只好對四針調(diào)節(jié)儀作換新的處理，經(jīng)過換新后發(fā)現(xiàn)四針卡死現(xiàn)象雖然消除了,但燃油壓力不能降低的故障現(xiàn)象依舊，從而進一步證明不是四針故障引起的油壓調(diào)節(jié)失靈。圖4為四針指示調(diào)節(jié)儀的定值器結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4 定值器的結(jié)構(gòu)原理示意圖

接下來對氣動薄膜調(diào)節(jié)閥進行緊急拆解，首先找來閥桿與下膜蓋的密封皮碗備件，以備更換使用。利用一字與十字螺絲刀、開口板手以及內(nèi)六角等工具，拆下薄膜調(diào)節(jié)閥的上膜蓋、下膜蓋、薄膜片、推桿、壓縮彈簧、調(diào)節(jié)件等各部件，利用油脂、精細砂紙對推桿與皮碗結(jié)合處以及調(diào)節(jié)件等密封面進行仔細的清潔、研磨，確定清潔研磨完畢，按照反向順序?qū)浼芊馄ね牒筒鹣碌母鞑考来伟惭b，最后再對壓縮彈簧進行壓縮安裝，安裝好后檢查有無漏氣情況，然后再進行系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)過一系列的異常狀態(tài)分析、設(shè)備排查、故障修理安裝、調(diào)試，設(shè)備恢復(fù)正常，運行平穩(wěn)。

3.3 故障產(chǎn)生的原因

1)薄膜調(diào)節(jié)閥故障產(chǎn)生的原因主要是近年來航運較多、出海時間長、設(shè)備使用比較頻繁。

2)設(shè)備正常使用磨損等原因。

3)環(huán)境溫度高，促使皮碗老化。

4)燃油溫度偏高，熱傳遞加速設(shè)備的老化。

4 預(yù)防措施和建議

1)因氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的波紋薄膜是橡膠制品零件，其在低溫時易硬化變脆，高溫時加速老化，所以氣動薄膜閥使用環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)在-30～60 ℃內(nèi)。

2)由于氣動薄膜調(diào)節(jié)閥所控制的流量較小，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常清潔冷、熱過濾器。

3)工作中定時檢查氣源、減壓閥、定位器、變送器等有無損壞漏氣現(xiàn)象。

4)應(yīng)經(jīng)常檢查管路及管接頭的氣密性，必要時對管路進行吹掃[2]，氣源壓力是否符合(0.15 ±10%) MPa的要求。

5)定期拆檢氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的薄膜片和閥桿密封皮碗有無漏氣現(xiàn)象。

6)控制燃油溫度在60～120 ℃內(nèi)。

7)安裝時要正確操作，防止閥體變形。

8)做好備用閥件的維護保養(yǎng)工作。

5 結(jié)束語

老齡船舶自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、管路、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作為鍋爐、主機的自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在工作中至關(guān)重要，其工作的好壞將直接影響鍋爐、主機的正常運行，進而影響航行的安全和生命財產(chǎn)。文中通過對某貨船鍋爐燃油壓力自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)的異常狀態(tài)進行了原因分析，對存在的問題采取各項針對措施，通過實踐檢驗，切實可行。及時避免了一次嚴(yán)重事故的發(fā)生，為老齡船舶的自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)維護修理提供了一定的參考。

[1] 樂嘉謙.儀表維修工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 張西京. 自動儀表在電站鍋爐上的作用[J].科技風(fēng)，2012(5):103.

To reduce faults on aged ships' power systems and achieve the safety sailing,complexity of auto-control instrument and its importance for power system are expounded in this paper with the fault cause analyzed and methed to be followed in checking of the ship auto-control system,combined with the working experience on how to reduce the faults,some preventive measures and suggestions are put forward,which offers reference for maintenance of aged ships' auto-control instrument.

aged ship;auto control instrument;fuel pressure;emergincy treatment

趙富國(1974-)，男，山東沂水人，高級技師，大學(xué)本科，研究方向為船舶動力系統(tǒng)。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.012

2016-01-11