淺談船舶液位遙測系統(tǒng)的維修

張 偉

（上海海迅機電工程有限公司 上海200011）

引 言

我國海洋事業(yè)逐漸走向深藍，這對船舶的性能提出了更高的要求。液位測量原先一直采用人工標尺測量法，這種測量方法原始，費時費工且測量效率低，船員不能在短時間內(nèi)獲得液艙裝載信息，在加油、加水時，易發(fā)生艙滿外溢。近年，隨著船舶總體技術(shù)水平的提高，液位遙測系統(tǒng)應(yīng)需而生。液位遙測替代人工測量可大幅減輕船員的體力勞動，提高測量效率；而且它具有顯示直觀、操作簡便、可設(shè)置液位報警信息等優(yōu)點。

此外，隨著船齡增加，船上設(shè)備必然會出現(xiàn)材料老化的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備的技術(shù)性能下降，液位遙測系統(tǒng)隨船齡增加系統(tǒng)測量精度下降更明顯。因此，液位遙測系統(tǒng)在使用過程中，為保持良好的技術(shù)狀態(tài)，需定期對系統(tǒng)的設(shè)備進行相應(yīng)的維護和修理。

1 液位遙測系統(tǒng)

1.1 工作原理

液位遙測系統(tǒng)是基于PLC技術(shù)的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析/處理單元、數(shù)據(jù)顯示單元等模塊組成。系統(tǒng)的工作方式是傳感器負責采集各艙液位信息，將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號并輸出至控制箱，控制箱內(nèi)的PLC/CPU對數(shù)據(jù)進行分析和處理，處理后的數(shù)據(jù)以圖表和文字等方式將液位高度顯示出來。

系統(tǒng)的人機界面可對液位信息進行相關(guān)檢測和設(shè)置，包括通訊檢測、故障檢測、參數(shù)設(shè)置等。通過上位機船員可設(shè)置液艙相關(guān)的報警信息，人機界面顯示報警通道名稱，報警內(nèi)容等，保證船始終處于安全狀態(tài)。

1.2 船舶常用液位測量裝置

液位測量裝置種類繁多，船舶上常用的液位測量裝置有：吹泡式測量、靜壓式測量、雷達式測量、磁翻柱式測量等，這幾種測量裝置都有各自的優(yōu)缺點：

（1）吹泡式測量是在液艙中插入一根氣管，氣體經(jīng)過濾和減壓后，潔凈的氣體再經(jīng)過恒流器和氣管吹入液艙。吹氣流量由恒流器控制，氣體經(jīng)過恒流器沿氣管吹入液艙中，壓力傳感器測量氣管進液艙管路上的壓力，當氣管末端有連續(xù)微量氣泡排出時，此時傳感器測量的壓力等于當前液位高度產(chǎn)生的壓力。吹泡式測量的氣管路布置較復(fù)雜且測量精度不高，往液艙吹氣還可能會污染測量介質(zhì)；因壓力傳感器不與測量介質(zhì)直接接觸，傳感器使用壽命長，適應(yīng)于測量精度要求不高、惡劣環(huán)境的液艙。

（2）靜壓式測量是靠水壓作用在傳感器端面的膜片上，膜片產(chǎn)生微小形變引起傳感器內(nèi)部微電路發(fā)生變化，傳感器輸出一個與壓力大小成正比的電信號。靜壓式測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，傳感器體積小，測量精度高；但傳感器與介質(zhì)直接接觸，長期使用可能會損壞傳感器膜片。

（3）雷達式測量是通過雷達傳感器［1］的天線系統(tǒng)朝介質(zhì)的方向發(fā)射能量很低且極短的微波脈沖，微波被介質(zhì)表面反射并被天線系統(tǒng)重新接收，微波脈沖以光速運行，從發(fā)射到接收，雷達脈沖所需的運行時間和艙內(nèi)液高成函數(shù)關(guān)系。雷達傳感器測量精度高，信號抗干擾能力強，因雷達傳感器不與測量介質(zhì)接觸，不污染介質(zhì)且使用壽命較長；導(dǎo)波雷達傳感器安裝前需增加導(dǎo)波管，防止測量過程中微波遇到干擾物，干擾物作為虛假反射信號源影響測量結(jié)果，雷達傳感器成本較高，建議使用在測量精度要求較高的油艙。

（4）磁翻柱式測量是基于連通器原理并結(jié)合浮力原理和磁性耦合作用原理研發(fā)而成測量裝置。當被測液艙中的液位升降時，液位計主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現(xiàn)場指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°。當液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色；當液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色?，F(xiàn)場指示器的紅、白界位處為液艙內(nèi)介質(zhì)液位的實際高度，同時通過液位變送器將液位信號轉(zhuǎn)換成標準電信號輸出至控制箱。磁翻柱液位計測量結(jié)果可靠，類似于標尺測量，使用壽命極長；但需提供足夠安裝空間，不適合測量大深型的液艙。

2 維修流程

船舶設(shè)備維修級別分為：自修、航修、廠修、報廢四個級別［2］，本文主要是對廠修級別的維修進行探討。當船員遇到無法自行解決的故障問題，船長向相關(guān)單位提交修理申請并獲得批準后，相關(guān)單位根據(jù)維修的范圍和內(nèi)容確定維修的等級。廠修之前，船長組織各單位各部門召開修理工程會議，根據(jù)船舶設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)編制合理的修理單，修理單是船舶修理工程的基礎(chǔ)技術(shù)文件，是船廠安排修船計劃的依據(jù)。對于無法拆檢的部件，不能確定修理內(nèi)容，應(yīng)寫明待拆檢后再確定修理內(nèi)容。

船舶進入修理廠之前，需將船上易燃易爆物品卸至指定地點，按照修理工程對油艙、壓載水艙及管路等進行清潔，清除艙底雜質(zhì)，對于需要動火場所，須排除易燃易爆氣體。

船廠根據(jù)接收的修理委托單進行相關(guān)的修理，組織外協(xié)廠家進行勘驗，并確定修理方案和修理工期。在修理過程中，船廠應(yīng)派專業(yè)的監(jiān)修師進行監(jiān)修，實時了解維修進度，最終確保維修工作按時按質(zhì)完成。

3 案例分析

廠修一般分為普通維修和改裝維修。普通維修不改變系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，牽聯(lián)工程較小，可操作性強。維修人員需查找出設(shè)備故障的位置，要求制造商及時提供相應(yīng)損壞的部件，更換設(shè)備后還需進行相關(guān)試驗，以驗證設(shè)備完好。改裝維修是為了改善船舶原性能而進行的修理。其涉及管路鋪設(shè)、電纜敷設(shè)、焊接等，牽聯(lián)工程較大，施工周期較長。

現(xiàn)以某綜合補給船液位測量改裝性維修工程為例進行分析。

3.1 勘驗情況

該船原液位遙測系統(tǒng)采用吹泡式測量15個壓載水艙、4個淡水艙的液位高度和4點吃水深度，采用雷達式測量16個油水艙的液位高度，總共測量35個液艙的液位和4點吃水深度。

維修前經(jīng)勘驗該船液位遙測系統(tǒng)存在如下問題：液艙測量數(shù)據(jù)普遍無法顯示，即使少數(shù)液艙有數(shù)據(jù)顯示，但測量結(jié)果與實際液位高度相差懸殊；系統(tǒng)的機械部件都存在不同程度的銹蝕；液貨控制室的觸摸顯示屏觸摸無反應(yīng)。

本船裝載噸位較大，若液位遙測無法正常使用，測量工作全靠人工執(zhí)行，會造成大量的人力物力資源浪費，且人工測量速度慢，無法實時了解液艙的裝載信息，不利于船舶的自動化、智能化。

3.2 故障分析

吹泡式測量失真后，水艙加水一般加滿為止，以液艙透氣管溢出水視為加滿。吹氣管路上無保護裝置，滿艙后水可能沿氣管路進入控制箱，導(dǎo)致控制箱內(nèi)測量部件銹蝕、損壞；電氣控制模塊和傳感器型號老舊，模塊處理數(shù)據(jù)處理能力下降。

本船油水艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微波掃描范圍內(nèi)有管道、扶梯等干擾物，而雷達傳感器安裝處下方未設(shè)置導(dǎo)波管。傳感器在使用過程中，微波遇到艙內(nèi)干擾物時，誤將干擾物作為反射源，導(dǎo)致雷達傳感器接收到虛假反射信號，將干擾物的虛假信號當作液面反射信號。

觸摸顯示屏觸摸無反應(yīng)，屏內(nèi)部電子部件老化；屏內(nèi)裝載程序版本過舊，操作流程繁瑣。

3.3 維修方案

壓載水艙環(huán)境惡劣，測量精度要求不高，故測量方式維持吹泡式測量，但需更換控制箱內(nèi)部的電氣元器件和銹蝕的機械部件，更換后確?？刂葡鋬?nèi)的管路氣密性良好。另外，吹氣紫銅管上加裝單向控制閥，可阻止水倒灌入控制箱，有效保護控制箱內(nèi)的測量部件。

淡水艙原測量方式為吹泡式測量，壓縮空氣易將雜質(zhì)帶入淡水艙，可能造成淡水污染，吹泡式測量操作不便且測量精度低。根據(jù)現(xiàn)場勘查的情況將吹泡式測量改為靜壓式測量，在原吹泡式裝置的安裝法蘭增設(shè)防水接頭，將靜壓傳感器投入淡水艙艙底并固定，傳感器電纜通過防水接頭導(dǎo)出進入控制箱。吃水測量在原海水引入桶桶蓋上引一管路，在管路上安裝靜壓式傳感器，最后將傳感器信號導(dǎo)入控制箱內(nèi)。

雷達傳感器安裝處下方內(nèi)增加雷達導(dǎo)波管［3］，以約束雷達波的傳播路徑。導(dǎo)波管內(nèi)壁要求光滑無毛刺，管底部安裝反射板，反射板可將穿透液面的雷達波反射到導(dǎo)波管外。導(dǎo)波管在安裝焊接過程中需保持管內(nèi)壁光滑，最后用U型抱箍將導(dǎo)波管固定，防止導(dǎo)波管隨船搖晃。

為更便捷地操作液位遙測系統(tǒng)，更直觀地顯示各液艙的液位信息，按原觸摸屏的接口尺寸更換新觸摸屏，并升級液位測量的軟件程序、優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，合理布置液艙畫面。

3.4 維修后系統(tǒng)性能

該船液位測量修理從勘驗到修理結(jié)束共耗時8個月。修理后系統(tǒng)采用吹泡式測量15個壓載水艙的液位高度，采用雷達傳感器測量16個油水艙的液位高度，用靜壓式傳感器測量 4個淡水艙的液位高度和4點吃水深度。修理后系統(tǒng)的設(shè)備更先進、顯示屏顯示畫面布置更合理，系統(tǒng)的操作響應(yīng)更迅速，船員在液貨控制室可對全船液艙液位和吃水深度進行監(jiān)測。

液位遙測精度高，連續(xù)多次試驗后，所有液艙的精度都在允許范圍內(nèi)；系統(tǒng)操作簡單，畫面顯示模擬液艙的艙名、介質(zhì)高度、噸位信息等，用戶可通過觸屏一體機顯示各液艙液位信息，用手指輕觸就能快速了解各艙液位高度（如圖1所示）。

圖1 液位遙測系統(tǒng)效果圖

4 結(jié) 語

船舶修理級別確定后，制定修理方案時需充分考慮修理費用高和設(shè)備性能完好性差的兩大難題［4］：一是要解決原來設(shè)備故障問題，經(jīng)修理后設(shè)備恢復(fù)原技術(shù)狀態(tài)；二是保持技術(shù)狀態(tài)可行的前提下，選擇合理的方法降低維修費用。

相比日、韓、歐、美等發(fā)達國家，我國在船舶修理這方面起步晚且基礎(chǔ)薄弱，與當今世界先進水平仍存在不少差距，但我們會積極學(xué)習(xí)國外先進的工作經(jīng)驗，并結(jié)合自身基礎(chǔ)條件，在船舶設(shè)備修理級別和分析、修理方案等方面進行一些探討，希望對船舶修理工程有積極作用。