基于故障樹的板式造水機(jī)造水量下降故障分析

宋強(qiáng) 王洪發(fā) 趙天翔 劉成

摘?要：通過某型船用板式造水機(jī)典型的造水量下降故障案例，分析了故障現(xiàn)象，介紹了故障原因。引入故障樹分析法，建立了造水機(jī)造水量下降的故障樹，并對(duì)故障樹進(jìn)行了詳細(xì)描述，通過故障樹可以更加直觀、全面地掌握引起造水機(jī)造水量下降的各種原因，為崗位人員遇到同類故障問題更加準(zhǔn)確高效進(jìn)行故障分析和處置起到一定指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：板式造水機(jī);造水量下降;故障樹

板式造水機(jī)使用鈦材作為換熱器，由噴射泵產(chǎn)生真空，在真空狀態(tài)下利用廢熱加熱海水蒸發(fā)，并使用冷凝器產(chǎn)生蒸餾水的一種裝置，主要由蒸發(fā)腔，冷凝腔，真空噴射泵等部件組成。由于在真空狀態(tài)下，水的蒸發(fā)溫度降低，有利于船舶廢熱的再利用，是一種節(jié)能海水淡化裝置。

某船兩臺(tái)板式造水機(jī)采用Alfa?Laval公司生產(chǎn)的JWSP-26-C80型船用板式造水機(jī)，2007年投入使用至今多次出現(xiàn)造水量下降的故障，對(duì)該船工作和生活用水帶來了困難。為了再遇到同類故障時(shí)能夠進(jìn)行更加準(zhǔn)確高效的分析處置，崗位人員首先進(jìn)行了板式造水機(jī)造水量下降故障的故障案例匯編，并在本文羅列了具有代表性的典型案例，隨后引入了故障樹分析法，建立了板式造水機(jī)造水量下降的故障樹，對(duì)故障樹進(jìn)行了詳細(xì)介紹。故障樹的建立明顯能夠更加直觀、全面地展現(xiàn)引起造水機(jī)造水量下降故障的各種原因。

1?故障案例

2019年某日海上航行時(shí)崗位人員在值班過程中發(fā)現(xiàn)，2#板式造水機(jī)造水量下降，觀察其運(yùn)行規(guī)律發(fā)現(xiàn)2#造水機(jī)自2018年以來造水量逐漸下降，由最初的15噸/天下降到12噸/天進(jìn)而下降到9噸/天。檢查板式造水機(jī)海水泵未發(fā)現(xiàn)異常，且缸套水溫度滿足機(jī)組要求，從故障現(xiàn)象來看，造水量隨運(yùn)行時(shí)間的增加逐漸下降，且沒有進(jìn)行過人工除垢，定位故障原因是由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行板式造水機(jī)造成蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重，傳熱系數(shù)下降造成蒸發(fā)器換熱不足，隨著結(jié)垢的不斷增加，造水量呈現(xiàn)不斷下降的現(xiàn)象。經(jīng)分析排查，利用人員休息時(shí)間對(duì)2#板式造水機(jī)進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)2#板式造水機(jī)蒸發(fā)器結(jié)垢嚴(yán)重每一層蒸發(fā)板片都結(jié)垢3～5mm左右，嚴(yán)重降低了換熱量，將每一層板片都進(jìn)行了清理，安裝后運(yùn)行造水機(jī)，造水量回升到15噸/天，故障現(xiàn)象沒有復(fù)現(xiàn)。由于1#、2#板式造水機(jī)運(yùn)行時(shí)間基本一致，在對(duì)2#板式造水機(jī)拆檢之后又對(duì)1#板式造水機(jī)進(jìn)行了拆檢發(fā)現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象，正確地加藥可以有效降低結(jié)垢速度，及時(shí)對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行人工除垢可以保持板式造水機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2?建立故障樹

板式造水機(jī)造水量下降是非常嚴(yán)重的問題，尤其是在船舶出航過程中如果遇此問題不能夠及時(shí)解決，將對(duì)我船工作和生活用水帶來了直接困難，因此全面梳理板式造水機(jī)造水量下降的原因，在日常保養(yǎng)中對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行定期的檢修、保養(yǎng)是消除板式造水機(jī)造水量下降的關(guān)鍵。為此，我們運(yùn)用故障樹分析法，建立造水機(jī)造水量下降的故障樹。

2.1?故障樹定義

所謂故障樹分析法簡(jiǎn)單地講是指首先將分析研究的系統(tǒng)故障事件作為第一階段，再將導(dǎo)致該事件發(fā)生的直接原因并列為第二階段，用適當(dāng)?shù)氖录?hào)表示，用邏輯門把他們與系統(tǒng)故障事件聯(lián)結(jié)起來，這樣逐段展開，直到把最基本的原因都分析出來為止，這樣的邏輯圖叫故障樹，利用故障樹去分析研究系統(tǒng)發(fā)生故障的各種途徑和可靠性特征量，就是故障樹分析法。它具有直觀地圖形演繹，可作定性與定量分析，可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，也可用于指導(dǎo)正確地維修管理，不過需要較高的技術(shù)支持。

2.2?故障樹分析法的優(yōu)點(diǎn)

（1）事故樹的果因關(guān)系清晰、形象。對(duì)導(dǎo)致事故的各種原因及邏輯關(guān)系能做出全面、簡(jiǎn)潔、形象地描述，從而使有關(guān)人員了解和掌握安全控制的要點(diǎn)和措施。

（2）根據(jù)各基本事件發(fā)生故障的頻率數(shù)據(jù)，確定各基本事件對(duì)導(dǎo)致事故發(fā)生的影響程度——結(jié)構(gòu)重要度。

（3）既可進(jìn)行定性分析，又可進(jìn)行定量分析和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。通過定性分析，確定各基本事件對(duì)事故影響的大小，從而可確定對(duì)各基本事件進(jìn)行安全控制所應(yīng)采取措施的優(yōu)先順序，為制定科學(xué)、合理的安全控制措施提供基本的依據(jù)。通過定量分析，依據(jù)各基本事件發(fā)生的概率，計(jì)算出頂上事件（事故）發(fā)生的概率，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳安全控制目標(biāo)提供一個(gè)具體量的概念，有助于其他各項(xiàng)指標(biāo)的量化處理。

2.3?故障樹分析法的缺點(diǎn)

（1）故障樹分析事故原因是強(qiáng)項(xiàng)，但應(yīng)用于原因?qū)е率鹿拾l(fā)生的可能性推測(cè)是弱項(xiàng)。

（2）故障樹分析是針對(duì)一個(gè)特定事故作分析，而不是針對(duì)一個(gè)過程或設(shè)備系統(tǒng)作分析，因此具有局部性。

（3）要求分析人員必須非常熟悉所分析的對(duì)象系統(tǒng)，能準(zhǔn)確和熟練地應(yīng)用分析方法。往往會(huì)出現(xiàn)不同分析人員編制的事故樹和分析結(jié)果不同的現(xiàn)象。

（4）對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，編制事故樹的步驟較多，編制的事故樹也較為龐大，計(jì)算也較為復(fù)雜，給進(jìn)行定性、定量分析帶來困難。

（5）要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，必須事先確定所有各基本事件發(fā)生的概率，否則無法進(jìn)行定量分析。

2.4?建立故障樹

板式造水機(jī)造水量下降故障樹系統(tǒng)圖

2.5?故障樹描述

2.5.1?海水泵異常導(dǎo)致產(chǎn)水量下降

海水泵為板式造水機(jī)提供工作水源，是制造淡水的基礎(chǔ)，如果海水泵出現(xiàn)異常會(huì)造成沒有足夠的海水用來制造淡水，從而出現(xiàn)產(chǎn)水量下降的現(xiàn)象。

（1）電源異常：海水泵電源異常主要有電源未供和接線錯(cuò)誤兩個(gè)方面，都會(huì)造成海水泵運(yùn)轉(zhuǎn)異常。

（2）電源未供：電源未供海水泵無法運(yùn)行，直接表現(xiàn)為開機(jī)海水泵不動(dòng)作。

（3）接線錯(cuò)誤接線錯(cuò)誤會(huì)造成海水泵相位錯(cuò)誤出現(xiàn)泵反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，直接表現(xiàn)為泵反轉(zhuǎn)，可通過觀察泵軸的運(yùn)轉(zhuǎn)方向確定。

（4）出口壓力異常：出口壓力低是泵的常見故障之一，表現(xiàn)為泵浦能正常啟動(dòng)，但在正常運(yùn)行過程中泵的出口壓力達(dá)不到額定出口壓力，主要原因?yàn)檩S封漏水和汽蝕嚴(yán)重兩個(gè)方面。

（5）軸封漏水：泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行軸封磨損嚴(yán)重會(huì)造成軸封漏水，如果泄露過大一方面會(huì)造成艙底水過多，另一方面會(huì)造成出口壓力下降。

（6）汽蝕嚴(yán)重：泵浦葉輪中心區(qū)域由于壓力較低海水蒸發(fā)容易造成葉輪汽蝕的現(xiàn)象，會(huì)造成泵浦噪聲、振動(dòng)增大，出口壓力下降。

2.5.2?閥件異常導(dǎo)致出現(xiàn)產(chǎn)水量下降

系統(tǒng)中閥件異常會(huì)造成海水無法正常輸送，同樣會(huì)造成出口壓力低的現(xiàn)象。

（1）海水總管閥關(guān)閉：海水總管閥閉會(huì)造成沒有海水至泵浦。

（2）泵進(jìn)出口閥關(guān)閉：泵進(jìn)出口閥關(guān)閉會(huì)造成沒有海水流入、流出泵浦。

（3）舷側(cè)閥關(guān)閉：舷側(cè)閥關(guān)閉會(huì)造成海水流經(jīng)泵浦后無法排出。

2.5.3?管路阻塞導(dǎo)致出現(xiàn)產(chǎn)水量下降

管路堵塞是板式造水機(jī)的常見故障之一，主要由于冷凝器和蒸發(fā)器管路堵塞兩種情況，都會(huì)造成海水或者工作水無法正常輸送造成板式造水機(jī)造水量下降。

（1）冷凝器管路堵塞：雜質(zhì)將冷凝器堵塞導(dǎo)致沒有足夠的海水或者淡水換熱，出現(xiàn)蒸汽無法及時(shí)冷凝的現(xiàn)象，最終出現(xiàn)造水量下降。

（2）蒸發(fā)器結(jié)垢嚴(yán)重：板式造水機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)在蒸發(fā)器表面大量結(jié)垢，水垢的主要成分是碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)比金屬小，使加熱量顯著下降，導(dǎo)致板式造水機(jī)的造水能力顯著降低。

（3）加藥異常：正確地添加除垢劑可以有效地防止或減少蒸發(fā)器結(jié)垢量，加藥比例錯(cuò)誤和加藥量錯(cuò)誤會(huì)使加藥的效果降低，無法減小蒸發(fā)器結(jié)垢速度。

（4）加藥比例錯(cuò)誤：加藥要按照藥和水的比例為1∶5的比例混合，如果比例不對(duì)則效果不佳。

（5）加藥量錯(cuò)誤：加藥量要按照流量表讀數(shù)20左右，如果加藥量不足則效果不佳。

（6）運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)：長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行蒸發(fā)器不可避免地會(huì)結(jié)垢，要拆卸蒸發(fā)器進(jìn)行人工除垢。

2.5.4?缸套水溫度低導(dǎo)致造水機(jī)造水量下降

缸套水是加熱海水使其蒸發(fā)的介質(zhì)，一方面其溫度應(yīng)該在78℃～90℃之間，如果缸套水溫度過低則沒有足夠的工作介質(zhì)來加熱海水，造成造水機(jī)造水量下降;另一方面其流量應(yīng)該充足否則換熱量不足，同樣會(huì)造成造水機(jī)造水量下降。

（1）閥件異常：缸套水管路的閥件異常會(huì)造成缸套水無法正常在管路中輸送，使其流量降低。

（2）進(jìn)機(jī)進(jìn)出口閥關(guān)閉：進(jìn)機(jī)進(jìn)出口閥關(guān)閉造成沒有缸套水流經(jīng)造水機(jī)，無法加熱蒸發(fā)海水。

（3）旁通閥開度過?。号酝ㄩy開度過小會(huì)造成缸套水流量低，造成造水機(jī)造水量下降。

（4）主機(jī)負(fù)荷過低：主機(jī)負(fù)荷過低會(huì)造成缸套水溫度過低，無法滿足加熱蒸發(fā)海水的要求，造成造水機(jī)造水量下降。

3?結(jié)論

Alfa?Laval公司生產(chǎn)的JWSP-26-C80型船用板式造水機(jī)，在該船其主要作用是給全船提供工作和生活用水，其原理通過海水在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，蒸汽在冷凝器中冷卻凝結(jié)成淡水。如果板式造水機(jī)出現(xiàn)故障無法使用將會(huì)對(duì)全船人員的工作和日常用水受到直接影響，因此崗位人員在值班巡視和日常保養(yǎng)中要細(xì)心檢查、認(rèn)真操作、嚴(yán)把質(zhì)量，確保板式造水機(jī)時(shí)刻處于良好的狀態(tài)，提高全船工作和生活用水的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]費(fèi)千.船舶輔機(jī)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008.