氣體發(fā)動機氣體燃料供給系統(tǒng)故障及風險防控措施研究

楊紹春 交通運輸部煙臺打撈局救撈拖輪船隊

1.氣體發(fā)動機船舶概述

低碳和環(huán)保的意識已變成了全世界航海業(yè)發(fā)展的目標，漸漸的受到了國內(nèi)外航運公司的重視。我國正在建立經(jīng)濟節(jié)能、綠色環(huán)保的現(xiàn)代化水運體制，很大程度上推進了這方面的發(fā)展速度。以后，石油資源只會越來越稀少，人類必須找到可代替的能源來彌補石油的空缺，這樣一來液化天然氣就慢慢的受到了重視，它作為一種清潔能源，在各方面的競爭優(yōu)勢都要大于傳統(tǒng)燃料。清潔環(huán)保，存儲量大等等，所以天然氣原料的使用擁有很好的環(huán)保效果和經(jīng)濟效果，隨之使用率也逐漸增加。

2.氣體發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)組成及故障分析

2.1 組成

整個燃料使用鏈條上有很多的部件，但主要的運轉(zhuǎn)設備有四大件：氣罐、熱交換器、壓縮機（正常情況裝有再液化裝置的系統(tǒng)）、氣體燃料發(fā)動機。燃料供給部分是船舶最為重要的環(huán)節(jié)之一，保證穩(wěn)定可靠的輸送燃料是發(fā)動機能夠平穩(wěn)運行的基礎。

2.2 氣體燃料供給系統(tǒng)的故障種類和原因分析

氣體燃料供應管內(nèi)壓力波動異常，主要是在于調(diào)壓閥的作用，當氣體燃料供應管路里的調(diào)壓閥失效，管道內(nèi)的壓力會上下波動，氣體燃料的供應就不能穩(wěn)定控制。

由于蒸發(fā)器并沒有達到所需要的溫度，會導致汽化器出口位置的溫度較低，就會造成氣液共存的局面，從而損壞運行部件對工作狀態(tài)產(chǎn)生一些影響。

在進排氣同時進行時，如果有小火星被吹入了進氣管，就有可能導致進氣管發(fā)生爆炸的概率。

沒有按照規(guī)定的日常維護計劃進行檢查，供給管路有破損，造成氣體泄漏。

2.3 燃料供給系統(tǒng)故障的解決方法

（1）當氣體燃料供應管內(nèi)壓力產(chǎn)生波動時，同時相對應的壓力變送器就收集異常的信號，并將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，使報警器發(fā)出聲光報警，此時供給系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入備用管系。與此同時氣體燃料供給總閥及管路速閉閥迅速自動關閉。后續(xù)通過人工報警異常數(shù)據(jù)找出故障點加以解決。

（2）當汽化器出口的溫度低時，位于汽化器出口管路上的溫度傳感器收集到異常信號，并將溫度信號轉(zhuǎn)化成電信號，使對應的報警器發(fā)出聲光報警，切換至備用管系，同時總閥和供應管路上的速閉閥自動關閉，且位于速閉閥之前的泄流閥打開將管路中的燃料重新流回到日用柜，之后通過人工檢查，如為蒸發(fā)器故障，清楚后重新接入系統(tǒng)。如燃料問題，可以適當增加蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和回熱裝置，從而解決故障。

2.4 案例分析

在某船上發(fā)生過燃料供給管路出現(xiàn)開裂，從而導致燃氣泄露出來，所幸報警裝置發(fā)出聲光報警，但安保系統(tǒng)無法立刻切換至備用管系，由于值班人員心理素質(zhì)不夠強大，導致從發(fā)現(xiàn)故障到消除故障所用時間稍長，造成了部分財產(chǎn)損失，技術人員最后完成補救措施，阻止了更大意外損失，所幸事故未造成人員傷亡。

分析故障原因主要有以下幾點：

（1）燃料壓縮機的監(jiān)測不到排出壓力，出口監(jiān)測器誤認為排出壓力正常。

（2）管路的保養(yǎng)力度和日常檢查不到位，沒有及時發(fā)現(xiàn)隱患，在承受過高的氣壓時使得管路產(chǎn)生裂紋，在氣壓沖擊下導致泄露。

（3）管系轉(zhuǎn)換所用的電磁閥發(fā)生故障，無法接通到備用管路。

具體的解決方案：

（1）值班輪機員立刻按下緊急停氣按鈕，并手動打開備用管路轉(zhuǎn)換閥，使管路中剩余氣體照常輸送。

（2）找到管路故障點進行快速維修，如不能維修則應該果斷封堵，待靠港事后維修。

（3）更換新的電磁閥以及壓縮機出口的壓力監(jiān)測器。

事故總結(jié)：很多的船舶事故造成原因都是人為因素，據(jù)統(tǒng)計80%都是人為原因造成的，因此在不斷改革發(fā)展新技術的同時，也要對專業(yè)人員的技術能力有更嚴格的要求。

3.氣體發(fā)動機供給系統(tǒng)的風險防控

3.1 供給系統(tǒng)的安全監(jiān)控基本規(guī)范

對以天然氣供給的動力船舶，安全監(jiān)控應符合以下設計規(guī)范：以氣體燃料供給的船舶，在安全性和可靠性上，應該與傳統(tǒng)的動力船舶保持一致；整個供給系統(tǒng)的布局應符合建造規(guī)范，盡可能的降低事故損失率，需裝有相對應的安全監(jiān)控起到預測作用，也方便人工檢查；系統(tǒng)內(nèi)的所有閥件、設備在出現(xiàn)一般故障時也能保證連續(xù)穩(wěn)定的運行；供給系統(tǒng)的安全響應應該與船舶的消防、可燃氣體探測聯(lián)系；燃料艙的位置應該合理，受影響程度降到最小，管路的鋪設應該與安全和節(jié)約空間掛鉤；燃料艙應該設有液位探測器和溫度報警器，一旦液位或者燃料艙溫度異常（高于或低于標準值的合理誤差范圍之外）則觸發(fā)安全系統(tǒng)進行報警；安全監(jiān)控系統(tǒng)中一些重要的參數(shù)應直觀的顯示在顯示設備上，方便工作人員讀取或遠程監(jiān)控參數(shù)數(shù)據(jù); 安全監(jiān)控系統(tǒng)中安全系統(tǒng)輸出信號應為電信號。在維修階段，應能進行一系列的模擬實驗，對系統(tǒng)的安全性進行驗證。

3.2 主供氣管路的安全監(jiān)控要求

主供氣管路系統(tǒng)的設計，是為了燃料從燃料艙輸出后，經(jīng)氣化器后能充分氣化，再經(jīng)加熱器升溫，最終得到滿足用氣設備壓力和溫度需求的燃氣，主要確保燃料由液態(tài)到氣態(tài)的充分轉(zhuǎn)換，保障用氣設備的穩(wěn)定運行及使用安全。主供氣管路安全監(jiān)控設計應滿足以下要求：

在對每個用氣設備供氣的燃料管路上，均需串聯(lián)設置一個手動截止閥及一個可實現(xiàn)遠程控制的主燃料閥。兩閥件應布置在用氣設備所在的機器處所外，并盡可能靠近換熱裝置。

燃料供應系統(tǒng)中，應設置檢測裝置對潛液泵輸出的介質(zhì)物理特性（如壓力）進行監(jiān)控，操作人員可在駕駛室或集控室讀取參數(shù)，當參數(shù)異常時，應觸發(fā)報警裝置，必要時自動切斷潛液泵工作電路

安全監(jiān)控系統(tǒng)應對燃料供給系統(tǒng)中使用的換熱設備實施有效監(jiān)控，并將重要數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控終端顯示

安全監(jiān)控功能系統(tǒng)應設置緊急切斷裝置，并可通過監(jiān)控終端遙控應急裝置的啟停。

主供氣管路的管道要光滑并且盡量減少彎頭。

3.3 供給管路的設計要求

對氣體燃料的供給管路有很高的要求，不僅僅只是輸送燃料，對管路的材料要求也很高，需要考慮到日積月累的運輸燃料，會不會與材料發(fā)生腐蝕，這對于管路的抗蝕性、耐溫性都有一定的要求，另外根據(jù)氣體燃料的特點，管路設計的合理性也要達標，例如檢修的方便性、可操作性等等。

管路采用雙層結(jié)構(gòu)來保證安全運輸，其中內(nèi)層管路用來輸送燃料，外層與內(nèi)層之間的間隔空間用來作為超低壓通道（遠低于大氣壓），

天然氣的爆炸濃度大概在5%-10%之間，因此為了保障安全使用。在供給管路的各個地方設置了濃度探測器來監(jiān)測天然氣的濃度，作為一道安全屏障，對探測器的靈敏度、質(zhì)量要求和安裝的最佳位置都需要達到最佳狀態(tài)。

（1）在臨近發(fā)動機的周圍一些相對密閉的空間，防止天然氣的聚集，例如曲軸箱，它是一個相對密封的環(huán)境，因此在里面就要安裝濃度監(jiān)測器。

（2）在雙層供給管道的低壓通道也安裝天然氣濃度監(jiān)測器，當濃度達到報警值時就會發(fā)出警報。

（3）在氣體發(fā)動機的燃氣進口位置也安裝濃度監(jiān)測器。

每一處的濃度監(jiān)測器成對安裝，當探測到天然氣濃度達到20%控制系統(tǒng)報警，當兩個探測器濃度達到了40%時，保護功能動作。

3.4 供氣系統(tǒng)各設備的要求

在整個供氣系統(tǒng)中，運行中的主要設備都需要有備用設備（汽化器、壓縮機、蒸發(fā)器），和規(guī)定需要成對安裝的閥件，以至于當出現(xiàn)故障后（除必須停車故障以外），發(fā)動機還能保證繼續(xù)運行不耽誤航程。

采用延時報警，例如燃料艙液位的晃動，當遭遇惡劣天氣時，液艙的液位能夠延時報警，而不會產(chǎn)生一些誤報警增加工作人員的工作量。

4.總結(jié)與展望

在石油能源不斷減少的情況下，對替代資源天然氣的需求量也會不斷增加，它被稱為最清潔的動力燃料。我國的天然氣儲量豐富，價格比較便宜，因“油改氣是現(xiàn)在比較熱門的話題。但是天然氣相比于傳統(tǒng)燃料來說，危險性更高一些，可控性差一些，除了滿足基本的要求之外，還應滿足氣體燃料的各種標準。即便這樣對氣體發(fā)動機的設計研發(fā)同樣具有非常有價值的意義。本文對氣體發(fā)動機的幾個經(jīng)常發(fā)生的故障進行了探討分析，得出了一些結(jié)論并制定了一系列的解決措施。對燃料供給系統(tǒng)的風險防控也提出了一些看法和措施。

在研究的課題中，供應系統(tǒng)作為一個很重要的系統(tǒng)，在最初的設計上必須是合格的。在運行的過程中會出現(xiàn)各種問題，通過完善安全監(jiān)控系統(tǒng)來保障設備的穩(wěn)定運行。如今在我國氣體燃料發(fā)動機的各方面都并不是完全成熟階段，仍然還有許多未解決的問題，這些問題占有重要地位，可以為下一次的研究提供幫助。