惰性氣體系統(tǒng)含氧量故障分析及排除

劉濤

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

0 引言

在油輪航運(yùn)史上發(fā)生過多起嚴(yán)重的海難事故，對公眾的生命健康安全與財產(chǎn)安全造成了極大的損失，也對海洋環(huán)境造成了一定的污染。這些事故多源為油輪火災(zāi)或爆炸[1]。而引發(fā)油輪發(fā)生火災(zāi)或爆炸的主要因素有氧氣、火種與可燃物[2]。其中，可燃物即油輪的主要運(yùn)輸產(chǎn)品——原油或成品油。而火種在照明等常用設(shè)施中普遍存在，因此想從火種與可燃物方面下手，避免火災(zāi)或爆炸幾乎是不可能的，控制氧氣則成為規(guī)避油輪火災(zāi)安全的關(guān)鍵。因此，惰性氣體系統(tǒng)在我國油輪上的使用越來越普遍?！秶H消防安全系統(tǒng)規(guī)則》中規(guī)定，油輪貨艙中的大氣含氧量應(yīng)保持在8%以內(nèi)，以此保證貨艙安全[3]。因此，分析及排除惰性氣體系統(tǒng)的含氧量故障，有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 惰性氣體系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

在我國常見的油輪惰性氣體系統(tǒng)中，起到含氧量控制的裝置目前主要有兩種。第一種主要為煙氣式裝置，將油輪鍋爐在工作中產(chǎn)生的廢氣收集起來，經(jīng)過過濾與冷卻后，將之傳送至風(fēng)機(jī)，經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓處理后，在甲板處進(jìn)行水封，最后再將處理過的廢氣送入貨艙[4]。第二種主要為獨(dú)立的燃?xì)獍l(fā)生裝置，需要利用專門的燃燒器燃燒柴油，對所產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)行“冷卻—脫硫—除塵—除濕”處理后，得到高質(zhì)量的惰性氣體。

油輪惰性氣體系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制一般為：第一，選擇系統(tǒng)全自動廢氣模式，并選擇合適的鍋爐及風(fēng)機(jī)；第二，按下廢氣處理開始按鈕，惰性氣體系統(tǒng)會自動啟動海水泵及封水泵，并將提前選定的鍋爐出口閥打開；第三，海水通過海水泵和封水泵進(jìn)入洗滌塔和甲板，約10s 后水位達(dá)到提前設(shè)定的正常值；第四，系統(tǒng)啟動風(fēng)機(jī)，并保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行中其出口閥是完全關(guān)閉的；第五，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行后，根據(jù)甲板主管線壓力的變化，系統(tǒng)自動控制其出口閥的開度；第六，若甲板主管線壓力上升，系統(tǒng)為廢氣加壓的需求降低，則風(fēng)機(jī)工作負(fù)荷降低，進(jìn)而使得馬達(dá)最終輸出的電流下降，輸出氣壓信號下降，使風(fēng)機(jī)的出口閥開度減小，甲板主管線壓力下降，反之同理，即甲板主管線壓力下降，出口閥開合增大；第七，甲板主管線壓力的平衡除卻需要通過風(fēng)機(jī)控制，還需要調(diào)控大氣部分——在甲板總管增加設(shè)置壓力變送器，壓力變送器接收到的壓力達(dá)到提前設(shè)定的壓力值時，系統(tǒng)調(diào)整通大氣閥的開度，保證甲板總管壓力平衡；第八，當(dāng)甲板總管壓力超出提前設(shè)定的壓力值時，通大氣閥開度增加，總管壓力下降，反之同理，即當(dāng)總管壓力低于設(shè)定壓力值時，通大氣閥開度減小，總管壓力上升。

除此之外，為保證貨艙內(nèi)的含氧量在限定范圍內(nèi)，惰性氣體系統(tǒng)通常會配有氧氣分析儀，該設(shè)備在運(yùn)行中若檢測到貨艙內(nèi)的氧氣含量超過8%，系統(tǒng)將自動報警，并通知充氣。

2 常見惰性氣體系統(tǒng)含氧量故障分析及排除

2.1 系統(tǒng)整體無法啟動

2.1.1 故障發(fā)生原因

若系統(tǒng)整體無法啟動，故障原因一般有以下幾種：其一，系統(tǒng)電力來源出現(xiàn)問題；其二，系統(tǒng)電力分路的保險出現(xiàn)故障；其三，系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)重大問題[5]。

2.1.2 故障排除方法

根據(jù)系統(tǒng)整體無法啟動的故障原因，工作人員在進(jìn)行故障排除時，應(yīng)先檢查系統(tǒng)與主電源的連接是否出現(xiàn)了問題，包括對連接線路及系統(tǒng)主電源本身的檢查。若無問題，工作人員則要進(jìn)行下一步的排查，即檢查系統(tǒng)各個電力分路的保險是否出現(xiàn)了問題，若是分路保險斷裂，應(yīng)對分路整體進(jìn)行檢查修整；若分路保險無故障，則應(yīng)檢查系統(tǒng)的主控面板。若主控面板出現(xiàn)報警提示，則說明系統(tǒng)設(shè)備存在重大問題，需要進(jìn)行更加詳細(xì)的檢查與維修，待報警指示消失后方可重啟系統(tǒng)[6]。

2.2 風(fēng)機(jī)部分無法啟動

2.2.1 故障發(fā)生原因

若風(fēng)機(jī)部分無法啟動，故障原因一般有以下幾種：其一，風(fēng)機(jī)無電源提供電力；其二，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的開關(guān)被調(diào)整為手動控制模式；其三，風(fēng)機(jī)CPU故障。

2.2.2 故障排除方法

風(fēng)機(jī)部分無法啟動時，工作人員應(yīng)先檢查其電力來源是否存在問題，若電源與電力線路連接無問題，接下來要檢查風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，查看惰性氣體系統(tǒng)能否自動控制風(fēng)機(jī)，若此處無故障，則應(yīng)檢查風(fēng)機(jī)設(shè)備，查看其CPU 運(yùn)行是否正常，若是CPU 出現(xiàn)問題，就需要及時更換新風(fēng)機(jī)。

2.3 風(fēng)機(jī)出口閥無法開啟或無法調(diào)節(jié)開度

2.3.1 故障發(fā)生原因

若出口閥出現(xiàn)問題，故障原因一般包括：其一，加壓處理環(huán)節(jié)的氣壓不足，風(fēng)機(jī)持續(xù)加壓；其二，惰性氣體系統(tǒng)電流模塊出現(xiàn)問題；其三，惰性氣體系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)問題；其四，系統(tǒng)電流互感器無法輸出電流；其五，出口閥本身出現(xiàn)故障。

2.3.2 故障排除方法

根據(jù)以上故障發(fā)生原因，工作人員可按以下流程開展故障排除工作：檢查風(fēng)機(jī)中的工作氣壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，若未達(dá)到則繼續(xù)加壓，若已達(dá)到則進(jìn)行下一步故障排除；檢查惰性氣體系統(tǒng)的電流模塊及轉(zhuǎn)換器，查看其是否按照制定設(shè)置工作；檢查風(fēng)機(jī)的電流互感器，查看其是否有電流輸出；若以上裝置皆未出現(xiàn)問題，工作人員則要檢查風(fēng)機(jī)的開口閥本身是否出現(xiàn)故障，如裝置是否存在漏氣現(xiàn)象或裝置的控制凸輪是否出現(xiàn)松動等。

2.4 風(fēng)機(jī)出口閥調(diào)節(jié)時出現(xiàn)震蕩

2.4.1 故障發(fā)生原因

若風(fēng)機(jī)的出口閥可以正常調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)時出現(xiàn)出口閥不斷顫動的情況，可能是以下原因?qū)е拢浩湟?，電流模塊出現(xiàn)故障；其二，轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障；其三，出口閥擋板機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障；其四，出口閥控制凸輪出現(xiàn)問題；其五，氣源出現(xiàn)問題；其六，電流互感器出現(xiàn)問題。

2.4.2 故障排除方法

根據(jù)上述故障發(fā)生原因，在確定出口閥調(diào)節(jié)不存在問題后，工作人員可按以下流程開展故障排除工作：

第一，使用專業(yè)器具檢測電流模塊，查看是否有電流信號流通，若電流信號無法流通，說明電流模塊已損壞，需要及時更換新的電流模塊；若電流信號流通無障礙，則要進(jìn)行下一步故障排查[7]。

第二，檢查轉(zhuǎn)換器輸入端是否有電流存在，若有，則要對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行檢修，檢查其密封圈是否老化、擋板機(jī)構(gòu)是否阻塞、測量線圈阻值是否存在異常等，及時更換存在故障的轉(zhuǎn)換器。

第三，如果電流模塊和轉(zhuǎn)換器均無故障，應(yīng)查看出口閥本身的擋板機(jī)構(gòu)是否有漏氣或堵塞情況，其內(nèi)部密封圈是否正常，返回彈簧是否能夠正常工作，同時檢查出口閥的控制凸輪是否存在接觸不良的情況，若存在問題，工作人員需及時對相應(yīng)配件進(jìn)行修理或更換。

第四，應(yīng)對惰性氣體系統(tǒng)的氣源進(jìn)行檢查，查看其是否壓力穩(wěn)定，若不穩(wěn)定則需要進(jìn)行專業(yè)處理，待其穩(wěn)定后方可重新投入使用。

第五，檢查電流互感器，確保電流輸出部分不存在接觸不良問題。

2.5 出口閥使用過程中突然關(guān)閉，通大氣閥自行打開

2.5.1 故障發(fā)生原因

出口閥使用過程中突然關(guān)閉，通大氣閥自行打開現(xiàn)象最為常見，故障原因一般包括：其一，惰性氣體系統(tǒng)整體設(shè)備出現(xiàn)重大問題；其二，貨艙內(nèi)氧氣含量此時已接近或超過8%；其三，甲板總管壓力過高（容易超出提前設(shè)置的壓力值）。

2.5.2 故障排除方法

根據(jù)上述故障發(fā)生原因，工作人員在排除故障時，可按以下過程進(jìn)行：先檢查惰性氣體系統(tǒng)的主控制面板，若出現(xiàn)報警提示，則根據(jù)報警提示的具體位置，對系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維修。若未出現(xiàn)報警提示，則要對貨艙內(nèi)的含氧量進(jìn)行檢測，若含氧量達(dá)到8%，需要及時調(diào)整惰性氣體系統(tǒng)；若含氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于8%，則要到甲板總管現(xiàn)場，檢查其壓力數(shù)值與設(shè)定值是否相符，以此避免壓力變換器出現(xiàn)故障。

2.6 氧氣分析儀出現(xiàn)數(shù)值跳動不定

2.6.1 故障發(fā)生原因

若氧氣分析儀出現(xiàn)數(shù)值跳動不定的情況，故障發(fā)生原因一般包括：其一，氧氣分析儀的電池失效；其二，氧氣分析儀無法調(diào)整至滿刻度；其三，氧氣分析儀的檢測流量低于正常值。

2.6.2 故障排除方法

針對氧氣分析儀數(shù)值跳動不定的情況，工作人員可按如下流程排查故障：先檢查氧氣分析儀的電源輸入處是否存在電流，若存在說明電池已失效，需要進(jìn)行更換。若氧化電池?zé)o問題，則需檢查氧氣分析儀是否存在空氣難以壓縮、漏氣、滿刻度位置設(shè)置失誤等問題，并根據(jù)氧氣分析儀說明書進(jìn)行調(diào)整。若調(diào)整后氧氣分析儀依然無法正常工作，則需檢查氧氣分析儀的測量流量，若發(fā)現(xiàn)流量過低，則要檢查氧氣分析儀的轉(zhuǎn)換閥是否存在不正常開合，其濾器是否因長期使用而無法正常工作，氧氣分析儀整體是否具有密封性，檢查后根據(jù)具體問題進(jìn)行維修或更換[8]。

3 案例分析

以某首制油輪惰性氣體系統(tǒng)故障及排除為例進(jìn)行分析。該油輪的主要運(yùn)輸產(chǎn)品為成品油，在成品油登船前，船員對貨艙進(jìn)行了惰化處理，惰性氣體系統(tǒng)運(yùn)行約1h 后，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要開展故障排除工作。

3.1 故障情況

系統(tǒng)故障發(fā)生時主要出現(xiàn)以下幾個現(xiàn)象：其一，氧氣分析儀報警，并提示貨艙含氧量超過8%；其二，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，出口閥關(guān)閉，透氣閥打開；其三，系統(tǒng)經(jīng)重啟后再次出現(xiàn)故障，氧氣分析儀持續(xù)報警；其四，系統(tǒng)停止工作后，經(jīng)緊急檢查發(fā)現(xiàn)不存在鍋爐及系統(tǒng)漏氣問題。

3.2 故障發(fā)生原因排查

系統(tǒng)發(fā)生故障后，工作人員按以下流程進(jìn)行了故障排查：

第一，檢測鍋爐排煙管處氣體含氧量；第二，檢測洗滌塔水封氣體含氧量；第三，檢測水封后甲板總管氣體含氧量。檢測后發(fā)現(xiàn)，這三個取樣點(diǎn)的氣體含氧量均未超標(biāo)，工作人員判定油輪的惰性氣體系統(tǒng)并不存在故障，而氧氣分析儀報警，提示貨艙含氧量超標(biāo)，可能是貨艙含氧量監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。

初步判斷故障原因后，工作人員進(jìn)行了下一步的故障排查：

第一，使用便攜式氧氣分析儀檢測惰性氣體系統(tǒng)工作流程中各個管道內(nèi)的氣體含氧量；第二，使用油輪固定氧氣分析儀檢測同樣地點(diǎn)的氣體含氧量。檢測后發(fā)現(xiàn)，便攜式氧氣分析儀檢測出的氣體含氧量均在安全范圍內(nèi)，多次對比固定氧氣分析儀檢測數(shù)值后發(fā)現(xiàn)，其檢測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

在確定了問題出現(xiàn)在油輪固定氧氣分析儀上后，工作人員對油輪固定氧氣分析儀進(jìn)行了進(jìn)一步的檢查，包括電源是否穩(wěn)定，提前設(shè)置的相關(guān)數(shù)據(jù)是否正確，線路板是否發(fā)生故障，氧氣分析儀壓縮空氣及惰性氣體的壓力是否正常，氧氣分析儀的密封性是否存在問題，氧氣分析儀的流量是否過低，氧氣分析儀的粗濾器是否能夠正常工作。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，油輪固定氧氣分析儀存在漏氣現(xiàn)象。

3.3 故障排除

確定了系統(tǒng)發(fā)生故障的根本原因在于油輪使用的固定氧氣分析儀存在漏氣現(xiàn)象后，工作人員及時聯(lián)系了氧氣分析儀的供應(yīng)商，并要求更換設(shè)備，經(jīng)交涉后，將油輪固定氧氣分析儀更換為最新型號。該設(shè)備由兩臺獨(dú)立的氧氣分析儀構(gòu)成，同時存在兩個傳感器，進(jìn)行故障排查時設(shè)置的三個氣體檢測取樣點(diǎn)的檢測電流信號可以分別傳輸給兩個傳感器，再由傳感器分別傳送至兩個氧氣分析儀。新型氧氣分析儀的優(yōu)勢在于，對惰性氣體系統(tǒng)中氣體含氧量的檢測、分析工作，由兩臺儀器同時進(jìn)行，若兩臺儀器的檢測數(shù)值存在差異，工作人員可以第一時間發(fā)現(xiàn)氧氣分析儀出現(xiàn)故障，并且能簡化惰性系統(tǒng)故障排查流程，能夠大大節(jié)約故障分析及排查所消耗的時間及各種資源，不僅能節(jié)約油輪的運(yùn)營成本，而且能提高油輪運(yùn)營的安全性[9-10]。

4 結(jié)語

要想有效避免海難事故，不僅要不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，合理調(diào)整相應(yīng)的公約條款，還應(yīng)對事故起因進(jìn)行深入思考，并采取有效措施，加以規(guī)避，從源頭上消除安全隱患。為此，對油輪惰性氣體系統(tǒng)的常見故障，以及相應(yīng)的故障排除方法進(jìn)行了研究，以期為廣大油輪工作人員解決突發(fā)故障提供參考。