某輪熱油加熱系統(tǒng)故障案例分析

◎ 曲小龍 王傳耀 廣州打撈局

熱油供熱系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：常壓下熱油初餾點(diǎn)較高，工作壓力低，安全可靠；熱油傳熱均勻，導(dǎo)熱系數(shù)高；穩(wěn)定性好，對管路無腐蝕作用，易管理；液相循環(huán)供熱，無需汽水分離，系統(tǒng)效率高；容易實現(xiàn)精準(zhǔn)的溫控，船用的熱油鍋爐可以使用燃油燃燒器和柴油機(jī)的廢氣進(jìn)行加熱。由于其明顯的優(yōu)勢近年來正逐漸在船上進(jìn)行應(yīng)用推廣。

1.熱油系統(tǒng)組成及原理

某輪的熱油加熱系統(tǒng)屬于Heatmaster產(chǎn)品，鑒于本船的熱油系統(tǒng)比較龐大，僅以艏部機(jī)艙的熱油系統(tǒng)進(jìn)行介紹，其組成及工作過程如下：熱油循環(huán)泵排出的油液首先進(jìn)入3臺熱油廢氣鍋爐的上部，從下部流出后匯集進(jìn)入輔鍋爐的下部，再由其上部流出，然后進(jìn)入用熱設(shè)備，熱油在用熱設(shè)備處釋放熱量后返回到熱油循環(huán)泵。在正常使用某臺主機(jī)運(yùn)行時，該機(jī)的廢氣在相應(yīng)的廢氣鍋爐中對熱油進(jìn)行加熱，當(dāng)熱油溫度無法滿足用熱設(shè)備的需求時，燃油輔鍋爐將根據(jù)溫度設(shè)定自動點(diǎn)火進(jìn)行加熱熱油，如果當(dāng)用熱設(shè)備需求減少，其需求小于廢氣鍋爐產(chǎn)生的熱量時，廢氣旁通翻板將進(jìn)行動作，旁通（或部分旁通）廢氣來實現(xiàn)對油溫的控制。

1.1 廢氣旁通翻板的工作模式

廢氣翻板的控制模式分為旁通開模式、旁通關(guān)閉模式、PLC控制模式，可以在控制箱上通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)選擇，當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)換至PLC模式時，需要在控制面板界面進(jìn)行AUT確認(rèn)，正常運(yùn)行時通常使用PLC自動模式。

1.2 廢氣翻板調(diào)節(jié)原理

廢氣旁通翻板內(nèi)部構(gòu)造為一套雙翻板系統(tǒng)，它們在一個共同的軸上相互連接。一個翻板連接到旁通煙道，一個翻板連接到廢氣加熱器的對流部分。兩個翻板相互成90度的方式連接在一個共同的軸上，當(dāng)一個翻板打開時，另一個翻板將關(guān)閉。廢氣翻板的驅(qū)動器安裝在廢氣鍋爐外部，是一個氣動執(zhí)行器。翻板是由氣動驅(qū)動器和電子控制器結(jié)合控制，當(dāng)處于PLC模式下，廢氣加熱器的熱油出口安裝有PT100，用于測量溫度，當(dāng)熱油溫度升至電子控制器設(shè)定值以上時，廢氣加熱器加熱翻板關(guān)閉，內(nèi)部旁通翻板打開，以便更多的熱源氣體通過內(nèi)路旁通，廢氣爐的功率將會減少。當(dāng)熱油油溫低于控制器設(shè)定值時，旁通翻板將關(guān)閉，主翻板將打開，以增加廢氣加熱器的功率容量。同時該翻板也受加熱器以下安全裝置控制：高溫溫度開關(guān)，廢氣溫度開關(guān)，流量開關(guān)，當(dāng)安全裝置觸發(fā)時，翻板的位置將會自動轉(zhuǎn)換至安全位置，即旁通翻板打開，主翻板關(guān)閉。

2.故障現(xiàn)象

某航次1號主機(jī)以穩(wěn)定負(fù)荷正常運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)該廢氣鍋爐熱油溫度逐漸降低至150℃，導(dǎo)致備用燃油鍋爐啟動對熱油進(jìn)行加熱。對系統(tǒng)進(jìn)行檢查時未發(fā)現(xiàn)有需求量較大的熱用戶介入，同時發(fā)現(xiàn)這臺鍋爐的廢氣翻板旁通路處于接近全開狀態(tài)，然后對報警數(shù)據(jù)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常報警觸發(fā)翻板動作。

根據(jù)控制器油溫的設(shè)定，通常廢氣鍋爐熱油溫度設(shè)置為195℃時翻板進(jìn)行動作，但正常運(yùn)行時廢氣鍋爐熱油出口的溫度僅有170℃左右，通過控制箱旋轉(zhuǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)換至旁通開模式及旁通關(guān)模式時翻板均可以正常動作，再次切換回PLC自動模式時運(yùn)行正常，但是隨著運(yùn)行時間變長（2-3天），發(fā)現(xiàn)該鍋爐廢氣翻板旁通路正逐漸自動打開，導(dǎo)致熱油溫度再次降低。再次手動切換至旁通關(guān)閉模式長期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)閥門正常未有異常調(diào)節(jié)變動。

圖1 熱油工作原理圖截圖

圖2 翻板內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.故障原因分析

根據(jù)上述現(xiàn)象對鍋爐廢氣翻板手動、自動控制模式的控制電路邏輯進(jìn)行分析。執(zhí)行氣缸上裝有閥塊組件，閥塊上設(shè)有進(jìn)排氣電磁閥，通過A孔連接到執(zhí)行氣缸進(jìn)行活塞側(cè)的進(jìn)氣及排氣動作，執(zhí)行氣缸的B孔連通兩邊的彈簧側(cè)通大氣。當(dāng)切換至手動控制旁通關(guān)閉模式時，接觸器25k2閉合使兩路觸點(diǎn)均得電閉合，25Y3進(jìn)氣電磁閥及25Y4放氣電磁閥得電，此時25Y3進(jìn)氣電磁閥得電打開由A孔進(jìn)氣至活塞側(cè)腔室，25Y4放氣電磁閥得電關(guān)閉不放氣，壓縮空氣作用在執(zhí)行氣缸的活塞側(cè)克服兩側(cè)的彈簧力使翻板動作，兩側(cè)彈簧端腔室內(nèi)的空氣被壓縮由B孔排出，旁通路保持關(guān)閉。

當(dāng)切換至手動控制旁通打開模式時，接觸器25k2斷開使兩路觸點(diǎn)均失電斷開，25Y3進(jìn)氣電磁閥及25Y4放氣電磁閥失電，25Y3進(jìn)氣電磁閥失電停止進(jìn)氣，25Y4放氣電磁閥失電打開由A孔進(jìn)行放氣，執(zhí)行氣缸兩側(cè)在彈簧力的作用下讓翻板動作，使旁通路保持打開。

當(dāng)切換至PLC自動模式時且油溫未達(dá)到設(shè)定值時，繼電器54K4一直得電使25Y4放氣電磁閥一直保持在關(guān)閉狀態(tài)，同時在模式切換時且油溫未達(dá)到設(shè)定溫度或重新設(shè)定一個相對現(xiàn)在實時油溫的更高值時，將觸發(fā)繼電器54K3得電，進(jìn)氣電磁閥25Y3開始進(jìn)氣，執(zhí)行時間為3min，繼電器54K3失電，進(jìn)氣電磁閥25Y3停止進(jìn)氣，依靠密封在進(jìn)入執(zhí)行氣缸活塞側(cè)的壓縮空氣使其翻板保持在旁通路關(guān)閉位置。

圖3 廢氣翻板控制電路圖

當(dāng)熱油溫度達(dá)到設(shè)定值時，PLC觸發(fā)進(jìn)行PID控制，放氣電磁閥首先失電進(jìn)行放氣，將翻板動作至旁通路全開位置，然后放氣電磁閥得電保持關(guān)閉不再放氣，此時PLC根據(jù)熱油溫度作為反饋進(jìn)行PID控制，調(diào)整進(jìn)氣電磁閥的得電時間來控制進(jìn)入執(zhí)行氣缸的空氣量，從而調(diào)整了廢氣翻板開度的大小，根據(jù)熱用戶的波動、油溫的變化，往復(fù)循環(huán)以上動作調(diào)整直到使油溫保持在設(shè)定值。

當(dāng)油溫超過設(shè)定溫度很高時，進(jìn)放氣電磁閥都會處于失電狀態(tài)，直到溫度降至設(shè)定值會再進(jìn)行調(diào)節(jié)。在搞清楚控制邏輯后分析1號鍋爐油溫從未達(dá)到過設(shè)定溫度，處于PLC自動模式時，進(jìn)氣電磁閥根據(jù)模式及油溫調(diào)節(jié)動作后不再對執(zhí)行氣缸內(nèi)活塞側(cè)進(jìn)行補(bǔ)氣，而此時氣缸緩慢往旁通方向動作，說明執(zhí)行氣缸內(nèi)活塞側(cè)的壓縮空氣發(fā)生了泄露，該氣動執(zhí)行器內(nèi)部活塞便在彈簧力的作用下緩慢移動。用泡沫液對執(zhí)行器彈簧側(cè)通往大氣的B口進(jìn)行查漏，發(fā)現(xiàn)有輕微泄漏，這便是廢氣翻板出現(xiàn)慢慢關(guān)閉的原因。見圖4。

圖4 氣動執(zhí)行器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

本次故障較為隱蔽，執(zhí)行器的輕微泄漏從外觀難以發(fā)現(xiàn)，需要對廠家的PLC控制邏輯完全了解才能找到問題所在，但偏偏一些國外廠家為了技術(shù)保護(hù)對一些控制邏輯在說明書里沒有說明，需要主管人員在現(xiàn)場通過對設(shè)備運(yùn)行情況多觀察思考，才能找到問題所在。

4.結(jié)語

在遇到這種故障時，如果執(zhí)行氣缸備件充足，更換內(nèi)部膠圈密封環(huán)即可解決，但在缺乏備件時可切換至手動模式應(yīng)急使用，但應(yīng)注意熱用戶及主機(jī)負(fù)荷對熱油溫度的影響，防止熱油溫度超出安全值。通過對Heatmaster熱油加熱系統(tǒng)的介紹及對鍋爐廢氣翻板說明書上沒有提到的工作邏輯原理進(jìn)行了詳細(xì)描述，有助于加深對該系統(tǒng)的理解、管理及維護(hù)。鍋爐作為船舶的重要輔助設(shè)備之一，直接關(guān)乎著船舶能否適航，作為輪機(jī)管理人員應(yīng)對其有充分的了解，便于發(fā)現(xiàn)問題及時解決，做好相關(guān)日常維護(hù)，為船舶正常航行提供保障。