船舶NAKAKITA燃油黏度控制系統故障診斷處理

黃建華

（蛇口明華船務有限公司 深圳 518067）

0 引 言

目前所有大型船舶柴油主機和部分發電用柴油機幾乎都燃用重油，目的是為了進一步降低營運成本。這種油在常溫下黏度很高，在管路中難以輸送，更不能直接噴入氣缸進行燃燒，所以必須預先加熱，使其黏度降低到規定的范圍內［1］。對于不同品種的燃油，在溫度條件相同的情況下，其黏度差異很大，因此在現代船舶，燃油進入高壓油泵前，一般不采用溫度控制而是采用黏度控制［2］。

NAKAKITA型燃油黏度控制裝置是NAKAKITA SEISAKUSHO公司的成熟產品，其可靠性高、故障率低、管理方便，能把燃油黏度穩定控制在最佳噴射黏度上，在現代船舶被廣泛應用。但是，自動控制裝置一旦出現故障，燃油黏度就會偏離最佳設定值。而燃油黏度異常會導致燃油設備卡阻損壞或燃油燃燒不良，影響動力裝置的可靠性、安全性、經濟性。

1 系統組成及工作原理

NAKAKITA型燃油黏度控制系統如下頁圖1所示。它主要由測黏計、差壓變送器、調節器及氣動調節閥等部分組成。

系統中各元件主要參數：

（1） 測黏計

型號：NS777C； 黏度測量量程：0～30×10-6m2/s；初始檢測壓差量程：0～0.067 MPa［3］。

（2）差壓變送器

型號：Y/13A1；初始設定量程：0.067 MPa；量程可調范圍：0.5～0.216 MPa；控制空氣壓力（輸出）：0.02～0.1 MPa［4］。

圖1 NAKAKITA型燃油黏度控制系統

（3） 調節器

型號：NS VBT732；控制特性：PID；控制方式：正作用式；黏度刻度范圍：0～30×10-6m2/s；控制空氣壓力（輸出）：0.02～0.1 MPa［5］。

測黏計用來檢測燃油加熱器出口燃油黏度，并把燃油黏度值成比例地轉換為壓差信號，作為黏度實際值送至差壓變送器，差壓變送器把該壓差信號成比例地轉換為0.02～0.1 MPa氣動信號后再送到調節器和指定儀表。調節器根據燃油黏度測量值與給定值相比較所得到的偏差值，按比例積分、微分作用規律輸出一個控制信號來改變氣動調節閥開度，改變對燃油加熱強度，使燃油黏度維持在給定值［6］。

2 故障診斷處理

NAKAKITA燃油黏度控制系統調節反應遲鈍、不穩定等現象直觀易發現；系統調節穩定及時而黏度測量顯示值偏離真實值（真實值偏離給定值），不易察覺，故障較為隱蔽。

2.1 測量顯示值偏離真實值

2.1.1 調節器測量指示機構

調節器測量指示機構故障主要有：

·測量桿初始調定不符現狀；

·測量桿間連接處過度磨損。

（1）測量桿初始調定不符現狀

調節器測量彈簧管長期使用過程中性能狀態發生變化或測量彈簧管換新使得測量桿初始調定不符現狀。

調定方法原理與步驟［5］可參考圖2。

圖2 調節器測量指示機構/調整方法原理圖

①測量桿間角度調整。燃油真實黏度為量程中間各值時，使測量指針位于其對應刻度。

松開固定螺釘F，調節B桿和G桿的長度，校正C、D桿與E桿間角度。曲線形狀（撓曲度）改變，始、終點不變（如線條1）。

②零點調整。燃油真實黏度為0時，使測量指針位于0。

調節螺桿B。曲線始點改變，形狀和傾斜角不變，整根曲線平行上移或下移（如線條2）。

③放大率調整。燃油真實黏度為滿量程時，使測量指針位于滿刻度。

改變C桿與D桿的長度比例，實際操作中僅需調節螺桿C。曲線傾斜角改變，始點不變（如線條3）。

④ 重復①、②、③操作，直至滿意。

實際操作中，可根據 V黏度=K·（P輸入-0.2）對應關系，K=V黏度量程／0.8，用與黏度真實值相對應的氣壓輸入調節器測量管，記下黑色指針讀數，檢查讀數是否相符，在圖2畫出曲線圖判斷需如何調整。實際使用中極少需要進行角度調整。

（2）測量桿間連接處過度磨損

測量桿間連接處過度磨損多是由于差壓變送器至調節器氣路中阻止壓力改變的慣性作用削弱，造成進入調節器測量彈簧管氣壓波動振幅大、頻率高，測量桿與銷子在孔徑處長期頻繁震動和彼此轉動剪切磨損。只要及時調整好定容氣室前針閥開度，保證其有理想的阻尼效果，此類故障還是極少發生。

2.1.2 差壓變送器

差壓變送器造成顯示值偏離真實值的常見原因：

·零點不準；

·量程不符。

（1） 零點不準

零點輸出氣壓小于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值小于真實值，原因有差壓變送器的放大器膜片漏氣、恒節流孔臟污、噴嘴擋板間初始開度過大。

零點輸出氣壓大于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值大于真實值，原因有差壓變送器的噴嘴臟污、噴嘴擋板間初始開度過小。

噴嘴擋板間初始開度過小/過大，必須調零。但調零之前，應消除放大器臟污損壞、恒節流孔及噴嘴擋板臟污對零點影響。

零點輸出氣壓偏小，檢查或清潔放大器及恒節流孔［4］（參考圖 3）。

圖3 差壓變送器放大器/剖面圖

①關閉氣源。

② 旋出兩個長螺釘A，卸下放大器，注意背面孔道墊床，防止損壞。

③用鑷子取出恒節流孔，先用0.18 mm通針清通，再用電器清潔劑噴洗。

④ 旋出兩個短螺釘B，解體放大器。注意細小部件位置，檢查膜片是否老化破損，勿動彈簧片彈力調節螺釘，否則需要專用設備校驗。電氣清潔劑清潔所有孔道及腔室中油泥，壓縮空氣吹干。

⑤裝復后，零點檢查，據需調節調零螺釘。

零點輸出氣壓偏大，檢查或清潔噴嘴擋板［4］（參考圖 4）。

圖4 差壓變送器噴嘴擋板機構

①關閉氣源。

②松開噴嘴螺母。注意不要讓對側焊接螺母轉動。

③ 松開卡環螺釘，旋轉S形卡環，取出噴嘴彎管。0.73 mm通針清通，電器清潔劑噴洗，壓縮空氣吹干。

④擦除擋板頂部污跡，按相反順序裝回噴嘴。

⑤裝復后，零點檢查，據需調節調零螺釘。

（2） 量程不符

系統長期在線運行后，測黏計齒輪泵磨損造成初始調定量程不符現狀而相對偏大，導致黏度測量顯示值小于真實值，需重新校正調整；

人為因素誤調偏大/偏小，導致黏度測量顯示值小于/大于真實值，需糾正調整。

量程調整之前，必須先清除各種影響因素，例如測黏計毛細管臟堵、齒輪泵結垢、安全閥泄漏等（量程調整見后述）。

2.1.3 測黏計

測黏計引起顯示值偏離真實值的原因包含：

·測黏計毛細管臟堵，導致黏度測量顯示值大于真實值；

·測黏計毛細管內徑腐蝕變大、油泵磨損、安全閥泄漏，導致黏度測量顯示值小于真實值。

處理方法如下：

·解體清潔或更換毛細管；

·修復或更換安全閥、齒輪泵；

·量程校對與調整。

某輪主機燃油黏度給定14×10-6m2/s。系統在線工作，調節器測量指針一直超滿量程，氣動調節閥一直全開，燃油溫度不可控上升，無法自動控制。

主管人員手動調節蒸汽加熱截止閥開度，控制燃油溫度 （參考副機燃油黏度為14×10-6m2/s時的燃油加熱溫度），保持燃油真實黏度為14×10-6m2/s。此時，調節器測量指針仍在超滿量程。

船舶機動航行時，主機耗油率不斷變化，當值人員需不斷改變蒸汽加熱截止閥開度，維持進機燃油黏度，給管理帶來極大不便。

顯然，燃油黏度測量顯示值（超滿量程）遠大于燃油黏度真實值（14×10-6m2/s）。

（1）零點檢查，差壓變送器輸出氣壓0.02 MPa，調節器黏度指示為0。

（2）輸入0.06 MPa、0.1 MPa氣壓至調節器測量管，黏度指示分別為 15×10-6m2/s、30×10-6m2/s。

綜前分析可知，差壓變送器零點正確，調節器測量指示機構正常，故障點是測黏計毛細管臟堵。

拆下測黏計毛細管，發現臟堵嚴重。煤油浸泡、通針清通、壓縮空氣吹干后，檢查狀態良好，裝復。

系統恢復工作，調節器紅色指針給定在14×10-6m2/s。黑、紅色指針穩定重合時，燃油加熱溫度遠遠低于真實黏度14×10-6m2/s所對應溫度。逐步降低給定值，當燃油溫度與真實黏度14×10-6m2/s所對應溫度相同，黑、紅色指針重合在9×10-6m2/s。

燃油黏度測量顯示值（9×10-6m2/s）遠小于真實值（14×10-6m2/s），與前述故障現象相反。故判斷故障點應為測黏計的油泵過度磨損或安全閥異常泄漏。

再次解體測黏計，拆出油泵，目測油泵齒輪，稍有磨損，無明顯損傷。

拆下的安全閥，用0.1 MPa氣壓做功能試驗，安全閥排出口漏氣明顯。

解體安全閥，發現安全閥閥座有燃油沖蝕凹痕，逐用PT1/4悶頭封住安全閥連接口（待申請備件更換），裝復各元件。此條件下，燃油黏度超過2 000 RW No.1時，絕對禁止啟動測黏計，避免損壞相關元件。

系統投入運行，燃油溫度穩定在真實黏度14×10-6m2/s所對應溫度，黑色指針指示13.2×10-6m2/s，黏度顯示值略小于真實值，原因是齒輪泵微磨損，可通過校正量程處理。

首先，對測黏計測量壓差量程校驗［3］（參考圖5）。

圖5 黏度和測量計測量壓差

① 根據測黏計銘牌上標注的測量壓差量程（0～0.067 MPa）與調節器黏度顯示刻度量程（0～30×10-6m2/s）的關系，畫出斜線1，斜線1為出廠時測黏計測量壓差與黏度的線性關系。

② 過 A 點（14×10-6m2/s），B 點（13.2×10-6m2/s）各畫一縱線，直線B-IS1與斜線1交于IS1。

③ 過IS1點畫一水平線與縱線A-IS2交于點IS2。

④ 通過坐標原點與點IS2畫一斜線2，斜線2為應校正的測黏計測量壓差與黏度的線性關系。

由圖5可知，測黏計應校正的測量壓差量程為0.063 MPa，其在差壓變送器可調量程允許范圍內（0.5～0.216 MPa）。否則需另查明原因，例如測黏計齒輪泵嚴重磨損、毛細管內徑過度腐蝕變大、測黏計馬達轉速異常降低等。

在此只需調量程，實際調量程操作如下：

① 手動控制燃油溫度穩定在真實黏度14×10-6m2/s所對應溫度。

②開啟高、低壓檢測閥，關閉檢測平衡閥，松開量程調節輪鎖緊螺母，轉動量程調節輪至調節器測量指示為14×10-6m2/s，上緊鎖緊螺母。

③開啟平衡閥，關閉高、低壓檢測閥，調節調零螺釘使差壓變送器輸出氣壓為0.02 MPa。

④重復②、③步驟至零點和量程在理想范圍。

調節器紅色指針給定14×10-6m2/s，燃油加熱溫度正常。至此，故障才徹底消除。發生故障的根本原因是管理人員保養不及時、管理不善。故障機理是：

不潔燃油進入毛細管中未及時清潔，毛細管臟堵嚴重，兩端測量壓差大，導致調節器測量指針超滿量程而無法回到給定值。調節器根據兩者偏差值輸出控制氣壓，全開氣動調節閥加熱燃油，燃油溫度不可控上升。

主管人員一直未排除故障，手動控制燃油溫度、維持燃油黏度的情況下，各儀表還在線運行。測黏計未停止運轉，毛細管臟堵越來越嚴重，最終導致安全閥開啟。燃油長期沖蝕安全閥閥座、閥芯而使其產生凹痕，復位后發生漏泄，再加上此輪已營運十幾年之久，測黏計齒輪泵產生一定磨損。因此，在排除初始故障后，黏度測量顯示值就小于真實值。

需強調一點，主管人員無法排除故障時，應先切除系統工作，再調節氣動調節閥頂部的手操閥盤調節燃油加熱溫度，避免進一步引起各設備、儀表損壞，從而避免故障擴大化、復雜化。

2.2 測量指針不能及時、穩定、重合在給定值

2.2.1 氣路污染

調節器的黑色測量指針不能及時、穩定、重合在給定值多是不潔氣源造成調節器的控制器氣路污染或堵塞，特別是恒節流孔易堵［6］。

首先要消除氣源不潔的原因，然后清潔被污染元件。調節器的功率放大器拆卸、清潔步驟與差壓變送器基本相似。區別在于前者的恒節流孔帶有0.2 mm直徑的自清潔通針，按下通針即可清潔恒節流孔，更為方便；其功率放大器內部采用彈簧代替后者可調彈力的彈簧片功能，內部各元件解體、清潔可更為徹底。

清潔調節器噴嘴擋板的操作也較為簡單。

（1） 噴嘴清潔

旋下比例帶旋鈕上的旋塞，用0.4 mm通針清通噴嘴氣道內油泥（注意插入深度，不可用力過猛，防止擋板變形），再用電氣清潔劑噴射氣道、壓縮空氣吹干。

（2） 擋板清潔

轉動比例帶旋鈕一角度，使擋板暴露，用電氣清潔劑于側面即可清潔擋板。

應該著重指出，氣源干凈是各氣動儀表長期、可靠、穩定工作的首要條件。

2.2.2 調節器控制參數設定不適

實際在船的調節器都為特定場合安裝好，控制參數都設定在理想狀態，穩定性好，一般無需調節［6］。日常使用中在保證噴嘴、擋板、放大器、氣源等干凈正常前提下，只需把握三點：

系統工作不穩定，測量指針不能穩定在給定值（震蕩頻率小）時，適當調大比例帶或積分時間；

系統達到穩定平衡狀態，測量指針與給定值不重合時，適當調小積分時間；

系統調節反應遲鈍時，適當增大微分時間。

2.2.3 其他因素

除了氣源污染氣路和控制參數設定不當，還要考慮其他因素。例如執行機構（氣動調節閥）傳動部分的間隙、定容氣室前針閥開度、溫度控制系統中蒸汽壓力波動、油氣分離室有空氣、密封液體被燃油污染等，應對其進行檢修。

3 故障診斷排除流程

NAKAKITA燃油黏度控制系統的某一故障可以呈現多種異常現象，例如調節器積分時間太大，可表現為測量指針與給定指針不重合、系統調節不靈敏等；而同一故障現象可能有一種或幾種原因，例如測量值偏離真實值，原因可能在于調節器測量指示機構、差壓變送器、測黏計等。為此，根據在船系統常見的故障現象及原因，遵循解決故障從易到難的原則，列出故障診斷排除流程圖（見圖6），希望給故障分析和排除帶來事半功倍的效果。

圖6 NAKAKITA燃油黏度控制系統故障診斷排除流程

4 結 論

氣動儀表氣路污染或堵塞等造成自動控制系統調節反應遲鈍、不穩定等現象直觀易發現；如系統調節及時穩定（黑、紅色指針及時穩定重合），對于測量、信號轉換、指示機構引起燃油黏度顯示值偏離真實值導致燃油進機溫度增高/降低的故障，若不仔細觀察比較，往往會以為燃油加熱溫度變化僅僅是由于不同港口加裝燃油油質不同所造成，從而錯誤地認為燃油黏度正常。此類故障隱蔽易忽略。因此為了保證系統可靠、穩定、精確運行，管理人員至少應做到：

（1）空氣瓶勤放殘水，各過濾減壓閥每天底部放殘；

（2）及時調節好緩沖氣室前針閥開度；

（3）每隔幾天按一次裝在恒節流孔上的通針；

（4）根據氣源潔度，擇期清潔各噴嘴擋板機構；

（5）每三個月校對差壓變送器零點；

（6）每三個月參照供油公司提供的油品黏溫特性表查出燃油給定黏度對應的溫度或主、輔機燃油加熱溫度互為參考，比較分析，按需校正差壓變送器量程；

（7）每年校驗調節器測量指示機構；

（8）每1～2年檢查并清潔測黏計毛細管、齒輪泵。

［1］杜榮銘.船舶柴油機［M］.大連：大連海事大學出版社，2002.

［2］鄭鳳閣，李凱.輪機自動化［M］.大連：大連海事大學出版社，1999.

［3］Nakakita Swisakusho.Instruction For NS-777C Viscosity Transmitter Unit［M］.Japan：Nakakita Seisakusho.1991.

［4］Nakakita Swisakusho.Instruction For Y/13A d/P Cell Transmitter［M］.Japan：Nakakita Seisakusho.1973.

［5］Nakakita Swisakusho.Instruction For NS-732 Automatic IndicatingController［M］.Japan：NakakitaSeisakusho.1986.

［6］李世臣，徐善林.輪機自動化［M］.大連：大連海事大學出版社，2008.