老齡船自控儀表故障在航行中的應急處置

趙富國，譚 鵬，項衛東，王 超

(中國衛星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

老齡船自控儀表故障在航行中的應急處置

趙富國，譚 鵬，項衛東，王 超

(中國衛星海上測控部，江蘇 江陰 214431)

為了減少老齡船舶動力系統故障，確保船舶航行安全，通過排除自控調節系統鍋爐燃油壓力在航運中出現的故障，文章闡明了自控儀表在動力系統中的復雜性及其重要作用，分析了自控調節系統發生故障的原因，提出了檢查船舶自控調節系統應當遵循的方法，并結合實際工作經驗對如何降低故障的發生，提出了預防措施和建議，對老齡船舶的自動控制系統維護修理具有一定的借鑒意義。

老齡船舶；自控儀表；燃油壓力；應急處置

在進入新世紀以來，隨著科技的迅猛發展，船舶動力控制系統已進入電控智能自動化時代，但在上世紀90年代前后仍有大量的船舶在使用氣動自動控制系統。眾所周知，船越老故障率就越高，因此有效維護這一自動控制系統，對于老齡船的航行安全有著舉足輕重的作用。

某2萬噸汽輪機船舶的動力自動控制調節系統，系采用上海自動化儀表一廠的C系列氣動單元組合儀表和上海自動化儀表七廠生產的氣動執行機構ZMAP-64型氣動薄膜調節閥組成的，它是專門為船舶動力自動化而設計的一套控制儀表，它以壓縮空氣作控制能源，采用通用的信號制(0.2～1.0 MPa)。C系列氣動單元組合儀表一般與變送單元、顯示單元、調節單元、給定單元、輔助單元、執行機構等組合使用。它是對船舶動力設備的溫度、壓力、流量、液位等進行自動調節控制。該船舶鍋爐燃油壓力自動控制調節系統的主要作用是用來自動保持2臺鍋爐同步，燃油分配箱前燃油總管中壓力為額定值，為32T/H主鍋爐提供與負荷相適應的燃油壓力、流量的化學能，使鍋爐為汽輪機提供優質的蒸汽能源，為保證船舶的航行安全提供動力保障。

1 系統的組成及工作原理

1.1 燃油壓力自控系統的組成

該船鍋爐的燃油壓力自動控制系統是由6臺設備：QBY-31-C型氣動壓力變送器、QXZ-405-C型號四針指示調節儀、QFB-100-C型氣動副線板、QGC-1-C型氣動參數定值器、ZMAP-64型氣動薄膜調節閥、ZPQ-11型閥門定位器及附件減壓閥組成。燃油壓力控制流程如圖1所示。

圖1 燃油壓力控制流程示意圖

1.2 燃油壓力自動調節回路的工作原理

鍋爐燃油壓力自動調節回路中的燃油壓力脈沖信號，取自燃油加熱器出口至2臺燃油同步分配箱前燃油總管上，通過氣動壓力變送器測量燃油管道上的脈沖信號，并把它轉換成相應的氣壓信號(燃油壓力2.6 MPa時對應氣壓信號為0.64 MPa)。該氣壓信號輸入到氣動四針調節儀中，并與給定信號相比較。當給定信號在鍋爐100%工況時為0.64 MPa(燃油壓力2.6 MPa)，而當鍋爐由100%工況上升到117%工況時給定信號由0.64 MPa上升到0.76 MPa(給定信號的變化是由蒸汽壓力調節回路中的四針指示調節儀，輸出到參數定值器中，再輸送至燃油壓力四針指示調節儀中)。這時氣動四針調節儀中的測量信號低于給定值，經過四針調節儀中比例積分調節作用，四針指示調節儀就輸出控制氣壓信號作用到氣動薄膜調節閥，使閥門開啟到相應的位置，以調節來自燃油泵出口的回油流量大小，保證燃油壓力達到鍋爐在117%工況下所要求的3.5 MPa 。

以燃油壓力為例，對鍋爐燃燒情況進行分析。當負荷出現變化時，鍋爐爐膛供油量也隨之變化，燃油總管中燃油壓力也跟著變化，若負荷降低會導致燃油壓力增加，氣動壓力變送器輸出信號將產生正偏差。由于氣動四針指示調節儀以正作用方式工作，正偏差在經過比例積分調節作用后輸出氣壓信號，經過正作用的閥門定位器，作用到氣動薄膜調節閥上，即控制氣壓信號增加，閥門開度增加，燃油泵出口回油流量就增加，以保證燃油總管中的燃油壓力回復到2.6 MPa，從而實現了過程控制的實時跟蹤調節[1]。圖2為燃油壓力系統原理示意圖。

圖2 燃油壓力系統原理示意圖

2 設備異常狀態及影響

2.1 設備異常狀態

該船在一次海上航行過程中，由于天氣預報不及時和誤報，致使船舶錯誤的進入臺風區域，為保證該船順利沖出臺風圈，船舶動力系統的值班人員正在按照駕駛室要求的車令轉速，通過自控儀表對鍋爐進行著加減負荷。突然，值班操作員發現燃油壓力四針調節儀操作失靈，出現卡死現象，并馬上確定了四針指示調節儀的定值器損壞。在此種情況下應緊急轉入燃油壓力副線板操作，然而轉到副線板調至100%最低刻度竟然也不能降低油壓，這時燃油壓力已飆升至4.3 MPa ，蒸汽壓力也達到了5.2 MPa ，分別超出了超負荷狀態3.5 MPa和5.1 MPa的限值。

2.2 異常狀態引起的后果

設備出現如此緊急狀況，如果處理不及時，就會因燃油壓力與鍋爐蒸汽壓力過高使安全閥起跳，造成鍋爐失壓、失水。此時主機如果不及時降低負荷將會加速蒸汽量迅速流失，從而引起主機失去動力源，同時導致汽輪發電機因汽源流量不足而不能發電，不僅對設備造成極大的損害，還有可能直接影響到船舶的航行安全和人員的生命安危。此時，對出現的突發問題應當沉著冷靜、迅速故障定位，正確處理。即要保持主機航速和發電機發電還要保證鍋爐安全閥不起跳，防止鍋爐失壓、失水，造成停爐、停機、停電事故的發生。

3 設備異常原因分析及修復

3.1 異常狀態的原因分析

圖3 薄膜調節閥結構示意圖

圖3為薄膜調節閥結構示意圖。上述現象表明，既然副線板亦不能對薄膜調節閥進行控制調節，基本可以確定最主要的故障原因不是四針定值器損壞引起的，因為副線板是四針指示調節儀的備用設備。那么說明真正的故障應該出在薄膜調節閥組件上，隨后又按照從易到難順序依次對減壓閥、閥門定位器、薄膜調節閥進行了仔細的檢查。首先發現減壓閥的氣壓偏低，只有0.12 MPa(標準參數應是0.15 MPa),因此對其進行調整。由于設備老化調節螺釘已不能調節，只好將減壓閥作換新處理。換減壓閥的過程中發現閥桿是可以動作的，判斷薄膜調節閥的膜片未損壞，并打開膜蓋頂端的螺栓查看有無漏氣現象，通過檢查確定膜片沒有損壞。然后把減壓閥氣源調至所需壓力0.15 MPa，又用四針指示調節儀對薄膜調節閥進行了調試,發現燃油壓力仍然不能調節。那么，現在氣源已符合標準，減壓閥也沒有問題。隨后又對閥門定位器進行調試，發現定位器的控制信號輸出正常，那么作用到氣動薄膜調節閥上，閥門開度亦應增大，可這種正常現象并沒有出現。既然閥門定位器的輸出信號沒有問題，說明從閥門定位器到四針之間的管路設備都已沒有問題，那么判斷是氣動薄膜調節閥內部控制信號損失。既然薄膜調節閥的膜片是好的，基本確定是薄膜閥內的壓縮彈簧出了問題或者是閥桿上的密封皮碗破裂。把薄膜調節閥拆下來進行檢查，依次拆開上膜蓋、下膜蓋、薄膜片、推桿、壓縮彈簧、調節件等。拆開后發現故障的原因果然是出在壓縮彈簧和閥桿與下膜蓋的密封皮碗套件上，由于壓縮彈簧已出現了疲勞性松馳，而最主要的是閥桿與下膜蓋的密封皮碗套件上有一處小裂縫，從而致使閥門定位器的輸出控制信號經裂縫處泄漏。因薄膜調節閥是氣開式，那么它的控制信號漏掉了，閥門自然也就打不開，閥門頂不開，回油也就回不了，進油壓力必然是居高不下，至此問題的關鍵原因已經查明。

3.2 異常狀態的修復

首先在檢查問題之前，為防止過熱蒸汽壓力四針調節儀自動關閉油槍，使燃油壓力再次突然升高，導致油泵過載跳閘。因此，采取緊急措施直接將過熱蒸汽壓力調節轉入手輪操作，同時迅速將燃油壓力薄膜調節閥回油旁通閥打開，使油壓降到3.0 MPa斷電以下，使鍋爐暫時處于穩定的工作狀態。

然后緊急對四針指示調節儀的手操定值器進行修理,由于定值器沒有單獨的備件,只好對四針調節儀作換新的處理，經過換新后發現四針卡死現象雖然消除了,但燃油壓力不能降低的故障現象依舊，從而進一步證明不是四針故障引起的油壓調節失靈。圖4為四針指示調節儀的定值器結構原理示意圖。

圖4 定值器的結構原理示意圖

接下來對氣動薄膜調節閥進行緊急拆解，首先找來閥桿與下膜蓋的密封皮碗備件，以備更換使用。利用一字與十字螺絲刀、開口板手以及內六角等工具，拆下薄膜調節閥的上膜蓋、下膜蓋、薄膜片、推桿、壓縮彈簧、調節件等各部件，利用油脂、精細砂紙對推桿與皮碗結合處以及調節件等密封面進行仔細的清潔、研磨，確定清潔研磨完畢，按照反向順序將備件密封皮碗和拆下的各部件依次安裝，最后再對壓縮彈簧進行壓縮安裝，安裝好后檢查有無漏氣情況，然后再進行系統調試，經過一系列的異常狀態分析、設備排查、故障修理安裝、調試，設備恢復正常，運行平穩。

3.3 故障產生的原因

1)薄膜調節閥故障產生的原因主要是近年來航運較多、出海時間長、設備使用比較頻繁。

2)設備正常使用磨損等原因。

3)環境溫度高，促使皮碗老化。

4)燃油溫度偏高，熱傳遞加速設備的老化。

4 預防措施和建議

1)因氣動薄膜執行機構的波紋薄膜是橡膠制品零件，其在低溫時易硬化變脆，高溫時加速老化，所以氣動薄膜閥使用環境溫度應當在-30～60 ℃內。

2)由于氣動薄膜調節閥所控制的流量較小，應當經常清潔冷、熱過濾器。

3)工作中定時檢查氣源、減壓閥、定位器、變送器等有無損壞漏氣現象。

4)應經常檢查管路及管接頭的氣密性，必要時對管路進行吹掃[2]，氣源壓力是否符合(0.15 ±10%) MPa的要求。

5)定期拆檢氣動薄膜調節閥的薄膜片和閥桿密封皮碗有無漏氣現象。

6)控制燃油溫度在60～120 ℃內。

7)安裝時要正確操作，防止閥體變形。

8)做好備用閥件的維護保養工作。

5 結束語

老齡船舶自動控制調節系統、管路、設備結構復雜，作為鍋爐、主機的自控調節系統，在工作中至關重要，其工作的好壞將直接影響鍋爐、主機的正常運行，進而影響航行的安全和生命財產。文中通過對某貨船鍋爐燃油壓力自控調節系統出現的異常狀態進行了原因分析，對存在的問題采取各項針對措施，通過實踐檢驗，切實可行。及時避免了一次嚴重事故的發生，為老齡船舶的自控調節系統維護修理提供了一定的參考。

[1] 樂嘉謙.儀表維修工[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2] 張西京. 自動儀表在電站鍋爐上的作用[J].科技風，2012(5):103.

To reduce faults on aged ships' power systems and achieve the safety sailing,complexity of auto-control instrument and its importance for power system are expounded in this paper with the fault cause analyzed and methed to be followed in checking of the ship auto-control system,combined with the working experience on how to reduce the faults,some preventive measures and suggestions are put forward,which offers reference for maintenance of aged ships' auto-control instrument.

aged ship;auto control instrument;fuel pressure;emergincy treatment

趙富國(1974-)，男，山東沂水人，高級技師，大學本科，研究方向為船舶動力系統。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.012

2016-01-11