惰性氣體系統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

在油輪航運史上發生過多起嚴重的海難事故，對公眾的生命健康安全與財產安全造成了極大的損失，也對海洋環境造成了一定的污染。這些事故多源為油輪火災或爆炸[1]。而引發油輪發生火災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輸產品——原油或成品油。而火種在照明等常用設施中普遍存在，因此想從火種與可燃物方面下手，避免火災或爆炸幾乎是不可能的，控制氧氣則成為規避油輪火災安全的關鍵。因此，惰性氣體系統在我國油輪上的使用越來越普遍。《國際消防安全系統規則》中規定，油輪貨艙中的大氣含氧量應保持在8%以內，以此保證貨艙安全[3]。因此，分析及排除惰性氣體系統的含氧量故障，有極大的現實意義。

1 惰性氣體系統運行機制

在我國常見的油輪惰性氣體系統中，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生的廢氣收集起來，經過過濾與冷卻后，將之傳送至風機，經風機加壓處理后，在甲板處進行水封，最后再將處理過的廢氣送入貨艙[4]。第二種主要為獨立的燃氣發生裝置，需要利用專門的燃燒器燃燒柴油，對所產生的燃氣進行“冷卻—脫硫—除塵—除濕”處理后，得到高質量的惰性氣體。

油輪惰性氣體系統的運行機制一般為：第一，選擇系統全自動廢氣模式，并選擇合適的鍋爐及風機；第二，按下廢氣處理開始按鈕，惰性氣體系統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入洗滌塔和甲板，約10s 后水位達到提前設定的正常值；第四，系統啟動風機，并保證風機運行中其出口閥是完全關閉的；第五，風機正常運行后，根據甲板主管線壓力的變化，系統自動控制其出口閥的開度；第六，若甲板主管線壓力上升，系統為廢氣加壓的需求降低，則風機工作負荷降低，進而使得馬達最終輸出的電流下降，輸出氣壓信號下降，使風機的出口閥開度減小，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機控制，還需要調控大氣部分——在甲板總管增加設置壓力變送器，壓力變送器接收到的壓力達到提前設定的壓力值時，系統調整通大氣閥的開度，保證甲板總管壓力平衡；第八，當甲板總管壓力超出提前設定的壓力值時，通大氣閥開度增加，總管壓力下降，反之同理，即當總管壓力低于設定壓力值時，通大氣閥開度減小，總管壓力上升。

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

2 常見惰性氣體系統含氧量故障分析及排除

2.1 系統整體無法啟動

2.1.1 故障發生原因

若系統整體無法啟動，故障原因一般有以下幾種：其一，系統電力來源出現問題；其二，系統電力分路的保險出現故障；其三，系統設備出現重大問題[5]。

2.1.2 故障排除方法

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

2.2 風機部分無法啟動

2.2.1 故障發生原因

若風機部分無法啟動，故障原因一般有以下幾種：其一，風機無電源提供電力；其二，風機控制系統中的開關被調整為手動控制模式；其三，風機CPU故障。

2.2.2 故障排除方法

風機部分無法啟動時，工作人員應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，接下來要檢查風機控制系統，查看惰性氣體系統能否自動控制風機，若此處無故障，則應檢查風機設備，查看其CPU 運行是否正常，若是CPU 出現問題，就需要及時更換新風機。

2.3 風機出口閥無法開啟或無法調節開度

2.3.1 故障發生原因

若出口閥出現問題，故障原因一般包括：其一，加壓處理環節的氣壓不足，風機持續加壓；其二，惰性氣體系統電流模塊出現問題；其三，惰性氣體系統轉換器出現問題；其四，系統電流互感器無法輸出電流；其五，出口閥本身出現故障。

2.3.2 故障排除方法

根據以上故障發生原因，工作人員可按以下流程開展故障排除工作：檢查風機中的工作氣壓是否達到標準點，若未達到則繼續加壓，若已達到則進行下一步故障排除；檢查惰性氣體系統的電流模塊及轉換器，查看其是否按照制定設置工作；檢查風機的電流互感器，查看其是否有電流輸出；若以上裝置皆未出現問題，工作人員則要檢查風機的開口閥本身是否出現故障，如裝置是否存在漏氣現象或裝置的控制凸輪是否出現松動等。

2.4 風機出口閥調節時出現震蕩

2.4.1 故障發生原因

若風機的出口閥可以正常調節，但調節時出現出口閥不斷顫動的情況，可能是以下原因導致：其一，電流模塊出現故障；其二，轉換器出現故障；其三，出口閥擋板機構出現故障；其四，出口閥控制凸輪出現問題；其五，氣源出現問題；其六，電流互感器出現問題。

2.4.2 故障排除方法

根據上述故障發生原因，在確定出口閥調節不存在問題后，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，則要進行下一步故障排查[7]。

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

第三，如果電流模塊和轉換器均無故障，應查看出口閥本身的擋板機構是否有漏氣或堵塞情況，其內部密封圈是否正常，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配件進行修理或更換。

第四，應對惰性氣體系統的氣源進行檢查，查看其是否壓力穩定，若不穩定則需要進行專業處理，待其穩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閉，通大氣閥自行打開

2.5.1 故障發生原因

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

2.5.2 故障排除方法

根據上述故障發生原因，工作人員在排除故障時，可按以下過程進行：先檢查惰性氣體系統的主控制面板，若出現報警提示，則根據報警提示的具體位置，對系統相關設備進行維修。若未出現報警提示，則要對貨艙內的含氧量進行檢測，若含氧量達到8%，需要及時調整惰性氣體系統；若含氧量遠遠小于8%，則要到甲板總管現場，檢查其壓力數值與設定值是否相符，以此避免壓力變換器出現故障。

2.6 氧氣分析儀出現數值跳動不定

2.6.1 故障發生原因

若氧氣分析儀出現數值跳動不定的情況，故障發生原因一般包括：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，需要進行更換。若氧化電池無問題，則需檢查氧氣分析儀是否存在空氣難以壓縮、漏氣、滿刻度位置設置失誤等問題，并根據氧氣分析儀說明書進行調整。若調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，若發現流量過低，則要檢查氧氣分析儀的轉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，檢查后根據具體問題進行維修或更換[8]。

3 案例分析

以某首制油輪惰性氣體系統故障及排除為例進行分析。該油輪的主要運輸產品為成品油，在成品油登船前，船員對貨艙進行了惰化處理，惰性氣體系統運行約1h 后，系統出現故障，需要開展故障排除工作。

3.1 故障情況

系統故障發生時主要出現以下幾個現象：其一，氧氣分析儀報警，并提示貨艙含氧量超過8%；其二，風機停止運轉，出口閥關閉，透氣閥打開；其三，系統經重啟后再次出現故障，氧氣分析儀持續報警；其四，系統停止工作后，經緊急檢查發現不存在鍋爐及系統漏氣問題。

3.2 故障發生原因排查

系統發生故障后，工作人員按以下流程進行了故障排查：

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。檢測后發現，這三個取樣點的氣體含氧量均未超標，工作人員判定油輪的惰性氣體系統并不存在故障，而氧氣分析儀報警，提示貨艙含氧量超標，可能是貨艙含氧量監控系統出現了問題。

初步判斷故障原因后，工作人員進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工作流程中各個管道內的氣體含氧量；第二，使用油輪固定氧氣分析儀檢測同樣地點的氣體含氧量。檢測后發現，便攜式氧氣分析儀檢測出的氣體含氧量均在安全范圍內，多次對比固定氧氣分析儀檢測數值后發現，其檢測數據不穩定。

在確定了問題出現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行了進一步的檢查，包括電源是否穩定，提前設置的相關數據是否正確，線路板是否發生故障，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。經檢測發現，油輪固定氧氣分析儀存在漏氣現象。

3.3 故障排除

確定了系統發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象后，工作人員及時聯系了氧氣分析儀的供應商，并要求更換設備，經交涉后，將油輪固定氧氣分析儀更換為最新型號。該設備由兩臺獨立的氧氣分析儀構成，同時存在兩個傳感器，進行故障排查時設置的三個氣體檢測取樣點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勢在于，對惰性氣體系統中氣體含氧量的檢測、分析工作，由兩臺儀器同時進行，若兩臺儀器的檢測數值存在差異，工作人員可以第一時間發現氧氣分析儀出現故障，并且能簡化惰性系統故障排查流程，能夠大大節約故障分析及排查所消耗的時間及各種資源，不僅能節約油輪的運營成本，而且能提高油輪運營的安全性[9-10]。

4 結語

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