某輪熱油加熱系統故障案例分析

◎ 曲小龍 王傳耀 廣州打撈局

熱油供熱系統具備以下優勢：常壓下熱油初餾點較高，工作壓力低，安全可靠；熱油傳熱均勻，導熱系數高；穩定性好，對管路無腐蝕作用，易管理；液相循環供熱，無需汽水分離，系統效率高；容易實現精準的溫控，船用的熱油鍋爐可以使用燃油燃燒器和柴油機的廢氣進行加熱。由于其明顯的優勢近年來正逐漸在船上進行應用推廣。

1.熱油系統組成及原理

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

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、旁通關閉模式、PLC控制模式，可以在控制箱上通過旋轉開關選擇，當開關轉換至PLC模式時，需要在控制面板界面進行AUT確認，正常運行時通常使用PLC自動模式。

1.2 廢氣翻板調節原理

廢氣旁通翻板內部構造為一套雙翻板系統，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，當一個翻板打開時，另一個翻板將關閉。廢氣翻板的驅動器安裝在廢氣鍋爐外部，是一個氣動執行器。翻板是由氣動驅動器和電子控制器結合控制，當處于PLC模式下，廢氣加熱器的熱油出口安裝有PT100，用于測量溫度，當熱油溫度升至電子控制器設定值以上時，廢氣加熱器加熱翻板關閉，內部旁通翻板打開，以便更多的熱源氣體通過內路旁通，廢氣爐的功率將會減少。當熱油油溫低于控制器設定值時，旁通翻板將關閉，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，廢氣溫度開關，流量開關，當安全裝置觸發時，翻板的位置將會自動轉換至安全位置，即旁通翻板打開，主翻板關閉。

2.故障現象

某航次1號主機以穩定負荷正常運行時發現該廢氣鍋爐熱油溫度逐漸降低至150℃，導致備用燃油鍋爐啟動對熱油進行加熱。對系統進行檢查時未發現有需求量較大的熱用戶介入，同時發現這臺鍋爐的廢氣翻板旁通路處于接近全開狀態，然后對報警數據檢查，未發現異常報警觸發翻板動作。

根據控制器油溫的設定，通常廢氣鍋爐熱油溫度設置為195℃時翻板進行動作，但正常運行時廢氣鍋爐熱油出口的溫度僅有170℃左右，通過控制箱旋轉開關轉換至旁通開模式及旁通關模式時翻板均可以正常動作，再次切換回PLC自動模式時運行正常，但是隨著運行時間變長（2-3天），發現該鍋爐廢氣翻板旁通路正逐漸自動打開，導致熱油溫度再次降低。再次手動切換至旁通關閉模式長期運行發現閥門正常未有異常調節變動。

圖1 熱油工作原理圖截圖

圖2 翻板內部結構

3.故障原因分析

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

當切換至手動控制旁通打開模式時，接觸器25k2斷開使兩路觸點均失電斷開，25Y3進氣電磁閥及25Y4放氣電磁閥失電，25Y3進氣電磁閥失電停止進氣，25Y4放氣電磁閥失電打開由A孔進行放氣，執行氣缸兩側在彈簧力的作用下讓翻板動作，使旁通路保持打開。

當切換至PLC自動模式時且油溫未達到設定值時，繼電器54K4一直得電使25Y4放氣電磁閥一直保持在關閉狀態，同時在模式切換時且油溫未達到設定溫度或重新設定一個相對現在實時油溫的更高值時，將觸發繼電器54K3得電，進氣電磁閥25Y3開始進氣，執行時間為3min，繼電器54K3失電，進氣電磁閥25Y3停止進氣，依靠密封在進入執行氣缸活塞側的壓縮空氣使其翻板保持在旁通路關閉位置。

圖3 廢氣翻板控制電路圖

當熱油溫度達到設定值時，PLC觸發進行PID控制，放氣電磁閥首先失電進行放氣，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閉不再放氣，此時PLC根據熱油溫度作為反饋進行PID控制，調整進氣電磁閥的得電時間來控制進入執行氣缸的空氣量，從而調整了廢氣翻板開度的大小，根據熱用戶的波動、油溫的變化，往復循環以上動作調整直到使油溫保持在設定值。

當油溫超過設定溫度很高時，進放氣電磁閥都會處于失電狀態，直到溫度降至設定值會再進行調節。在搞清楚控制邏輯后分析1號鍋爐油溫從未達到過設定溫度，處于PLC自動模式時，進氣電磁閥根據模式及油溫調節動作后不再對執行氣缸內活塞側進行補氣，而此時氣缸緩慢往旁通方向動作，說明執行氣缸內活塞側的壓縮空氣發生了泄露，該氣動執行器內部活塞便在彈簧力的作用下緩慢移動。用泡沫液對執行器彈簧側通往大氣的B口進行查漏，發現有輕微泄漏，這便是廢氣翻板出現慢慢關閉的原因。見圖4。

圖4 氣動執行器內部結構

本次故障較為隱蔽，執行器的輕微泄漏從外觀難以發現，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保護對一些控制邏輯在說明書里沒有說明，需要主管人員在現場通過對設備運行情況多觀察思考，才能找到問題所在。

4.結語

在遇到這種故障時，如果執行氣缸備件充足，更換內部膠圈密封環即可解決，但在缺乏備件時可切換至手動模式應急使用，但應注意熱用戶及主機負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行了詳細描述，有助于加深對該系統的理解、管理及維護。鍋爐作為船舶的重要輔助設備之一，直接關乎著船舶能否適航，作為輪機管理人員應對其有充分的了解，便于發現問題及時解決，做好相關日常維護，為船舶正常航行提供保障。