GRAVINER Mark6 OMD监控与管理技术研究

2014-07-13陈建光

江苏航运职业技术学院学报 2014年2期

陈建光

（江苏熔盛重工集团有限公司机电工程部，江苏如皋 226532）

0 引言

船舶主机曲轴箱中的滑油遇高温会产生油气，油气再与70℃左右的较冷空气相混合，即形成油雾。当油雾浓度超过正常标准，可能会引发曲轴箱爆炸事故。油雾浓度探测装置（Oil Mist Detector，以下简称“OMD”）是用于检测曲轴箱油雾浓度，保证主机安全运行的重要装置。早期比较有代表性的产品有英国的GRAVINER Mark 4/5、德国的VISATRON CN115/116/215、日本的DAI-HAT SUMD-9x等，这类产品均为较经典的传统油雾浓度探测装置，其共同特点是采用电气或微机控制的机械式采样、集中测量，其体积大、分辨率较低，测量系统无法区分油雾和水/油滴，误报率高。为此英国的KIDDE公司在GRAVINER Mark5 OMD的基础上推出了全新的Mark6型OMD，其采样、测量及系统结构相对早期产品有了根本性地改变。然而其在国内应用时间不长，资料较少，船舶管理人员不甚了解，在系统调试和日常管理工作中有一定的困难。为此，本文以GRAVINER MarK6 OMD的实船应用为例，介绍其具体功能及特点，并提出维护管理建议及曲轴箱爆炸事故的预防与应急处理。

1 Mark6 OMD的功能及特点

1.1 Mark6的功能

GRAVINER MarK6 OMD采用CAN总线结构，可同时用于多台柴油机油雾浓度的监测，每台柴油机配置一个接线盒，用于连接安装于各柴油机上的传感器。安装于柴油机机旁的接线盒最终通过CAN总线接至控制单元。控制单元实时地按照顺序扫描传感器探测到的监测点油雾浓度值，并存入相应的存储器。然后，分别对各台柴油机的油雾浓度值进行差动测量处理，即将每台柴油机的各监测点油雾浓度值加权求出平均油雾浓度值，再将各缸的实时油雾浓度值与平均油雾浓度值比较得到各缸的偏差浓度值。经差动测量处理后，每台柴油机拥有实时平均油雾浓度值和各缸实时偏差浓度值，分别将其与平均浓度报警值和偏差报警值比较。若参数越限，则发出相应的声光报警，故障严重还将触发主机或副机安保装置的自动降速功能。[1]

1.2 Mark6的特点

GRAVINER Mark6 OMD系统的设计相对传统的油雾浓度监测装置在采样、测量和系统结构方面作出了根本性革新。

（1）负压采样技术。GRAVINER Mark5 OMD等传统产品均采用风机主动抽吸式采样，各监测点的油雾经风机抽吸，当前监测点的气样进入测量室，而其它监测点的气样直接排出机舱之外。这种采样方式最大的缺点是风机主动式抽吸的吸力不均匀会导致曲轴箱内的油滴或水滴被吸出。透射光检测技术无法区分油雾和油/水滴，而会产生误报警。为了减少误报警，需在安装口至测量室间设置较长的倾斜管道，这就导致系统体积偏大。

鉴于风机主动抽吸式采样的缺陷，GRAVINER Mark6 OMD系统采用被动“负压”式采样技术，如图1所示，从曲轴箱监测点的安装口至测量室只有一根很短采样管道，传感器内的排风扇将测量室内已完成测量的气样排至曲轴箱，于是测量室便形成真空，测量室相对于曲轴箱为负压，曲轴箱内的新气样可在负压的作用下，温和地进入测量室，这样气样中的夹杂的油/水滴可大幅度降低。加之采样管内部采用螺旋式设计变相增加其长度，可使气样中的油/水滴冷凝回流。从而大大提高了气样的质量，从而降低误报警概率。

图1 被动负压采样原理

（2）散射光检测技术。GRAVINER Mark5 OMD等早期产品均采用透射光检测技术，使光源、测量室、感光元件呈水平方向布置，利用油雾对光线的阻光程度与其浓度成比例的关系，油雾浓度越高，其感光元件检测到的关系越弱。但是该项技术不能区别光线成分，其灵敏度较低，分辨率较低，且抗干扰性能低。

鉴于透射光检测技术分辨率较低，GRAVINER Mark6 OMD系统采用散射光检测技术，利用油雾对光线的散射程度与其浓度成比例的关系。结构上使光源、测量室、感光元件呈垂直方向布置，如图2所示。油雾浓度越高，其感光元件检测到的关系越强。由于物质对光线的反射率不同，气样中的颗粒的大小/质量不同，受到光照作用后发生的振动也不同，由此产生的次级光波也不一样。感光元件检测特定的波长的光线强度，即可识别出气样中物质的类别和密度，故可减少样品背景噪声的影响，误报率得以大幅度降低，分辨率大幅提高。

图2 散射光检测原理

（3）完全分布式网络化处理技术。GRAVINER Mark5 OMD等早期产品均采用采样集中测量的设计思路。整个油雾浓度监测系统仅设置一个测量室，各监测点中的气样通过其采样管道上电磁阀的通断控制，依次送至测量室检测。集中测量方式采样周期过长，延时较大，其测量精度势必受到影响，故此类产品只能实现对一台柴油机（一般为主机）的油雾浓度监测。集中式测量方式中，所有气样均需同一测量室检测，若测量室损坏则系统瘫痪，可靠性较差。

GRAVINER Mark6 OMD则采用完全分布式处理的设计思想，运用CAN总线实现网络化处理，其控制网络主要由油雾浓度传感器（俗称探头）、接线盒和控制单元等组成，具体网络结构如图3所示。

传感器为微电脑型智能传感器，用于探测曲轴箱内各监测点的油雾浓度值，并对测量室中散射测量结果进行数据处理，最终将油雾浓度值通过CAN总线送至集控室控制单元进一步计算处理。传感器的数量取决于曲轴箱内监测点的数量，而监测点数量一般和柴油机缸数保持一致。各监测点的油雾浓度传感器可独立对各自监测点的油雾浓度进行检测。

图3MARK6 OMD网络结构图

GRAVINER Mark6 OMD系统最多可支持64个传感器，可同时用于多台柴油机油雾浓度的监测，机舱中的船舶主机和发电副机均可由其实现监测，在没有报警情况下，最大系统扫描时间为1.2s。因为每个监测点均有各自的油雾浓度传感器独立测量，即使个别传感器出现故障也不影响整个系统的工作，可靠性提高。

2 Mark6 OMD维护与管理

2.1 传感器的养护

油雾浓度传感器是集采样、测量与控制于一体的智能型传感器，合理的养护可保证其连续可靠地工作。传感器的拆卸清洗、更换和报警功能试验一定要严格按照说明书的步骤进行。其中特别要强调的是：在柴油机运行中不允许拆卸传感器，以免热油从曲轴箱安装口喷射出而导致安全事故。在拆卸风机组件时，要用起拔器小心拆卸。拆卸中风机弹簧及固定销钉易损坏，故取下风机组件后，务必检查风机弹簧及固定销钉状态。

油雾浓度传感器中最重要的日常养护是保持光学检测部件的清洁。光学检测部件主要有LED近红外光源、测量室、感光元件，这些部件中任何一个部件一旦受到污染，其检测值都会升高。为了保证无油雾的情况下进入感光元件的光线为零，感光元件前设置了开有小孔的隔板，形成感光接收孔。感光接收孔孔径很小，非常容易积聚油污且难以清洁。日常清洁时可用专用光电清洁剂插上附带的细管，直接伸入小孔中进行清洗。P57100-113版及以后版本的传感器，每24h自动执行一次光学测试程序，对传感器光学部件进行自动脏污检测。而P57100-113以前的版本，则需手动检测。

除感光接收孔外，采样气道弯头处往往容易被忽略。油雾浓度传感器采样气道细窄且呈螺旋结构，底部还设有90°的弯头。这样的结构虽然可有效地凝结回流气样中的水/油滴，但是也特别容易积聚油污而导致进排气管道阻塞。一旦进排气管道被完全阻塞，相当于传感器在没有任何提示的情况下被切除。因此，清洁传感器是切勿忘记吹通采样管道。

2.2 常见故障处理

GRAVINER Mark6 OMD工作及故障状态指示也较为直观，除控制面板设有详细故障指示灯和液晶显示外，如图4所示。油雾浓度传感器还设有绿、红、黄等三个指示灯，绿灯亮表示传感器工作状态正常，红灯亮表示油雾浓度超标，黄灯亮表示传感器内部故障。

GRAVINER Mark6 OMD可靠性极高，但是在长期的实船应用中也会出现一些故障，其主要故障现象如下：（1）控制单元无显示，且电源指示灯灭，其最可能的原因是电源故障，可以检查系统电源接线。

（2）油雾浓度传感器电源指示灯（绿灯）熄灭，其最可能的原因是接线盒保险丝烧断，也有可能是传感器内部故障。

图4 传感器外壳

（3）控制单元液晶显示器中显示“COMMS FAULT”，其最可能原因是传感器地址码设置错误，也可能是传感器供电异常或传感器内部故障。传感器中上部贴有黑色透明标签，内部设有两个地址码开关，如图4所示。正常情况下该黑色透明标签不允许揭下，若发现标签松脱，应立即检查地址码设置。

（4）控制单元液晶显示器中显示“FAN FAULT”，其最可能原因是传感器内部采用风机故障。

（5）控制单元液晶显示器中显示“LED FAULT”，其最可能原因是光学测量部件中的LED光源需要清洗，也可能是LED等烧坏。

（6）控制单元液晶显示器中显示“DETECTOR FAULT”，其最可能原因是光学测量部件脏污，如感光接收小孔、感光元件等。

2.3 控制单元的管理

GRAVINER Mark6 OMD控制单元通过软件设置可使之适用于二冲程柴油机或四冲程柴油机，也可使之适用于二冲程柴油机和四冲程柴油机等多台机型的组合。控制单元软件菜单将提供实现各种功能的具体方法，其软件操作管理有三个级别：用户级、工程师级和服务商级。其中，用户级操作只能实现查询功能，不能进行报警设定及系统设置；工程师级操作受密码保护，输入密码后可完成大量设置，但不可对事件及历史记录进行更改；服务商级操作同样受密码保护，且密码等级高于工程师级，可进行整个系统的所有操作。

控制单元操作软件设计逻辑清晰，轮机调试与管理人员可轻松上手。操作中需特别注意的是，当发生油雾浓度高报警时，控制单元面板仅显示发出报警的传感器号（即缸号），并没有浓度数值显示。如需要查看报警的具体数值，要选择“SYSTEM STATUS/DETECTOR/TETECTOR STATUS”，此栏目下有一“PEAK LEVEL”是指传感器检测到的峰值，一般就是报警值。此值是从上一次峰值清零到目前的最高值，若上次报警峰值未清零且本次报警值小于上次报警峰值，则本次报警值被屏蔽。因此最好的做法是：每次报警后以通过工程师级密码选择“CONFIGURE SYSTEM/CLR PEAK AND AVG”把峰值清零。

3 曲轴箱油雾浓度监测与管理技术研究

3.1 曲轴箱爆炸的预防

GRAVINER Mark6 OMD可有效地的监测曲轴箱油雾浓度，油雾浓度超标可发出相应的报警，必要时可出发柴油机自动降速。可有效地防止曲轴箱爆炸事故的发生，然而曲轴箱爆炸事故一旦发生，既发生火灾也会造成冲击性的破坏，因此日常工作中还需注意：

（1）避免曲轴箱内出现热源，防止活塞环、活塞杆填料函发生漏气；保证滑油和冷却，防止运动件过热、白合金烧熔；避免出现拉缸现象。

（2）在曲轴箱上安装透气管将油气及时排除机舱之外，透气管口的防火罩切勿被油垢脏堵。

（3）在柴油机排气侧的曲轴箱门道上装设防爆门，防爆门安全阀开启压力一般应设为0.01MPa，当曲轴箱内压力高于设定值，防爆门安全阀自动弹开将油气放出，待压力降低后再自动关闭。

确保上述环节没有任何问题时，GRAVINER Mark6 OMD可有效地发挥监测作用，避免事故发生。

3.2 曲轴箱爆炸的处理

GRAVINER Mark6 OMD虽然可精确地监测曲轴箱油雾浓度，有效地防止恶性爆炸事故的发生。然而，往往因某些人为因素影响最终还是导致爆炸事故的发生，因此必须采取有效措施防止事故进一步恶化。

（1）当发现曲轴箱不正常发热、透气管冒大量油气，嗅到油焦味或GRAVINER Mark6 OMD发出报警时，都表明曲轴箱内存在潜在的爆炸危险，应立即降速运行并加强气缸油润滑。特别注意的是，此时不能立即停车和冷却水泵、滑油泵。因此当Mark6监测到油雾浓度严重超标时应向安保系统发降速指令，而不是停车指令，并且气缸油系统也应相应降速指令而加强润滑。

（2）当发生曲轴箱爆炸危险时，任何人不准在柴油机装有防爆门的一侧走动或滞留，避免造成不必要的人身伤亡。

（3）当曲轴箱已经发生爆炸并将防爆门安全阀冲开时，需立即采取灭火措施。切记立即打开道门，否则新鲜空气进入曲轴箱，将导致更大的爆炸事故发生。

（4）用机体外专用灭火接头引入灭火剂，进行灭火。