老龄船自控仪表故障在航行中的应急处置

赵富国，谭 鹏，项卫东，王 超

(中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431)

老龄船自控仪表故障在航行中的应急处置

赵富国，谭 鹏，项卫东，王 超

(中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431)

为了减少老龄船舶动力系统故障，确保船舶航行安全，通过排除自控调节系统锅炉燃油压力在航运中出现的故障，文章阐明了自控仪表在动力系统中的复杂性及其重要作用，分析了自控调节系统发生故障的原因，提出了检查船舶自控调节系统应当遵循的方法，并结合实际工作经验对如何降低故障的发生，提出了预防措施和建议，对老龄船舶的自动控制系统维护修理具有一定的借鉴意义。

老龄船舶；自控仪表；燃油压力；应急处置

在进入新世纪以来，随着科技的迅猛发展，船舶动力控制系统已进入电控智能自动化时代，但在上世纪90年代前后仍有大量的船舶在使用气动自动控制系统。众所周知，船越老故障率就越高，因此有效维护这一自动控制系统，对于老龄船的航行安全有着举足轻重的作用。

某2万吨汽轮机船舶的动力自动控制调节系统，系采用上海自动化仪表一厂的C系列气动单元组合仪表和上海自动化仪表七厂生产的气动执行机构ZMAP-64型气动薄膜调节阀组成的，它是专门为船舶动力自动化而设计的一套控制仪表，它以压缩空气作控制能源，采用通用的信号制(0.2～1.0 MPa)。C系列气动单元组合仪表一般与变送单元、显示单元、调节单元、给定单元、辅助单元、执行机构等组合使用。它是对船舶动力设备的温度、压力、流量、液位等进行自动调节控制。该船舶锅炉燃油压力自动控制调节系统的主要作用是用来自动保持2台锅炉同步，燃油分配箱前燃油总管中压力为额定值，为32T/H主锅炉提供与负荷相适应的燃油压力、流量的化学能，使锅炉为汽轮机提供优质的蒸汽能源，为保证船舶的航行安全提供动力保障。

1 系统的组成及工作原理

1.1 燃油压力自控系统的组成

该船锅炉的燃油压力自动控制系统是由6台设备：QBY-31-C型气动压力变送器、QXZ-405-C型号四针指示调节仪、QFB-100-C型气动副线板、QGC-1-C型气动参数定值器、ZMAP-64型气动薄膜调节阀、ZPQ-11型阀门定位器及附件减压阀组成。燃油压力控制流程如图1所示。

图1 燃油压力控制流程示意图

1.2 燃油压力自动调节回路的工作原理

锅炉燃油压力自动调节回路中的燃油压力脉冲信号，取自燃油加热器出口至2台燃油同步分配箱前燃油总管上，通过气动压力变送器测量燃油管道上的脉冲信号，并把它转换成相应的气压信号(燃油压力2.6 MPa时对应气压信号为0.64 MPa)。该气压信号输入到气动四针调节仪中，并与给定信号相比较。当给定信号在锅炉100%工况时为0.64 MPa(燃油压力2.6 MPa)，而当锅炉由100%工况上升到117%工况时给定信号由0.64 MPa上升到0.76 MPa(给定信号的变化是由蒸汽压力调节回路中的四针指示调节仪，输出到参数定值器中，再输送至燃油压力四针指示调节仪中)。这时气动四针调节仪中的测量信号低于给定值，经过四针调节仪中比例积分调节作用，四针指示调节仪就输出控制气压信号作用到气动薄膜调节阀，使阀门开启到相应的位置，以调节来自燃油泵出口的回油流量大小，保证燃油压力达到锅炉在117%工况下所要求的3.5 MPa 。

以燃油压力为例，对锅炉燃烧情况进行分析。当负荷出现变化时，锅炉炉膛供油量也随之变化，燃油总管中燃油压力也跟着变化，若负荷降低会导致燃油压力增加，气动压力变送器输出信号将产生正偏差。由于气动四针指示调节仪以正作用方式工作，正偏差在经过比例积分调节作用后输出气压信号，经过正作用的阀门定位器，作用到气动薄膜调节阀上，即控制气压信号增加，阀门开度增加，燃油泵出口回油流量就增加，以保证燃油总管中的燃油压力回复到2.6 MPa，从而实现了过程控制的实时跟踪调节[1]。图2为燃油压力系统原理示意图。

图2 燃油压力系统原理示意图

2 设备异常状态及影响

2.1 设备异常状态

该船在一次海上航行过程中，由于天气预报不及时和误报，致使船舶错误的进入台风区域，为保证该船顺利冲出台风圈，船舶动力系统的值班人员正在按照驾驶室要求的车令转速，通过自控仪表对锅炉进行着加减负荷。突然，值班操作员发现燃油压力四针调节仪操作失灵，出现卡死现象，并马上确定了四针指示调节仪的定值器损坏。在此种情况下应紧急转入燃油压力副线板操作，然而转到副线板调至100%最低刻度竟然也不能降低油压，这时燃油压力已飙升至4.3 MPa ，蒸汽压力也达到了5.2 MPa ，分别超出了超负荷状态3.5 MPa和5.1 MPa的限值。

2.2 异常状态引起的后果

设备出现如此紧急状况，如果处理不及时，就会因燃油压力与锅炉蒸汽压力过高使安全阀起跳，造成锅炉失压、失水。此时主机如果不及时降低负荷将会加速蒸汽量迅速流失，从而引起主机失去动力源，同时导致汽轮发电机因汽源流量不足而不能发电，不仅对设备造成极大的损害，还有可能直接影响到船舶的航行安全和人员的生命安危。此时，对出现的突发问题应当沉着冷静、迅速故障定位，正确处理。即要保持主机航速和发电机发电还要保证锅炉安全阀不起跳，防止锅炉失压、失水，造成停炉、停机、停电事故的发生。

3 设备异常原因分析及修复

3.1 异常状态的原因分析

图3 薄膜调节阀结构示意图

图3为薄膜调节阀结构示意图。上述现象表明，既然副线板亦不能对薄膜调节阀进行控制调节，基本可以确定最主要的故障原因不是四针定值器损坏引起的，因为副线板是四针指示调节仪的备用设备。那么说明真正的故障应该出在薄膜调节阀组件上，随后又按照从易到难顺序依次对减压阀、阀门定位器、薄膜调节阀进行了仔细的检查。首先发现减压阀的气压偏低，只有0.12 MPa(标准参数应是0.15 MPa),因此对其进行调整。由于设备老化调节螺钉已不能调节，只好将减压阀作换新处理。换减压阀的过程中发现阀杆是可以动作的，判断薄膜调节阀的膜片未损坏，并打开膜盖顶端的螺栓查看有无漏气现象，通过检查确定膜片没有损坏。然后把减压阀气源调至所需压力0.15 MPa，又用四针指示调节仪对薄膜调节阀进行了调试,发现燃油压力仍然不能调节。那么，现在气源已符合标准，减压阀也没有问题。随后又对阀门定位器进行调试，发现定位器的控制信号输出正常，那么作用到气动薄膜调节阀上，阀门开度亦应增大，可这种正常现象并没有出现。既然阀门定位器的输出信号没有问题，说明从阀门定位器到四针之间的管路设备都已没有问题，那么判断是气动薄膜调节阀内部控制信号损失。既然薄膜调节阀的膜片是好的，基本确定是薄膜阀内的压缩弹簧出了问题或者是阀杆上的密封皮碗破裂。把薄膜调节阀拆下来进行检查，依次拆开上膜盖、下膜盖、薄膜片、推杆、压缩弹簧、调节件等。拆开后发现故障的原因果然是出在压缩弹簧和阀杆与下膜盖的密封皮碗套件上，由于压缩弹簧已出现了疲劳性松驰，而最主要的是阀杆与下膜盖的密封皮碗套件上有一处小裂缝，从而致使阀门定位器的输出控制信号经裂缝处泄漏。因薄膜调节阀是气开式，那么它的控制信号漏掉了，阀门自然也就打不开，阀门顶不开，回油也就回不了，进油压力必然是居高不下，至此问题的关键原因已经查明。

3.2 异常状态的修复

首先在检查问题之前，为防止过热蒸汽压力四针调节仪自动关闭油枪，使燃油压力再次突然升高，导致油泵过载跳闸。因此，采取紧急措施直接将过热蒸汽压力调节转入手轮操作，同时迅速将燃油压力薄膜调节阀回油旁通阀打开，使油压降到3.0 MPa断电以下，使锅炉暂时处于稳定的工作状态。

然后紧急对四针指示调节仪的手操定值器进行修理,由于定值器没有单独的备件,只好对四针调节仪作换新的处理，经过换新后发现四针卡死现象虽然消除了,但燃油压力不能降低的故障现象依旧，从而进一步证明不是四针故障引起的油压调节失灵。图4为四针指示调节仪的定值器结构原理示意图。

图4 定值器的结构原理示意图

接下来对气动薄膜调节阀进行紧急拆解，首先找来阀杆与下膜盖的密封皮碗备件，以备更换使用。利用一字与十字螺丝刀、开口板手以及内六角等工具，拆下薄膜调节阀的上膜盖、下膜盖、薄膜片、推杆、压缩弹簧、调节件等各部件，利用油脂、精细砂纸对推杆与皮碗结合处以及调节件等密封面进行仔细的清洁、研磨，确定清洁研磨完毕，按照反向顺序将备件密封皮碗和拆下的各部件依次安装，最后再对压缩弹簧进行压缩安装，安装好后检查有无漏气情况，然后再进行系统调试，经过一系列的异常状态分析、设备排查、故障修理安装、调试，设备恢复正常，运行平稳。

3.3 故障产生的原因

1)薄膜调节阀故障产生的原因主要是近年来航运较多、出海时间长、设备使用比较频繁。

2)设备正常使用磨损等原因。

3)环境温度高，促使皮碗老化。

4)燃油温度偏高，热传递加速设备的老化。

4 预防措施和建议

1)因气动薄膜执行机构的波纹薄膜是橡胶制品零件，其在低温时易硬化变脆，高温时加速老化，所以气动薄膜阀使用环境温度应当在-30～60 ℃内。

2)由于气动薄膜调节阀所控制的流量较小，应当经常清洁冷、热过滤器。

3)工作中定时检查气源、减压阀、定位器、变送器等有无损坏漏气现象。

4)应经常检查管路及管接头的气密性，必要时对管路进行吹扫[2]，气源压力是否符合(0.15 ±10%) MPa的要求。

5)定期拆检气动薄膜调节阀的薄膜片和阀杆密封皮碗有无漏气现象。

6)控制燃油温度在60～120 ℃内。

7)安装时要正确操作，防止阀体变形。

8)做好备用阀件的维护保养工作。

5 结束语

老龄船舶自动控制调节系统、管路、设备结构复杂，作为锅炉、主机的自控调节系统，在工作中至关重要，其工作的好坏将直接影响锅炉、主机的正常运行，进而影响航行的安全和生命财产。文中通过对某货船锅炉燃油压力自控调节系统出现的异常状态进行了原因分析，对存在的问题采取各项针对措施，通过实践检验，切实可行。及时避免了一次严重事故的发生，为老龄船舶的自控调节系统维护修理提供了一定的参考。

[1] 乐嘉谦.仪表维修工[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 张西京. 自动仪表在电站锅炉上的作用[J].科技风，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

赵富国(1974-)，男，山东沂水人，高级技师，大学本科，研究方向为船舶动力系统。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.03.012

2016-01-11