LSK 型锅炉极低水位报警故障分析与排除1 例

杨斌斌，熊 兵，高润玉，刘冲冲

（中国海上卫星测控部，江苏江阴 214431）

0 引言

某船燃油辅锅炉为LSK 型，其主要作用是通过把燃油燃烧产生的热能传给锅筒内的水，产生低压饱和蒸汽供船上动力装置加热滑油、空调取暖和其他生活杂用所需，是船舶上至关重要的设备。2019 年2 月，该船LSK 型锅炉运行时频繁出现极低水位报警，致使锅炉频繁停机，值班人员需频繁处理报警并重新启动锅炉，相应设备蒸汽连续供应大受影响。针对锅炉极低水位报警故障，进行详细分析与排查。

1 锅炉给水系统及水位监测原理

某船辅锅炉给水系统为双位式控制，如图1 所示，首先通过置于锅炉上的水位传感器提供模拟量信号至锅炉控制箱，由电子开关转变成合适的开关量信号，根据锅炉水位的情况控制给水泵的启/停，并与极低水位开关协作产生安全警报及远传监测所须的信号。当水位传感器或极低水位传感器监测到锅炉水位处于极低水位时，使锅炉发出极低水位报警。

2 故障现象

某船辅锅炉出现极低水位报警时，锅炉会自动停炉，同时给水泵自动启动。此时检查锅炉水位玻璃镜发现锅炉实际水位并未处于极低水位，并且连续多次出现极低水位报警时，通过玻璃镜观察锅炉实际水位均处于正常值。由此可以初步判定该极低水位报警为误报警。

3 故障分析与排查

图1 锅炉给水统原理

图2 锅炉极低水位报警程序

由图2 西门子LOGO！230RC 模块控制程序可知，当Q6 有输出时即可接通报警电路，产生极低水位报警。而Q6 输出的条件是：水位传感器监测到的锅炉实际水位低于-110 mm，使B023 由高电平变为低电平；或者极低水位传感器通过与其配套的电子开关输出低电平，使PLC 数字量输入模块I8 通道的电平变为低电平。这两个条件只要满足一个，都可以使PLC 模块发出报警信号。但由于锅炉出现极低水位报警时，LOGO！230RC 文本显示屏显示的锅炉水位在-50 mm 至-40 mm，这一值与锅炉实际水位一致，于是可以初步排除锅炉水位传感器故障这一可能性。因此，产生锅炉极低水位报警的可能原因为PLC 模块故障、电源模块故障、NRGT16-11S 型极低水位传感器故障、NRS1-7b 水位开关（装在锅炉控制箱内，将极低水位报警信号传送至PLC，并由PLC发出报警）故障。

3.1 PLC 模块

PLC 模块分为LOGO！230RC 主模块、数字量模块、模拟量模块如图3 所示。由于未出现极低水位报警时，锅炉自动运行正常，因此排除主模块故障及模拟量模块故障。而通过对数字量输入模块检查，输入接口正常，故可排除PLC 数字量模块故障。

图3 PLC 模块

3.2 电源模块

电源模块主要对PLC 模块、NRGT16-11S 型极低水位传感器、NRS1-7b 型水位开关供24 V 直流电源，若其出现故障，可导致这些元器件出现故障，从而出现极低水位误报警。通过对该电源模块检测，输入电压AC 220 V，输出电压DC 24 V，电压正常且稳定。因此，可以排除电源模块故障。

3.3 水位开关

NRGT16-11S 型极低水位传感器与NRS1-7b 型水位开关（装在锅炉控制箱内）协同工作，组成了一套极低水位报警单元。当极低水位传感器将极低水位信号传给NRS1-7b 型水位开关后，该开关通过电路转换输出一个开关量报警信号至PLC，从而使锅炉控制系统发出极低水位报警信号，并自动停炉。

若该水位开关出现故障，可能输出极低水位误报警信号给PLC。通过检查，该开关未出现损坏，且内部元器件和电气线路没有异常。为进一步排除该故障点，将该水位开关替换为备用锅炉工作正常的NRS1-7b 型水位开关，重新启动锅炉后极低水位报警故障未消除。因此需要对极低水位传感器进行重点检查。NRS1-7b 型水位开关如图4 所示。

3.4 极低水位传感器

NRGT16-11S 型极低水位传感器（图5左未带接线盒的传感器）的电极由两根同心电极组成（一根是测量电极，另一根是补偿电极），它们互相绝缘，中间用专用的绝缘材料隔开。传感器电极利用了水的导电性，输出水位信号。当水位电极的顶端露出水面时，会向水位开关NRS1-7 的桥接电路提供一个微弱的负不平衡信号，从水位开关NRS1-7 再输出极低水位信号。相反地，在正常情况下，水位电极的顶端浸入水中，就会提供一个正不平衡信号给水位开关NRS1-7的桥接电路。另外，若极低水位传感器电气线路出现开路，亦会出现极低水位报警故障。

图4 NRS1-7b 型水位开关

（1）线路检查。排查中，首先对极低水位传感器电气线路进行检查，重点对极低水位传感器引出线3 爪插头连接情况进行检查，发现因受电缆牵拉力影响，插头连接略有松动，于是对该插头进行了绑扎紧固，重新启动锅炉，运行一段时间后极低水位报警仍出现。

（2）清洁极低水位传感器。利用锅炉短暂停炉时间对该传感器的检测电极进行清洁，但是运行1 d 后，极低水位报警故障仍反复出现。期间，通过仔细观察，每次出现极低水位报警时，给水泵会启动，但备用给水泵不启动（锅炉水位处于-80 mm 低水位时启动泵用泵，极低水位报警水位为-110 mm）；同时西门子PLC 的LOGO 显示屏显示锅炉水位为-40 mm，为正常水位。综合分析可知，锅炉出现极低水位报警时，实际水位并非极低水位，而是远高于-80 mm，因此可初步判定极低水位传感器发出的是误报警。

（3）更换极低水位传感器。为精确定位故障，利用晚上锅炉停炉时机，将该极低水位传感器替换为备用锅炉工作正常的传感器，重新启动锅炉并连续运行，极低水位报警未复现。因此，可以判定锅炉极低水位报警即由极低水位传感器出现故障引起。

图5 锅炉给水系统

4 故障机理分析

通过对极低水位传感器拆检发现，传感器电极和电极体之间的密封绝缘材料在机械外力作用或化学侵蚀的作用下发生性能退化或失效，导致密封性能降低，液体渗透进入电极、电极体和螺钉之间的空间。当锅炉运行后，会在水位开关NRS1-7 的桥接电路产生一个很强的负不平衡信号，并发出一个假的极低水位信号至PLC 输入模块，进而发出极低水位报警。

5 结束语

此次某船LSK 型锅炉极低水位报警故障的直接原因是极低水位传感器老化损坏所致，但也与锅炉水质有关系。为了减少类似故障的发生，需确保锅炉热井水质质量。因此需对锅炉热井水质进行自动监测，并且应按照国家标准《低压锅炉水质标准》GB1576 的附录A“水质分析方法”，对炉水每天化验一次，确保锅炉水质符合标准。若发现水质不佳时及时进行加药或更换热井水，最大程度减少极低水位传感器受化学腐蚀的影响，延长极低水位传感器使用寿命。