锅炉燃烧器风机电机故障分析与改进措施

宋新永 王宝军

（[1]大连海事大学育才船务公司 辽宁·大连 116026；[2]大连海事大学轮机工程学院 辽宁·大连 116026）

锅炉是液货船关键设备之一，对液货安全运输具有重要的影响。当船舶航行到低温区域时，需要锅炉产生的蒸汽量能够保证70-80℃高温货物正常装卸和洗舱。如果锅炉此时发生故障，不能给货舱提供足够的蒸汽时，液货舱温度降低将会导致液货出现凝结和沉淀等货损事故，并引发不同程度的经济损失。

1 故障现象

某液货船载货量13500吨，配置了16个不锈钢货舱，货物加温依靠货舱底部铺设的蒸汽盘管。锅炉是日本 MIURA公司生产的自然循环水管锅炉，型号VWN-13500，最高使用压力1.0MPa,工作压力0.58～0.88MPa，实际蒸发量12000KG/Hour，安装电力容积79.7KW，最大燃油消耗866KG/Hour。

当从澳大利亚装载13000吨牛油返航卸货时，在到港前需要把货物加温60℃左右，但是在加温过程中，值班轮机员告知锅炉不能启动，蒸汽压力低报警。为了保证主机正常运转，首先关掉货舱加温总阀，使用废气锅炉产生的蒸汽保证主机燃油进机温度和分油机的正常操作。然后复位主锅炉警报，重新启动锅炉，发现锅炉风机电机没有反应，同时风机电机的过流保护也没有动作（保护值仍是出厂设定的75A）。最后经过排查发现风机电机线圈烧坏，紧急换上备用电机之后，恢复了锅炉的正常运行。

2 原因分析

锅炉燃烧器及其附属设备如图1所示。发生故障的燃烧器风机电机是三相异步电动机，型号NTIKKFORMFCK5，基本参数45kKW、440V/60Hz,制造厂为日本NIRHISHIBA电机公司。烧毁的电机解体之后，经过检查确认：

图1：锅炉燃烧器及附属设备

（1）电机轴承没有缺少润滑油脂，没有出现咬合磨损，手动旋转正常，轴承也没有跑外圈；

（2）转子和定子没有出现摩擦接触和异常声音，控制系统中过流继电器设定和动作处于正常状态；

（3）通过万用表测量控制系统的接触器，没有发现电机缺相运行；

（4）风机叶轮没有发现扫边和叶片脱落造成的失衡问题。

通过上述分析，初步判断是电机内部温度过高造成电机绕组绝缘能力降低而烧毁。

3 故障排除

燃烧控制系统如图2所示。比例控制单元包括凸轮马达，凸轮盘，燃油流量控制阀，空气流量控制器和空气挡板。燃烧程序控制器输出控制信号去比例控制单元，而比例控制单元通过凸轮马达同步控制燃油流量控制阀和空气流量控制器，再由空气流量控制器带动空气挡板，控制空气量，达到燃烧平衡。燃油流量控制阀用来由凸轮马达带动的一个调节阀来控制喷入炉膛的燃油量。燃油泵是一台单螺杆泵，型号25-6N5D，排出压力2.15 MPa。

图2：锅炉燃烧控制示意图

凸轮马达主要是用来设定燃油控制阀和空气挡板匹配的，由来自程序控制器的信号控制，同时借助于凸轮开关传送信号到程序控制器。凸轮马达内部结构包括1个高扭矩的马达，1个齿轮装置和5个凸轮开关，如图3所示。

图3：凸轮马达内部布置图

通过调节这些凸轮开关，能够调节燃油的流量和风门挡板的开度，保证锅炉最佳的燃烧效果。凸轮开关通常设定如表1所示。凸轮开关调节先要停止锅炉，拉下主开关，拉出离合装置杆，然后通过手动调节红色的凸轮带，来调整燃烧和空气量。调整完成后将离合装置杆复位。当调节凸轮开关时，一是打开位置和关闭位置决不能被改变，容易引起马达过载，导致损害锅炉的燃烧装置；二是凸轮开关的设定在高火燃烧时不要超过锅炉本身设定的蒸发量和空气量，不要超出点火油头的点火范围，以免主油头不点火（最好不要更改出厂设定）；三是不要将低火、中火、高火燃烧设定接反。

表1：凸轮开关设定角度

空气流量控制器如图4所示。它是由凸轮马达带动的弹簧板弯曲装置，通过相应的铰链装置拉动风门挡板，控制空气量。当低火燃烧时，燃油流量控制阀被打开在低火燃烧状态，P2燃油压力是40-50%的P1压力；当高火燃烧时，燃油流量控制阀工作状态趋于关闭，P2燃油压力增加到75-90%的P1压力；P1是燃油在系统中的循环压力，P2是燃油的喷射压力。喷入到炉膛里的燃油数量由燃油流量控制阀的运动来决定。

图4：空气流量控制器

锅炉的燃烧过程是程序控制器自动控制的，如图5所示。由蒸汽压力开关提供压力信号，正常工作压力0.58MPa～0.88MPa,最高使用压力0.98MPa。高压侧的蒸汽压力设定是 0.88MPa～0.74MPa，中压侧的蒸汽压力设定是0.74MPa～0.64MPa，低压侧的蒸汽压力设定是0.64MPa～0.54MPa。在燃烧过程中，锅炉程序控制器根据蒸汽消耗量自动控制喷油量和空气量，保证蒸汽压力在正常工作压力范围内，蒸汽消耗量通过压力开关将信号输入程序控制器，由程序控制器自动控制燃烧过程。在平时的加温过程中，锅炉根据蒸汽压力保持正常启停。然而当遇到极端情况时，例如连续大容量使用蒸汽，就会造成锅炉启停频繁，为了减少启停次数，同时保证甲板使用蒸汽，只能调节锅炉的参数。现在的锅炉都是自动控制锅炉，参数在出厂的时候都已经设置完成。于是提出将锅炉的高压侧的设定压力幅差调大，增加锅炉低燃烧的时间，减少锅炉的启停次数，防止电机内部过热烧毁电机线圈。

图5：蒸汽压力程序示意图(A:高火燃烧范围,high consumption;B:中火燃烧范围,intermediate consumption;C:低火燃烧范围,low consumption;D:燃烧停止,stop of firing.)

在岸基人员的支持下，经过与厂家的沟通，压力调整前后的对比如表 2所示。将高压侧的设定压力由0.88MPa～0.74MPa，调整为0.88MPa～0.65Mpa；中压侧的设定压力由0.74MPa～0.64MP,调整为0.65MPa～0.64MPa；低压侧的调节压力是0.64MPa～0.54MPa，保持不变。经过以上的调整，锅炉风机再也没有发生因为内部过热引起的烧毁问题。

表2：压力调节前后对比表

4 管理建议

根据此次锅炉故障实例并结合工作经验，对锅炉控制系统和风机电机提出以下几点日常管理建议。

（1）定期检查锅炉控制系统中电气设备的绝缘和通风叶轮的状态，检查控制系统中的设备是否有松动，接线是否有磨损。

（2）对于锅炉控制系统中的保护装置，定期测试，对于出厂设定的保护值，不要随意更改，如果确需更改，要将更改的内容和时间标注在控制箱中，为日后的厂家维修提供数据。

（3）坞修时，对于控制系统的电气设备，都要经过厂家维保人员的检测，发现问题及时更换，以免日后运营过程中出现问题。

（4）对于风机和风机电机轴承的润滑，打牛油时要将轴承盖的小道门打开，当打入新牛油时候，让旧牛油全部挤出来。如果道门盖没有打开，容易导致旧牛油进入电机定子端，损坏电机或者旧牛油中脏东西没有办法排出而损坏轴承。

（5）当船舶进入到热带地区，机舱的环境温度经常超过40度，最好外接风管或者移动式风机给锅炉风机电机外壳降温，保持电机外壳温度正常。

（6）当甲板部使用蒸汽加温和洗舱时，值班轮机员要注意观察锅炉的启停次数，及时调整蒸汽阀的开度，减少启停次数。最好保持锅炉每小时启停不超过3次。

（7）值班期间利用红外测温仪对风机电机外壳的温度进行检查，最高不超过60℃。

（8）保证有一台备用风机电机在船。

5 结论

锅炉运行状态的好坏直接关系到液货船能否高效地装卸货物，因此做好锅炉的日常管理极为重要，每次装货前都应特别关注锅炉的状态，要为锅炉正常运行保留充足的备件。尽管锅炉的自动控制参数在出厂时已经设定完成，但是实际工作如果发现问题，应积极主动联系岸基人员，加强了解和沟通以便快速找到原因并且及时解决，减少船舶营运损失和设备损失。