某轮热油加热系统故障案例分析

◎ 曲小龙 王传耀 广州打捞局

热油供热系统具备以下优势：常压下热油初馏点较高，工作压力低，安全可靠；热油传热均匀，导热系数高；稳定性好，对管路无腐蚀作用，易管理；液相循环供热，无需汽水分离，系统效率高；容易实现精准的温控，船用的热油锅炉可以使用燃油燃烧器和柴油机的废气进行加热。由于其明显的优势近年来正逐渐在船上进行应用推广。

1.热油系统组成及原理

某轮的热油加热系统属于Heatmaster产品，鉴于本船的热油系统比较庞大，仅以艏部机舱的热油系统进行介绍，其组成及工作过程如下：热油循环泵排出的油液首先进入3台热油废气锅炉的上部，从下部流出后汇集进入辅锅炉的下部，再由其上部流出，然后进入用热设备，热油在用热设备处释放热量后返回到热油循环泵。在正常使用某台主机运行时，该机的废气在相应的废气锅炉中对热油进行加热，当热油温度无法满足用热设备的需求时，燃油辅锅炉将根据温度设定自动点火进行加热热油，如果当用热设备需求减少，其需求小于废气锅炉产生的热量时，废气旁通翻板将进行动作，旁通（或部分旁通）废气来实现对油温的控制。

1.1 废气旁通翻板的工作模式

废气翻板的控制模式分为旁通开模式、旁通关闭模式、PLC控制模式，可以在控制箱上通过旋转开关选择，当开关转换至PLC模式时，需要在控制面板界面进行AUT确认，正常运行时通常使用PLC自动模式。

1.2 废气翻板调节原理

废气旁通翻板内部构造为一套双翻板系统，它们在一个共同的轴上相互连接。一个翻板连接到旁通烟道，一个翻板连接到废气加热器的对流部分。两个翻板相互成90度的方式连接在一个共同的轴上，当一个翻板打开时，另一个翻板将关闭。废气翻板的驱动器安装在废气锅炉外部，是一个气动执行器。翻板是由气动驱动器和电子控制器结合控制，当处于PLC模式下，废气加热器的热油出口安装有PT100，用于测量温度，当热油温度升至电子控制器设定值以上时，废气加热器加热翻板关闭，内部旁通翻板打开，以便更多的热源气体通过内路旁通，废气炉的功率将会减少。当热油油温低于控制器设定值时，旁通翻板将关闭，主翻板将打开，以增加废气加热器的功率容量。同时该翻板也受加热器以下安全装置控制：高温温度开关，废气温度开关，流量开关，当安全装置触发时，翻板的位置将会自动转换至安全位置，即旁通翻板打开，主翻板关闭。

2.故障现象

某航次1号主机以稳定负荷正常运行时发现该废气锅炉热油温度逐渐降低至150℃，导致备用燃油锅炉启动对热油进行加热。对系统进行检查时未发现有需求量较大的热用户介入，同时发现这台锅炉的废气翻板旁通路处于接近全开状态，然后对报警数据检查，未发现异常报警触发翻板动作。

根据控制器油温的设定，通常废气锅炉热油温度设置为195℃时翻板进行动作，但正常运行时废气锅炉热油出口的温度仅有170℃左右，通过控制箱旋转开关转换至旁通开模式及旁通关模式时翻板均可以正常动作，再次切换回PLC自动模式时运行正常，但是随着运行时间变长（2-3天），发现该锅炉废气翻板旁通路正逐渐自动打开，导致热油温度再次降低。再次手动切换至旁通关闭模式长期运行发现阀门正常未有异常调节变动。

图1 热油工作原理图截图

图2 翻板内部结构

3.故障原因分析

根据上述现象对锅炉废气翻板手动、自动控制模式的控制电路逻辑进行分析。执行气缸上装有阀块组件，阀块上设有进排气电磁阀，通过A孔连接到执行气缸进行活塞侧的进气及排气动作，执行气缸的B孔连通两边的弹簧侧通大气。当切换至手动控制旁通关闭模式时，接触器25k2闭合使两路触点均得电闭合，25Y3进气电磁阀及25Y4放气电磁阀得电，此时25Y3进气电磁阀得电打开由A孔进气至活塞侧腔室，25Y4放气电磁阀得电关闭不放气，压缩空气作用在执行气缸的活塞侧克服两侧的弹簧力使翻板动作，两侧弹簧端腔室内的空气被压缩由B孔排出，旁通路保持关闭。

当切换至手动控制旁通打开模式时，接触器25k2断开使两路触点均失电断开，25Y3进气电磁阀及25Y4放气电磁阀失电，25Y3进气电磁阀失电停止进气，25Y4放气电磁阀失电打开由A孔进行放气，执行气缸两侧在弹簧力的作用下让翻板动作，使旁通路保持打开。

当切换至PLC自动模式时且油温未达到设定值时，继电器54K4一直得电使25Y4放气电磁阀一直保持在关闭状态，同时在模式切换时且油温未达到设定温度或重新设定一个相对现在实时油温的更高值时，将触发继电器54K3得电，进气电磁阀25Y3开始进气，执行时间为3min，继电器54K3失电，进气电磁阀25Y3停止进气，依靠密封在进入执行气缸活塞侧的压缩空气使其翻板保持在旁通路关闭位置。

图3 废气翻板控制电路图

当热油温度达到设定值时，PLC触发进行PID控制，放气电磁阀首先失电进行放气，将翻板动作至旁通路全开位置，然后放气电磁阀得电保持关闭不再放气，此时PLC根据热油温度作为反馈进行PID控制，调整进气电磁阀的得电时间来控制进入执行气缸的空气量，从而调整了废气翻板开度的大小，根据热用户的波动、油温的变化，往复循环以上动作调整直到使油温保持在设定值。

当油温超过设定温度很高时，进放气电磁阀都会处于失电状态，直到温度降至设定值会再进行调节。在搞清楚控制逻辑后分析1号锅炉油温从未达到过设定温度，处于PLC自动模式时，进气电磁阀根据模式及油温调节动作后不再对执行气缸内活塞侧进行补气，而此时气缸缓慢往旁通方向动作，说明执行气缸内活塞侧的压缩空气发生了泄露，该气动执行器内部活塞便在弹簧力的作用下缓慢移动。用泡沫液对执行器弹簧侧通往大气的B口进行查漏，发现有轻微泄漏，这便是废气翻板出现慢慢关闭的原因。见图4。

图4 气动执行器内部结构

本次故障较为隐蔽，执行器的轻微泄漏从外观难以发现，需要对厂家的PLC控制逻辑完全了解才能找到问题所在，但偏偏一些国外厂家为了技术保护对一些控制逻辑在说明书里没有说明，需要主管人员在现场通过对设备运行情况多观察思考，才能找到问题所在。

4.结语

在遇到这种故障时，如果执行气缸备件充足，更换内部胶圈密封环即可解决，但在缺乏备件时可切换至手动模式应急使用，但应注意热用户及主机负荷对热油温度的影响，防止热油温度超出安全值。通过对Heatmaster热油加热系统的介绍及对锅炉废气翻板说明书上没有提到的工作逻辑原理进行了详细描述，有助于加深对该系统的理解、管理及维护。锅炉作为船舶的重要辅助设备之一，直接关乎着船舶能否适航，作为轮机管理人员应对其有充分的了解，便于发现问题及时解决，做好相关日常维护，为船舶正常航行提供保障。