陳建光

（江蘇熔盛重工集團(tuán)有限公司 機(jī)電工程部，江蘇 如皋 226532）

0 引言

船舶主機(jī)曲軸箱中的滑油遇高溫會產(chǎn)生油氣，油氣再與70℃左右的較冷空氣相混合，即形成油霧。當(dāng)油霧濃度超過正常標(biāo)準(zhǔn)，可能會引發(fā)曲軸箱爆炸事故。油霧濃度探測裝置（Oil Mist Detector，以下簡稱“OMD”）是用于檢測曲軸箱油霧濃度，保證主機(jī)安全運(yùn)行的重要裝置。早期比較有代表性的產(chǎn)品有英國的GRAVINER Mark 4/5、德國的VISATRON CN115/116/215、日本的DAI-HAT SUMD-9x等，這類產(chǎn)品均為較經(jīng)典的傳統(tǒng)油霧濃度探測裝置，其共同特點(diǎn)是采用電氣或微機(jī)控制的機(jī)械式采樣、集中測量，其體積大、分辨率較低，測量系統(tǒng)無法區(qū)分油霧和水/油滴，誤報(bào)率高。為此英國的KIDDE公司在GRAVINER Mark5 OMD的基礎(chǔ)上推出了全新的Mark6型OMD，其采樣、測量及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對早期產(chǎn)品有了根本性地改變。然而其在國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間不長，資料較少，船舶管理人員不甚了解，在系統(tǒng)調(diào)試和日常管理工作中有一定的困難。為此，本文以GRAVINER MarK6 OMD的實(shí)船應(yīng)用為例，介紹其具體功能及特點(diǎn)，并提出維護(hù)管理建議及曲軸箱爆炸事故的預(yù)防與應(yīng)急處理。

1 Mark6 OMD的功能及特點(diǎn)

1.1 Mark6的功能

GRAVINER MarK6 OMD采用CAN總線結(jié)構(gòu)，可同時(shí)用于多臺柴油機(jī)油霧濃度的監(jiān)測，每臺柴油機(jī)配置一個(gè)接線盒，用于連接安裝于各柴油機(jī)上的傳感器。安裝于柴油機(jī)機(jī)旁的接線盒最終通過CAN總線接至控制單元?？刂茊卧獙?shí)時(shí)地按照順序掃描傳感器探測到的監(jiān)測點(diǎn)油霧濃度值，并存入相應(yīng)的存儲器。然后，分別對各臺柴油機(jī)的油霧濃度值進(jìn)行差動(dòng)測量處理，即將每臺柴油機(jī)的各監(jiān)測點(diǎn)油霧濃度值加權(quán)求出平均油霧濃度值，再將各缸的實(shí)時(shí)油霧濃度值與平均油霧濃度值比較得到各缸的偏差濃度值。經(jīng)差動(dòng)測量處理后，每臺柴油機(jī)擁有實(shí)時(shí)平均油霧濃度值和各缸實(shí)時(shí)偏差濃度值，分別將其與平均濃度報(bào)警值和偏差報(bào)警值比較。若參數(shù)越限，則發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警，故障嚴(yán)重還將觸發(fā)主機(jī)或副機(jī)安保裝置的自動(dòng)降速功能。[1]

1.2 Mark6的特點(diǎn)

GRAVINER Mark6 OMD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對傳統(tǒng)的油霧濃度監(jiān)測裝置在采樣、測量和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面作出了根本性革新。

（1）負(fù)壓采樣技術(shù)。GRAVINER Mark5 OMD等傳統(tǒng)產(chǎn)品均采用風(fēng)機(jī)主動(dòng)抽吸式采樣，各監(jiān)測點(diǎn)的油霧經(jīng)風(fēng)機(jī)抽吸，當(dāng)前監(jiān)測點(diǎn)的氣樣進(jìn)入測量室，而其它監(jiān)測點(diǎn)的氣樣直接排出機(jī)艙之外。這種采樣方式最大的缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)主動(dòng)式抽吸的吸力不均勻會導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)的油滴或水滴被吸出。透射光檢測技術(shù)無法區(qū)分油霧和油/水滴，而會產(chǎn)生誤報(bào)警。為了減少誤報(bào)警，需在安裝口至測量室間設(shè)置較長的傾斜管道，這就導(dǎo)致系統(tǒng)體積偏大。

鑒于風(fēng)機(jī)主動(dòng)抽吸式采樣的缺陷，GRAVINER Mark6 OMD系統(tǒng)采用被動(dòng)“負(fù)壓”式采樣技術(shù)，如圖1所示，從曲軸箱監(jiān)測點(diǎn)的安裝口至測量室只有一根很短采樣管道，傳感器內(nèi)的排風(fēng)扇將測量室內(nèi)已完成測量的氣樣排至曲軸箱，于是測量室便形成真空，測量室相對于曲軸箱為負(fù)壓，曲軸箱內(nèi)的新氣樣可在負(fù)壓的作用下，溫和地進(jìn)入測量室，這樣氣樣中的夾雜的油/水滴可大幅度降低。加之采樣管內(nèi)部采用螺旋式設(shè)計(jì)變相增加其長度，可使氣樣中的油/水滴冷凝回流。從而大大提高了氣樣的質(zhì)量，從而降低誤報(bào)警概率。

圖1 被動(dòng)負(fù)壓采樣原理

（2）散射光檢測技術(shù)。GRAVINER Mark5 OMD等早期產(chǎn)品均采用透射光檢測技術(shù)，使光源、測量室、感光元件呈水平方向布置，利用油霧對光線的阻光程度與其濃度成比例的關(guān)系，油霧濃度越高，其感光元件檢測到的關(guān)系越弱。但是該項(xiàng)技術(shù)不能區(qū)別光線成分，其靈敏度較低，分辨率較低，且抗干擾性能低。

鑒于透射光檢測技術(shù)分辨率較低，GRAVINER Mark6 OMD系統(tǒng)采用散射光檢測技術(shù)，利用油霧對光線的散射程度與其濃度成比例的關(guān)系。結(jié)構(gòu)上使光源、測量室、感光元件呈垂直方向布置，如圖2所示。油霧濃度越高，其感光元件檢測到的關(guān)系越強(qiáng)。由于物質(zhì)對光線的反射率不同，氣樣中的顆粒的大小/質(zhì)量不同，受到光照作用后發(fā)生的振動(dòng)也不同，由此產(chǎn)生的次級光波也不一樣。感光元件檢測特定的波長的光線強(qiáng)度，即可識別出氣樣中物質(zhì)的類別和密度，故可減少樣品背景噪聲的影響，誤報(bào)率得以大幅度降低，分辨率大幅提高。

圖2 散射光檢測原理

（3）完全分布式網(wǎng)絡(luò)化處理技術(shù)。GRAVINER Mark5 OMD等早期產(chǎn)品均采用采樣集中測量的設(shè)計(jì)思路。整個(gè)油霧濃度監(jiān)測系統(tǒng)僅設(shè)置一個(gè)測量室，各監(jiān)測點(diǎn)中的氣樣通過其采樣管道上電磁閥的通斷控制，依次送至測量室檢測。集中測量方式采樣周期過長，延時(shí)較大，其測量精度勢必受到影響，故此類產(chǎn)品只能實(shí)現(xiàn)對一臺柴油機(jī)（一般為主機(jī)）的油霧濃度監(jiān)測。集中式測量方式中，所有氣樣均需同一測量室檢測，若測量室損壞則系統(tǒng)癱瘓，可靠性較差。

GRAVINER Mark6 OMD則采用完全分布式處理的設(shè)計(jì)思想，運(yùn)用CAN總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化處理，其控制網(wǎng)絡(luò)主要由油霧濃度傳感器（俗稱探頭）、接線盒和控制單元等組成，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

傳感器為微電腦型智能傳感器，用于探測曲軸箱內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的油霧濃度值，并對測量室中散射測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終將油霧濃度值通過CAN總線送至集控室控制單元進(jìn)一步計(jì)算處理。傳感器的數(shù)量取決于曲軸箱內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量，而監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量一般和柴油機(jī)缸數(shù)保持一致。各監(jiān)測點(diǎn)的油霧濃度傳感器可獨(dú)立對各自監(jiān)測點(diǎn)的油霧濃度進(jìn)行檢測。

圖3MARK6 OMD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

GRAVINER Mark6 OMD系統(tǒng)最多可支持64個(gè)傳感器，可同時(shí)用于多臺柴油機(jī)油霧濃度的監(jiān)測，機(jī)艙中的船舶主機(jī)和發(fā)電副機(jī)均可由其實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，在沒有報(bào)警情況下，最大系統(tǒng)掃描時(shí)間為1.2s。因?yàn)槊總€(gè)監(jiān)測點(diǎn)均有各自的油霧濃度傳感器獨(dú)立測量，即使個(gè)別傳感器出現(xiàn)故障也不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，可靠性提高。

2 Mark6 OMD維護(hù)與管理

2.1 傳感器的養(yǎng)護(hù)

油霧濃度傳感器是集采樣、測量與控制于一體的智能型傳感器，合理的養(yǎng)護(hù)可保證其連續(xù)可靠地工作。傳感器的拆卸清洗、更換和報(bào)警功能試驗(yàn)一定要嚴(yán)格按照說明書的步驟進(jìn)行。其中特別要強(qiáng)調(diào)的是：在柴油機(jī)運(yùn)行中不允許拆卸傳感器，以免熱油從曲軸箱安裝口噴射出而導(dǎo)致安全事故。在拆卸風(fēng)機(jī)組件時(shí)，要用起拔器小心拆卸。拆卸中風(fēng)機(jī)彈簧及固定銷釘易損壞，故取下風(fēng)機(jī)組件后，務(wù)必檢查風(fēng)機(jī)彈簧及固定銷釘狀態(tài)。

油霧濃度傳感器中最重要的日常養(yǎng)護(hù)是保持光學(xué)檢測部件的清潔。光學(xué)檢測部件主要有LED近紅外光源、測量室、感光元件，這些部件中任何一個(gè)部件一旦受到污染，其檢測值都會升高。為了保證無油霧的情況下進(jìn)入感光元件的光線為零，感光元件前設(shè)置了開有小孔的隔板，形成感光接收孔。感光接收孔孔徑很小，非常容易積聚油污且難以清潔。日常清潔時(shí)可用專用光電清潔劑插上附帶的細(xì)管，直接伸入小孔中進(jìn)行清洗。P57100-113版及以后版本的傳感器，每24h自動(dòng)執(zhí)行一次光學(xué)測試程序，對傳感器光學(xué)部件進(jìn)行自動(dòng)臟污檢測。而P57100-113以前的版本，則需手動(dòng)檢測。

除感光接收孔外，采樣氣道彎頭處往往容易被忽略。油霧濃度傳感器采樣氣道細(xì)窄且呈螺旋結(jié)構(gòu)，底部還設(shè)有90°的彎頭。這樣的結(jié)構(gòu)雖然可有效地凝結(jié)回流氣樣中的水/油滴，但是也特別容易積聚油污而導(dǎo)致進(jìn)排氣管道阻塞。一旦進(jìn)排氣管道被完全阻塞，相當(dāng)于傳感器在沒有任何提示的情況下被切除。因此，清潔傳感器是切勿忘記吹通采樣管道。

2.2 常見故障處理

GRAVINER Mark6 OMD工作及故障狀態(tài)指示也較為直觀，除控制面板設(shè)有詳細(xì)故障指示燈和液晶顯示外，如圖4所示。油霧濃度傳感器還設(shè)有綠、紅、黃等三個(gè)指示燈，綠燈亮表示傳感器工作狀態(tài)正常，紅燈亮表示油霧濃度超標(biāo)，黃燈亮表示傳感器內(nèi)部故障。

GRAVINER Mark6 OMD可靠性極高，但是在長期的實(shí)船應(yīng)用中也會出現(xiàn)一些故障，其主要故障現(xiàn)象如下：（1）控制單元無顯示，且電源指示燈滅，其最可能的原因是電源故障，可以檢查系統(tǒng)電源接線。

（2）油霧濃度傳感器電源指示燈（綠燈）熄滅，其最可能的原因是接線盒保險(xiǎn)絲燒斷，也有可能是傳感器內(nèi)部故障。

圖4 傳感器外殼

（3）控制單元液晶顯示器中顯示“COMMS FAULT”，其最可能原因是傳感器地址碼設(shè)置錯(cuò)誤，也可能是傳感器供電異?；騻鞲衅鲀?nèi)部故障。傳感器中上部貼有黑色透明標(biāo)簽，內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)地址碼開關(guān)，如圖4所示。正常情況下該黑色透明標(biāo)簽不允許揭下，若發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽松脫，應(yīng)立即檢查地址碼設(shè)置。

（4）控制單元液晶顯示器中顯示“FAN FAULT”，其最可能原因是傳感器內(nèi)部采用風(fēng)機(jī)故障。

（5）控制單元液晶顯示器中顯示“LED FAULT”，其最可能原因是光學(xué)測量部件中的LED光源需要清洗，也可能是LED等燒壞。

（6）控制單元液晶顯示器中顯示“DETECTOR FAULT”，其最可能原因是光學(xué)測量部件臟污，如感光接收小孔、感光元件等。

2.3 控制單元的管理

GRAVINER Mark6 OMD控制單元通過軟件設(shè)置可使之適用于二沖程柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，也可使之適用于二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)等多臺機(jī)型的組合?？刂茊卧浖藛螌⑻峁?shí)現(xiàn)各種功能的具體方法，其軟件操作管理有三個(gè)級別：用戶級、工程師級和服務(wù)商級。其中，用戶級操作只能實(shí)現(xiàn)查詢功能，不能進(jìn)行報(bào)警設(shè)定及系統(tǒng)設(shè)置；工程師級操作受密碼保護(hù)，輸入密碼后可完成大量設(shè)置，但不可對事件及歷史記錄進(jìn)行更改；服務(wù)商級操作同樣受密碼保護(hù)，且密碼等級高于工程師級，可進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的所有操作。

控制單元操作軟件設(shè)計(jì)邏輯清晰，輪機(jī)調(diào)試與管理人員可輕松上手。操作中需特別注意的是，當(dāng)發(fā)生油霧濃度高報(bào)警時(shí)，控制單元面板僅顯示發(fā)出報(bào)警的傳感器號（即缸號），并沒有濃度數(shù)值顯示。如需要查看報(bào)警的具體數(shù)值，要選擇“SYSTEM STATUS/DETECTOR/TETECTOR STATUS”，此欄目下有一“PEAK LEVEL”是指傳感器檢測到的峰值，一般就是報(bào)警值。此值是從上一次峰值清零到目前的最高值，若上次報(bào)警峰值未清零且本次報(bào)警值小于上次報(bào)警峰值，則本次報(bào)警值被屏蔽。因此最好的做法是：每次報(bào)警后以通過工程師級密碼選擇“CONFIGURE SYSTEM/CLR PEAK AND AVG”把峰值清零。

3 曲軸箱油霧濃度監(jiān)測與管理技術(shù)研究

3.1 曲軸箱爆炸的預(yù)防

GRAVINER Mark6 OMD可有效地的監(jiān)測曲軸箱油霧濃度，油霧濃度超標(biāo)可發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，必要時(shí)可出發(fā)柴油機(jī)自動(dòng)降速?？捎行У胤乐骨S箱爆炸事故的發(fā)生，然而曲軸箱爆炸事故一旦發(fā)生，既發(fā)生火災(zāi)也會造成沖擊性的破壞，因此日常工作中還需注意：

（1）避免曲軸箱內(nèi)出現(xiàn)熱源，防止活塞環(huán)、活塞桿填料函發(fā)生漏氣；保證滑油和冷卻，防止運(yùn)動(dòng)件過熱、白合金燒熔；避免出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象。

（2）在曲軸箱上安裝透氣管將油氣及時(shí)排除機(jī)艙之外，透氣管口的防火罩切勿被油垢臟堵。

（3）在柴油機(jī)排氣側(cè)的曲軸箱門道上裝設(shè)防爆門，防爆門安全閥開啟壓力一般應(yīng)設(shè)為0.01MPa，當(dāng)曲軸箱內(nèi)壓力高于設(shè)定值，防爆門安全閥自動(dòng)彈開將油氣放出，待壓力降低后再自動(dòng)關(guān)閉。

確保上述環(huán)節(jié)沒有任何問題時(shí)，GRAVINER Mark6 OMD可有效地發(fā)揮監(jiān)測作用，避免事故發(fā)生。

3.2 曲軸箱爆炸的處理

GRAVINER Mark6 OMD雖然可精確地監(jiān)測曲軸箱油霧濃度，有效地防止惡性爆炸事故的發(fā)生。然而，往往因某些人為因素影響最終還是導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，因此必須采取有效措施防止事故進(jìn)一步惡化。

（1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)曲軸箱不正常發(fā)熱、透氣管冒大量油氣，嗅到油焦味或GRAVINER Mark6 OMD發(fā)出報(bào)警時(shí)，都表明曲軸箱內(nèi)存在潛在的爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)立即降速運(yùn)行并加強(qiáng)氣缸油潤滑。特別注意的是，此時(shí)不能立即停車和冷卻水泵、滑油泵。因此當(dāng)Mark6監(jiān)測到油霧濃度嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)應(yīng)向安保系統(tǒng)發(fā)降速指令，而不是停車指令，并且氣缸油系統(tǒng)也應(yīng)相應(yīng)降速指令而加強(qiáng)潤滑。

（2）當(dāng)發(fā)生曲軸箱爆炸危險(xiǎn)時(shí)，任何人不準(zhǔn)在柴油機(jī)裝有防爆門的一側(cè)走動(dòng)或滯留，避免造成不必要的人身傷亡。

（3）當(dāng)曲軸箱已經(jīng)發(fā)生爆炸并將防爆門安全閥沖開時(shí)，需立即采取滅火措施。切記立即打開道門，否則新鮮空氣進(jìn)入曲軸箱，將導(dǎo)致更大的爆炸事故發(fā)生。

（4）用機(jī)體外專用滅火接頭引入滅火劑，進(jìn)行滅火。

4 結(jié)束語

GRAVINER Mark6 OMD采用完全分布式的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，其采樣、測量與數(shù)據(jù)處理較傳統(tǒng)油霧濃度監(jiān)測技術(shù)有根本的改變，是當(dāng)前較前沿的油霧濃度監(jiān)測技術(shù)，可有效地防止曲軸箱爆炸事故。當(dāng)然避免曲軸箱爆炸事故也不能單靠監(jiān)控技術(shù)，更要依靠輪機(jī)管理人員的正確保養(yǎng)方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

[1]左春寬.船舶動(dòng)力裝置[M]．大連:大連海事大學(xué)出版社,2012.