張 偉

（上海海迅機電工程有限公司 上海200011）

引 言

我國海洋事業(yè)逐漸走向深藍，這對船舶的性能提出了更高的要求。液位測量原先一直采用人工標尺測量法，這種測量方法原始，費時費工且測量效率低，船員不能在短時間內獲得液艙裝載信息，在加油、加水時，易發(fā)生艙滿外溢。近年，隨著船舶總體技術水平的提高，液位遙測系統(tǒng)應需而生。液位遙測替代人工測量可大幅減輕船員的體力勞動，提高測量效率；而且它具有顯示直觀、操作簡便、可設置液位報警信息等優(yōu)點。

此外，隨著船齡增加，船上設備必然會出現(xiàn)材料老化的現(xiàn)象，導致設備的技術性能下降，液位遙測系統(tǒng)隨船齡增加系統(tǒng)測量精度下降更明顯。因此，液位遙測系統(tǒng)在使用過程中，為保持良好的技術狀態(tài)，需定期對系統(tǒng)的設備進行相應的維護和修理。

1 液位遙測系統(tǒng)

1.1 工作原理

液位遙測系統(tǒng)是基于PLC技術的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由數據采集單元、數據分析/處理單元、數據顯示單元等模塊組成。系統(tǒng)的工作方式是傳感器負責采集各艙液位信息，將采集的數據轉換成電信號并輸出至控制箱，控制箱內的PLC/CPU對數據進行分析和處理，處理后的數據以圖表和文字等方式將液位高度顯示出來。

系統(tǒng)的人機界面可對液位信息進行相關檢測和設置，包括通訊檢測、故障檢測、參數設置等。通過上位機船員可設置液艙相關的報警信息，人機界面顯示報警通道名稱，報警內容等，保證船始終處于安全狀態(tài)。

1.2 船舶常用液位測量裝置

液位測量裝置種類繁多，船舶上常用的液位測量裝置有：吹泡式測量、靜壓式測量、雷達式測量、磁翻柱式測量等，這幾種測量裝置都有各自的優(yōu)缺點：

（1）吹泡式測量是在液艙中插入一根氣管，氣體經過濾和減壓后，潔凈的氣體再經過恒流器和氣管吹入液艙。吹氣流量由恒流器控制，氣體經過恒流器沿氣管吹入液艙中，壓力傳感器測量氣管進液艙管路上的壓力，當氣管末端有連續(xù)微量氣泡排出時，此時傳感器測量的壓力等于當前液位高度產生的壓力。吹泡式測量的氣管路布置較復雜且測量精度不高，往液艙吹氣還可能會污染測量介質；因壓力傳感器不與測量介質直接接觸，傳感器使用壽命長，適應于測量精度要求不高、惡劣環(huán)境的液艙。

（2）靜壓式測量是靠水壓作用在傳感器端面的膜片上，膜片產生微小形變引起傳感器內部微電路發(fā)生變化，傳感器輸出一個與壓力大小成正比的電信號。靜壓式測量裝置結構簡單，傳感器體積小，測量精度高；但傳感器與介質直接接觸，長期使用可能會損壞傳感器膜片。

（3）雷達式測量是通過雷達傳感器［1］的天線系統(tǒng)朝介質的方向發(fā)射能量很低且極短的微波脈沖，微波被介質表面反射并被天線系統(tǒng)重新接收，微波脈沖以光速運行，從發(fā)射到接收，雷達脈沖所需的運行時間和艙內液高成函數關系。雷達傳感器測量精度高，信號抗干擾能力強，因雷達傳感器不與測量介質接觸，不污染介質且使用壽命較長；導波雷達傳感器安裝前需增加導波管，防止測量過程中微波遇到干擾物，干擾物作為虛假反射信號源影響測量結果，雷達傳感器成本較高，建議使用在測量精度要求較高的油艙。

（4）磁翻柱式測量是基于連通器原理并結合浮力原理和磁性耦合作用原理研發(fā)而成測量裝置。當被測液艙中的液位升降時，液位計主導管中的浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現(xiàn)場指示器，驅動紅、白翻柱翻轉180°。當液位上升時，翻柱由白色轉為紅色；當液位下降時，翻柱由紅色轉為白色。現(xiàn)場指示器的紅、白界位處為液艙內介質液位的實際高度，同時通過液位變送器將液位信號轉換成標準電信號輸出至控制箱。磁翻柱液位計測量結果可靠，類似于標尺測量，使用壽命極長；但需提供足夠安裝空間，不適合測量大深型的液艙。

2 維修流程

船舶設備維修級別分為：自修、航修、廠修、報廢四個級別［2］，本文主要是對廠修級別的維修進行探討。當船員遇到無法自行解決的故障問題，船長向相關單位提交修理申請并獲得批準后，相關單位根據維修的范圍和內容確定維修的等級。廠修之前，船長組織各單位各部門召開修理工程會議，根據船舶設備的技術狀態(tài)編制合理的修理單，修理單是船舶修理工程的基礎技術文件，是船廠安排修船計劃的依據。對于無法拆檢的部件，不能確定修理內容，應寫明待拆檢后再確定修理內容。

船舶進入修理廠之前，需將船上易燃易爆物品卸至指定地點，按照修理工程對油艙、壓載水艙及管路等進行清潔，清除艙底雜質，對于需要動火場所，須排除易燃易爆氣體。

船廠根據接收的修理委托單進行相關的修理，組織外協(xié)廠家進行勘驗，并確定修理方案和修理工期。在修理過程中，船廠應派專業(yè)的監(jiān)修師進行監(jiān)修，實時了解維修進度，最終確保維修工作按時按質完成。

3 案例分析

廠修一般分為普通維修和改裝維修。普通維修不改變系統(tǒng)的技術參數，牽聯(lián)工程較小，可操作性強。維修人員需查找出設備故障的位置，要求制造商及時提供相應損壞的部件，更換設備后還需進行相關試驗，以驗證設備完好。改裝維修是為了改善船舶原性能而進行的修理。其涉及管路鋪設、電纜敷設、焊接等，牽聯(lián)工程較大，施工周期較長。

現(xiàn)以某綜合補給船液位測量改裝性維修工程為例進行分析。

3.1 勘驗情況

該船原液位遙測系統(tǒng)采用吹泡式測量15個壓載水艙、4個淡水艙的液位高度和4點吃水深度，采用雷達式測量16個油水艙的液位高度，總共測量35個液艙的液位和4點吃水深度。

維修前經勘驗該船液位遙測系統(tǒng)存在如下問題：液艙測量數據普遍無法顯示，即使少數液艙有數據顯示，但測量結果與實際液位高度相差懸殊；系統(tǒng)的機械部件都存在不同程度的銹蝕；液貨控制室的觸摸顯示屏觸摸無反應。

本船裝載噸位較大，若液位遙測無法正常使用，測量工作全靠人工執(zhí)行，會造成大量的人力物力資源浪費，且人工測量速度慢，無法實時了解液艙的裝載信息，不利于船舶的自動化、智能化。

3.2 故障分析

吹泡式測量失真后，水艙加水一般加滿為止，以液艙透氣管溢出水視為加滿。吹氣管路上無保護裝置，滿艙后水可能沿氣管路進入控制箱，導致控制箱內測量部件銹蝕、損壞；電氣控制模塊和傳感器型號老舊，模塊處理數據處理能力下降。

本船油水艙內部結構復雜，微波掃描范圍內有管道、扶梯等干擾物，而雷達傳感器安裝處下方未設置導波管。傳感器在使用過程中，微波遇到艙內干擾物時，誤將干擾物作為反射源，導致雷達傳感器接收到虛假反射信號，將干擾物的虛假信號當作液面反射信號。

觸摸顯示屏觸摸無反應，屏內部電子部件老化；屏內裝載程序版本過舊，操作流程繁瑣。

3.3 維修方案

壓載水艙環(huán)境惡劣，測量精度要求不高，故測量方式維持吹泡式測量，但需更換控制箱內部的電氣元器件和銹蝕的機械部件，更換后確?？刂葡鋬鹊墓苈窔饷苄粤己谩Ａ硗?，吹氣紫銅管上加裝單向控制閥，可阻止水倒灌入控制箱，有效保護控制箱內的測量部件。

淡水艙原測量方式為吹泡式測量，壓縮空氣易將雜質帶入淡水艙，可能造成淡水污染，吹泡式測量操作不便且測量精度低。根據現(xiàn)場勘查的情況將吹泡式測量改為靜壓式測量，在原吹泡式裝置的安裝法蘭增設防水接頭，將靜壓傳感器投入淡水艙艙底并固定，傳感器電纜通過防水接頭導出進入控制箱。吃水測量在原海水引入桶桶蓋上引一管路，在管路上安裝靜壓式傳感器，最后將傳感器信號導入控制箱內。

雷達傳感器安裝處下方內增加雷達導波管［3］，以約束雷達波的傳播路徑。導波管內壁要求光滑無毛刺，管底部安裝反射板，反射板可將穿透液面的雷達波反射到導波管外。導波管在安裝焊接過程中需保持管內壁光滑，最后用U型抱箍將導波管固定，防止導波管隨船搖晃。

為更便捷地操作液位遙測系統(tǒng)，更直觀地顯示各液艙的液位信息，按原觸摸屏的接口尺寸更換新觸摸屏，并升級液位測量的軟件程序、優(yōu)化程序結構，合理布置液艙畫面。

3.4 維修后系統(tǒng)性能

該船液位測量修理從勘驗到修理結束共耗時8個月。修理后系統(tǒng)采用吹泡式測量15個壓載水艙的液位高度，采用雷達傳感器測量16個油水艙的液位高度，用靜壓式傳感器測量 4個淡水艙的液位高度和4點吃水深度。修理后系統(tǒng)的設備更先進、顯示屏顯示畫面布置更合理，系統(tǒng)的操作響應更迅速，船員在液貨控制室可對全船液艙液位和吃水深度進行監(jiān)測。

液位遙測精度高，連續(xù)多次試驗后，所有液艙的精度都在允許范圍內；系統(tǒng)操作簡單，畫面顯示模擬液艙的艙名、介質高度、噸位信息等，用戶可通過觸屏一體機顯示各液艙液位信息，用手指輕觸就能快速了解各艙液位高度（如圖1所示）。

圖1 液位遙測系統(tǒng)效果圖

4 結 語

船舶修理級別確定后，制定修理方案時需充分考慮修理費用高和設備性能完好性差的兩大難題［4］：一是要解決原來設備故障問題，經修理后設備恢復原技術狀態(tài)；二是保持技術狀態(tài)可行的前提下，選擇合理的方法降低維修費用。

相比日、韓、歐、美等發(fā)達國家，我國在船舶修理這方面起步晚且基礎薄弱，與當今世界先進水平仍存在不少差距，但我們會積極學習國外先進的工作經驗，并結合自身基礎條件，在船舶設備修理級別和分析、修理方案等方面進行一些探討，希望對船舶修理工程有積極作用。