楊斌斌，熊 兵，高潤玉，劉沖沖

（中國海上衛(wèi)星測(cè)控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

某船燃油輔鍋爐為LSK 型，其主要作用是通過把燃油燃燒產(chǎn)生的熱能傳給鍋筒內(nèi)的水，產(chǎn)生低壓飽和蒸汽供船上動(dòng)力裝置加熱滑油、空調(diào)取暖和其他生活雜用所需，是船舶上至關(guān)重要的設(shè)備。2019 年2 月，該船LSK 型鍋爐運(yùn)行時(shí)頻繁出現(xiàn)極低水位報(bào)警，致使鍋爐頻繁停機(jī)，值班人員需頻繁處理報(bào)警并重新啟動(dòng)鍋爐，相應(yīng)設(shè)備蒸汽連續(xù)供應(yīng)大受影響。針對(duì)鍋爐極低水位報(bào)警故障，進(jìn)行詳細(xì)分析與排查。

1 鍋爐給水系統(tǒng)及水位監(jiān)測(cè)原理

某船輔鍋爐給水系統(tǒng)為雙位式控制，如圖1 所示，首先通過置于鍋爐上的水位傳感器提供模擬量信號(hào)至鍋爐控制箱，由電子開關(guān)轉(zhuǎn)變成合適的開關(guān)量信號(hào)，根據(jù)鍋爐水位的情況控制給水泵的啟/停，并與極低水位開關(guān)協(xié)作產(chǎn)生安全警報(bào)及遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)所須的信號(hào)。當(dāng)水位傳感器或極低水位傳感器監(jiān)測(cè)到鍋爐水位處于極低水位時(shí)，使鍋爐發(fā)出極低水位報(bào)警。

2 故障現(xiàn)象

某船輔鍋爐出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，鍋爐會(huì)自動(dòng)停爐，同時(shí)給水泵自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)檢查鍋爐水位玻璃鏡發(fā)現(xiàn)鍋爐實(shí)際水位并未處于極低水位，并且連續(xù)多次出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，通過玻璃鏡觀察鍋爐實(shí)際水位均處于正常值。由此可以初步判定該極低水位報(bào)警為誤報(bào)警。

3 故障分析與排查

圖1 鍋爐給水統(tǒng)原理

圖2 鍋爐極低水位報(bào)警程序

由圖2 西門子LOGO！230RC 模塊控制程序可知，當(dāng)Q6 有輸出時(shí)即可接通報(bào)警電路，產(chǎn)生極低水位報(bào)警。而Q6 輸出的條件是：水位傳感器監(jiān)測(cè)到的鍋爐實(shí)際水位低于-110 mm，使B023 由高電平變?yōu)榈碗娖?；或者極低水位傳感器通過與其配套的電子開關(guān)輸出低電平，使PLC 數(shù)字量輸入模塊I8 通道的電平變?yōu)榈碗娖健＿@兩個(gè)條件只要滿足一個(gè)，都可以使PLC 模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)。但由于鍋爐出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，LOGO！230RC 文本顯示屏顯示的鍋爐水位在-50 mm 至-40 mm，這一值與鍋爐實(shí)際水位一致，于是可以初步排除鍋爐水位傳感器故障這一可能性。因此，產(chǎn)生鍋爐極低水位報(bào)警的可能原因?yàn)镻LC 模塊故障、電源模塊故障、NRGT16-11S 型極低水位傳感器故障、NRS1-7b 水位開關(guān)（裝在鍋爐控制箱內(nèi)，將極低水位報(bào)警信號(hào)傳送至PLC，并由PLC發(fā)出報(bào)警）故障。

3.1 PLC 模塊

PLC 模塊分為LOGO！230RC 主模塊、數(shù)字量模塊、模擬量模塊如圖3 所示。由于未出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，鍋爐自動(dòng)運(yùn)行正常，因此排除主模塊故障及模擬量模塊故障。而通過對(duì)數(shù)字量輸入模塊檢查，輸入接口正常，故可排除PLC 數(shù)字量模塊故障。

圖3 PLC 模塊

3.2 電源模塊

電源模塊主要對(duì)PLC 模塊、NRGT16-11S 型極低水位傳感器、NRS1-7b 型水位開關(guān)供24 V 直流電源，若其出現(xiàn)故障，可導(dǎo)致這些元器件出現(xiàn)故障，從而出現(xiàn)極低水位誤報(bào)警。通過對(duì)該電源模塊檢測(cè)，輸入電壓AC 220 V，輸出電壓DC 24 V，電壓正常且穩(wěn)定。因此，可以排除電源模塊故障。

3.3 水位開關(guān)

NRGT16-11S 型極低水位傳感器與NRS1-7b 型水位開關(guān)（裝在鍋爐控制箱內(nèi)）協(xié)同工作，組成了一套極低水位報(bào)警單元。當(dāng)極低水位傳感器將極低水位信號(hào)傳給NRS1-7b 型水位開關(guān)后，該開關(guān)通過電路轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)開關(guān)量報(bào)警信號(hào)至PLC，從而使鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)出極低水位報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)停爐。

若該水位開關(guān)出現(xiàn)故障，可能輸出極低水位誤報(bào)警信號(hào)給PLC。通過檢查，該開關(guān)未出現(xiàn)損壞，且內(nèi)部元器件和電氣線路沒有異常。為進(jìn)一步排除該故障點(diǎn)，將該水位開關(guān)替換為備用鍋爐工作正常的NRS1-7b 型水位開關(guān)，重新啟動(dòng)鍋爐后極低水位報(bào)警故障未消除。因此需要對(duì)極低水位傳感器進(jìn)行重點(diǎn)檢查。NRS1-7b 型水位開關(guān)如圖4 所示。

3.4 極低水位傳感器

NRGT16-11S 型極低水位傳感器（圖5左未帶接線盒的傳感器）的電極由兩根同心電極組成（一根是測(cè)量電極，另一根是補(bǔ)償電極），它們互相絕緣，中間用專用的絕緣材料隔開。傳感器電極利用了水的導(dǎo)電性，輸出水位信號(hào)。當(dāng)水位電極的頂端露出水面時(shí)，會(huì)向水位開關(guān)NRS1-7 的橋接電路提供一個(gè)微弱的負(fù)不平衡信號(hào)，從水位開關(guān)NRS1-7 再輸出極低水位信號(hào)。相反地，在正常情況下，水位電極的頂端浸入水中，就會(huì)提供一個(gè)正不平衡信號(hào)給水位開關(guān)NRS1-7的橋接電路。另外，若極低水位傳感器電氣線路出現(xiàn)開路，亦會(huì)出現(xiàn)極低水位報(bào)警故障。

圖4 NRS1-7b 型水位開關(guān)

（1）線路檢查。排查中，首先對(duì)極低水位傳感器電氣線路進(jìn)行檢查，重點(diǎn)對(duì)極低水位傳感器引出線3 爪插頭連接情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)因受電纜牽拉力影響，插頭連接略有松動(dòng)，于是對(duì)該插頭進(jìn)行了綁扎緊固，重新啟動(dòng)鍋爐，運(yùn)行一段時(shí)間后極低水位報(bào)警仍出現(xiàn)。

（2）清潔極低水位傳感器。利用鍋爐短暫停爐時(shí)間對(duì)該傳感器的檢測(cè)電極進(jìn)行清潔，但是運(yùn)行1 d 后，極低水位報(bào)警故障仍反復(fù)出現(xiàn)。期間，通過仔細(xì)觀察，每次出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，給水泵會(huì)啟動(dòng)，但備用給水泵不啟動(dòng)（鍋爐水位處于-80 mm 低水位時(shí)啟動(dòng)泵用泵，極低水位報(bào)警水位為-110 mm）；同時(shí)西門子PLC 的LOGO 顯示屏顯示鍋爐水位為-40 mm，為正常水位。綜合分析可知，鍋爐出現(xiàn)極低水位報(bào)警時(shí)，實(shí)際水位并非極低水位，而是遠(yuǎn)高于-80 mm，因此可初步判定極低水位傳感器發(fā)出的是誤報(bào)警。

（3）更換極低水位傳感器。為精確定位故障，利用晚上鍋爐停爐時(shí)機(jī)，將該極低水位傳感器替換為備用鍋爐工作正常的傳感器，重新啟動(dòng)鍋爐并連續(xù)運(yùn)行，極低水位報(bào)警未復(fù)現(xiàn)。因此，可以判定鍋爐極低水位報(bào)警即由極低水位傳感器出現(xiàn)故障引起。

圖5 鍋爐給水系統(tǒng)

4 故障機(jī)理分析

通過對(duì)極低水位傳感器拆檢發(fā)現(xiàn)，傳感器電極和電極體之間的密封絕緣材料在機(jī)械外力作用或化學(xué)侵蝕的作用下發(fā)生性能退化或失效，導(dǎo)致密封性能降低，液體滲透進(jìn)入電極、電極體和螺釘之間的空間。當(dāng)鍋爐運(yùn)行后，會(huì)在水位開關(guān)NRS1-7 的橋接電路產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的負(fù)不平衡信號(hào)，并發(fā)出一個(gè)假的極低水位信號(hào)至PLC 輸入模塊，進(jìn)而發(fā)出極低水位報(bào)警。

5 結(jié)束語

此次某船LSK 型鍋爐極低水位報(bào)警故障的直接原因是極低水位傳感器老化損壞所致，但也與鍋爐水質(zhì)有關(guān)系。為了減少類似故障的發(fā)生，需確保鍋爐熱井水質(zhì)質(zhì)量。因此需對(duì)鍋爐熱井水質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并且應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB1576 的附錄A“水質(zhì)分析方法”，對(duì)爐水每天化驗(yàn)一次，確保鍋爐水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。若發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不佳時(shí)及時(shí)進(jìn)行加藥或更換熱井水，最大程度減少極低水位傳感器受化學(xué)腐蝕的影響，延長極低水位傳感器使用壽命。