SAACKE船用鍋爐自動點火故障實例

鍋爐是船舶最早實現自動控制的設備之一，在以柴油機為動力裝置的船舶上，鍋爐產生的蒸汽用于加熱燃油、滑油及滿足船員日常生活的需要，其重要性不言而喻。鍋爐作為船舶重要的輔助設備，一旦出現故障將影響船舶營運，甚至出現船級證書失效、船舶不適航的被動局面。作者通過多年工作經驗，針對兩起鍋爐自動點火故障實例進行分析，探討其故障排查和處理方法，供同行參考。

1 案例一

1.1 故障現象

某輪鍋爐型號為SAACKE K/KD2.5+1.8/7,燃燒器型號為SKVJ-M18,屬于立式煙管鍋爐，工作壓力為0.7 MPa。在自動控制系統或安全監控系統發生故障時，鍋爐可以轉為應急操作模式，手動進行點火。該輪鍋爐由于自動點火故障，長期以來只能進行手動點火，不僅增加安全隱患，還給主管人員帶來更多的工作量。

1.2 故障排查

此鍋爐燃燒器為單體轉杯燃燒器，采用旋轉霧化原理，鍋爐一直使用柴油進行點火并作為燃料油使用。燃燒器由鼓風機提供風量(圖1為燃燒器風量分配)。轉杯電動機通過皮帶帶動一次風葉輪和霧化杯高速旋轉產生離心力，通過轉杯口的特殊形狀使燃油形成一層均勻的薄膜，隨后燃油從轉杯邊緣向外擴散，與沿著杯罩中心導入的一次風(霧化風)形成一個霧化錐。二次風(燃燒風)的導入使燃燒更加充分，三次風高速通過軸向導葉環，直接切入霧化錐表面，形成旋轉的穩焰氣流[1]。其中，一次風起到霧化燃油、控制火焰長度的作用；二次風用來控制燃燒風量；三次風用來穩定火焰外形的同時，防止殘炭堆積在葉片和霧化罩表面。

圖1 燃燒器風量分配 

A—鼓風機；B—一次風；C—二次風；D—三次風

燃燒器風量和燃油的配比由復合調節器(圖2)控制，在風量和油量之間提供最佳的比值。復合調節器作用于伺服電機，伺服電機通過接收程序控制器se@vis FSC的信號來控制復合調節器，使燃燒器處于所要求的負荷位置。復合調節器上安裝有控制圓盤，1擋為最小負荷(自動點火位置),10擋為最大負荷，復合調節器可以從1擋到10擋進行無級調節。

圖2 復合調節器 

根據鍋爐往常的使用記錄，點火時需要使用應急操作模式進行手動點火，同時需要將復合調節器調至3.5擋進行。現場對鍋爐進行自動點火試驗時發現，點火程序運行正常，預掃風結束，到達1擋后點火火焰建立正常，但當主燃油閥打開后火焰熄滅，點火失敗。進行手動點火試驗時發現，在1擋進行手動點火，點火火焰建立后主燃油閥打開，火焰熄滅，點火失敗，故障現象與自動點火時一樣。只有將控制圓盤調至3.5擋后進行手動點火，點火才能成功。根據自動點火時的情況進行觀察，可以初步排除自動點火程序的問題。根據手動點火時的情況進行觀察和比較，可以排除油路的問題，點火成功與否取決于點火時復合調節器的位置，因此，判斷故障點出在自動點火時燃燒器的風油比例不匹配。

1.3 故障處理

燃燒器風油比例的設置在船舶出廠時由服務工程師確定，但隨著鍋爐長時間運行造成磨損，燃油品質和品種的改變，以及濾器/濾網受雜質污染、堵塞等因素影響，風油比例不再處于最佳配比。由于風油比例的設置需要服務工程師結合豐富的經驗和現場反復的調試才能確定，應優先選擇清潔煙管、布風器、燃油濾器或改變油溫、油壓的方法來做調整。在嘗試無效的情況下，再進行風油比例調節。該輪通過各種檢查和清潔，仍然無法恢復自動點火功能，于是通過以下步驟來調整自動點火時的風油比例。

1)在手動點火中反復測試，觀察點火成功率及點火時火焰的燃燒情況，確定點火時最佳的風油比例處在復合調節器3擋的位置。

2)將3擋作為最佳點火位置，確定這個位置的風油比例，對1擋的風油比例進行調整。

3)1擋油量的調整方法：調整前，在手動模式下將控制圓盤轉至3擋，記錄下這個位置的油門開度。然后將控制圓盤轉至1擋，通過油量調節器(見圖3)調整油門開度，先通過粗調齒輪進行粗調，然后通過改變小負荷調節螺桿長度(加長連桿減小油門、縮短連桿增大油門)進行精調，確定油門開度與前面記錄的油門開度一致。

4)1擋一次風、二次風的調整方法：確定自動點火位置的油量后，我們還需要確定在自動點火位置時一次風、二次風的風量。首先，拆下控制圓盤檢查其反面(見圖4),記錄調整前上、下兩條曲線條的曲度形狀；其次，記錄調整前3擋位置上、下兩條曲線條的滑塊到圓盤邊緣的距離為X1和X2;然后，將1擋位置上、下兩條曲線條的滑塊到圓盤邊緣的距離調整為同樣的X1和X2;最后，根據調整前上、下兩條曲線條的曲度形狀，對2～10擋的滑塊距離進行微調，使上、下兩條曲線條的曲度與調整前一致。需要注意的是，我們在調整風門曲線條的時候，必須遵循風門變化由小逐漸變大的原則，也就是負荷越大，相鄰位置的風門變化量越大。正常情況下，不要大幅度地改變曲線條曲度，而要根據調整前的曲度進行微調。

圖3 油量調節器

3—油量調節器；A—滿負荷調節螺桿；B—小負荷調節螺桿；C—粗調齒輪；D—指示箭頭

圖4 控制圓盤 

1—一次風杠桿；2—二次風杠桿；3—上曲線條；4—下曲線條；5—調節螺栓；6—滑塊；7—轉盤

該輪通過此方法對自動點火位置的風油比例進行調節，隨后多次進行自動點火試驗，均點火成功，恢復了鍋爐的自動點火功能。

2 案例二

2.1 故障現象

某輪鍋爐型號為SAACKE K/KD2.5+1.8/7,燃燒器型號為SKVJ-M18,屬于立式煙管鍋爐，工作壓力為0.7 MPa。該輪鍋爐一直使用重油作為燃料油，自動點火功能不穩定，有時會出現點火故障，再次進行點火后又可以恢復自動點火功能。

2.2 故障排查

該輪鍋爐燃燒器為單體轉杯燃燒器，型號為SKVJ-M18,與案例一同型號，但使用柴油進行點火，重油作為燃料油。根據該輪鍋爐往常的使用記錄發現，其出現自動點火故障頻率不高，且隨后又可以自動恢復，在天氣較冷的環境下或者是在長時間沒有使用鍋爐后容易出現自動點火故障，繼續進行兩三次自動點火或者手動點火直至點火成功后，自動點火功能即可恢復正常。在點火過程中，點火火焰建立正常，而當主油閥打開、燃料油投入時偶爾會出現燃燒不穩定而熄火停爐，導致點火失敗。根據這種現象，初步判斷問題出在燃油溫度上，由于溫度偏低而使燃油黏度較大，霧化效果不佳，導致燃燒不穩定。

2.3 故障處理

1)在鍋爐停止使用期間，燃燒器的預加熱器一直開啟使用，循環加熱燃料油，但在燃燒器內部仍然有一段管路無法經過循環加熱，這一段管路簡稱“死油區”(Dead oil)(見圖5)。隨著停爐時間延長或者環境溫度下降，死油區燃油溫度逐漸降低，在點火時預掃風結束后溫度更是進一步降低，這時燃油黏度進一步增大。在點火時主油閥打開后，這一部分油最先噴出，由于其黏度高、霧化差，容易導致燃燒效果不好而使點火失敗。

圖5 SKVJ-M18燃燒器 

為了解決這一問題，此型號燃燒器在死油區上設計了3個加熱器(圖5中③、④、⑤號加熱器)來保持燃油溫度，③、④號加熱器由油溫監控器進行控制(溫度低于60 ℃通電運行),⑤號加熱器只在掃風過程中通電運行，其中主燃油閥上的加熱器(③號加熱器)可以根據客戶需求選擇是否安裝。該輪鍋爐出廠時裝配了④號加熱器(23 W)和⑤號加熱器(250 W),分別對這兩個加熱器進行測量，確定其工作狀況。在油溫低于60 ℃和掃風階段，測量兩個加熱器的輸入電壓正常。斷開電源，測量兩個加熱器阻值，發現阻值都為無窮大，判斷這兩個加熱器故障(根據說明書，④號加熱器阻值應為2 300 Ω,⑤號加熱器阻值應為212 Ω)。該輪通過更換備件后，恢復了其加熱功能。

2)燃油溫度一直是容易忽視的部分，溫度過高會導致小負荷時重油流量過大，既容易冒煙也容易結炭，溫度過低會導致燃油流量太小，霧化效果不佳，導致燃燒不穩定，點火困難。雖然廠家提供的此型號燃燒器重油進口參考溫度為70～90 ℃,但同時提到轉杯霧化器要求的燃油運動黏度值應等于或略小于45 mm2/s, 因此廠家在燃燒器上設計了一個預加熱器(圖5中①號加熱器)對燃油進行循環加熱，其加熱溫度必須根據說明書中的黏度—溫度關系圖進行設定。

通過對比該輪半年來加裝燃油的質量檢測報告，發現每次加裝的燃油品質、品種不盡相同，黏度也隨之變化，運動黏度(50 ℃時的黏度)最低值為143.4 mm2/s, 最高為272.0 mm2/s(見表1)。根據圖6,可以得到保持黏度值為45 mm2/s時的加熱溫度應為71 ℃、88 ℃,而該輪燃燒器預加熱器設定溫度卻一直保持在75 ℃,這也是導致有時自動點火困難的原因之一。

表1 燃油黏度檢測結果 

燃油溫度設定值的參考方法如下：首先，根據說明書中黏度—溫度關系圖，在圖表X軸上先找到燃油溫度T,在圖表Y軸上找到燃油溫度對應的黏度V;其次，畫出燃油溫度T在Y軸上和黏度V在X軸上的直線，確定其相交點；再次，從相交點順著周圍的曲線(保持相同弧度)往黏度45 mm2/s的X軸直線方向延伸，直至其相交為止；然后，這個交點對應圖表上的溫度值T即為燃油保持黏度值45 mm2/s時的設定溫度；最后，有時船舶難免出現混油現象，可以根據船舶供油單元上實際的黏度值和溫度值確定加熱溫度。以該輪為例，當前船舶供油單元使用黏度控制模式，設定值為12 mm2/s, 供油單元上的燃油溫度顯示為121 ℃,那么可以確定燃油溫度T為121 ℃、黏度V為12 mm2/s, 然后根據上述方法對燃油溫度設定值進行確定。

3)為徹底解決鍋爐自動點火問題，同時對鍋爐點火時序進行檢查。該輪鍋爐通過程序控制器se@vis FSC來控制自動點火程序，其中相關參數可以在人機交互單元(Human Machine Interface, HMI)上進行檢查及調整。通過點火時序圖(見圖6),可以確定在B-C燃燒器啟動階段的點火順序為：點火變壓器→點火柴油電磁閥→主燃料閥，其中t2為控制點火變壓器通電時間，t3為一級點火安全時間，t4為點火火焰穩定時間，t5為二級點火安全時間，t6為主火焰穩定時間，對應的參數代碼見表2。根據自動點火時的故障現象，重點檢查二級點火安全時間t5(點火柴油電磁閥和主燃料閥同時打開輔助燃燒的時間)和主火焰穩定時間t6(時間結束后程序控制器se@vis FSC根據程序設定開始加大負荷),通過HMI點擊→Login(登錄2級權限)→Main menu(主菜單)→Configuration(配置，2000～2383)→選擇對應的參數代碼進行檢查或修改設定值(修改設定值時要注意部分參數單位是0.1 s)。在檢查中發現t5和t6的設定值為3 s和1 s, 時間設定偏短，將t5和t6時間設定值調整為5 s和2 s, 利于死油區的燃油燃燒和穩定火焰。

圖6 點火時序圖 

表2 參數代碼 

結合船上鍋爐使用情況和自動點火故障現象，該輪通過檢查死油區的加熱裝置、燃油溫度設定和自動點火程序，恢復鍋爐自動點火功能，在隨后的使用中再未出現過點火失敗故障。

3 結束語

參考文獻：

[1]程啟煒.SAACKE船用鍋爐自動點火故障實例[J].航海技術,2023(04):41-44.

作者簡介：

程啟煒，電子電氣員，中遠海運船員管理有限公司廣州分公司