某救助船燃油輔鍋爐燃燒自動控制系統可靠性分析

◎ 徐碩 交通運輸部南海救助局

1.引言

鍋爐作為船舶上相當重要的設備，其產生的蒸汽主要用來加熱燃油，對主機缸套水進行預熱，供廚房、空調加熱加濕、熱水柜以及各艙室加熱所用[1]。提高機械設備及系統的可靠性不僅可以延長其使用壽命，還可以增加人的安全性。所以，保證鍋爐燃燒的可靠性對于船舶安全、船舶正常運轉以及船員的日常生活需要具有深層次的意義。大型海洋救助船承擔著廣大海域人命、財產、環境在危急情況下的救援保障任務，要想完成好自身的使命，就要在復雜多變的海上環境中，特別是在高海況下保持全船機械設備的正常運轉。燃油輔鍋爐作為救助船上的重要設備，其可靠性及相關的維護管理尤其值得我們關注。

2.某救助船燃油輔鍋爐燃燒自動控制簡介

某救助船燃油輔鍋爐為LSK1.2-0.7型立式自然循環燃油鍋爐，額定蒸發量1200Kg/h，設計壓力0.9Mpa。該鍋爐選用了JWR230型壓力霧化式燃燒器，燃燒性能良好，燃燒效率不低于99%，自動化程度高，其燃燒自動控制系統基本運行程序為：風機啟動進行預掃氣→點火電磁閥動作，點火電極產生電火花→常開電磁閥關閉，1#噴嘴開始噴油燃燒→常閉電磁閥開啟，2#噴嘴開始噴油燃燒→大小火自動調節→熄火→后掃氣→停機。系統電路控制圖如圖1所示。

3.燃油輔鍋爐燃燒自動控制的可靠性計算

任務可靠性預計即對系統完成某項規定任務成功概率的估計，是針對某一任務剖面進行的，它除了可以幫助設計人員在產品設計時提供改進信息，增加產品的安全性能，還可以為設備使用及管理人員提供一些有用的管理信息，發現系統中的薄弱單位，比如對重點易故障的設備提高警惕，加強維護保養。在進行任務可靠性預計的時候，我們需要一些完成該任務中間的單元的可靠性數據，這些數據就是產品的任務故障率和平均故障間隔時間（MTBF）等。

產品的故障率用數學符號表示為

式中：λ（t）為故障率函數（1/h）；dr（t）為t時刻后，dt時間內故障的產品數；Ns（t）為殘存的產品數，即到t時刻還沒有故障的產品數，Ns（t）=No-r（t）。

可按式（3-1）進行λ（t）的工程計算：

式中：Δr(t)為t時刻后，Δt時間內故障的產品數；Δt為所取時間間隔（h）；Ns（t）為殘存產品數。

平均故障間隔時間：

可靠性預計的關鍵是對于整個系統工作原理和工作流程進行深入理解和掌握，在該救助船燃油輔鍋爐燃燒自動控制系統中，其主要的任務剖面是從啟動到正常燃燒的階段。在這個階段中，每一個單元的故障都會影響整體的燃燒成功與否，各個單元之間是一種串聯的關系，由各個單元的故障率就可以計算出系統的故障率，由此我們可以得出系統的可靠程度。

燃油輔鍋爐關鍵系統單元的故障率如下表所示。

單元名稱 故障率×10-6(1/h)燃燒器馬達 λ1=45點火變壓器 λ2=120點火電磁閥 λ3=30噴嘴電磁閥 λ4=23火焰探測器 λ5=75

根據燃油輔鍋爐燃燒自動控制系統控制電路圖及基本運行程序，不考慮安全保護單元，可以簡單計算從啟動到正常大火燃燒時系統的故障率：

λ = λ1+ λ2+ λ3+ λ4+ λ5+ λ4=293×10-6(1/h)

平均故障間隔時間：

MTBF=1/λ

≈3413h

≈142d。

4.燃油輔鍋爐燃燒自動控制的可靠性分析

通過對于燃油輔鍋爐燃燒自動控制各個環節的綜合可靠性可知，其控制系統中各單元設備在控制系統中總的可靠性較高，因此該燃燒控制系統的日常管理與維護工作不是太多，根據各單元的故障率參數，主要是定期檢查點火變壓器，增加其備件儲存數量；按期適時更換具有損耗特性的產品；要嚴格按照廠家的要求做好日常維護保養。此外，對于燃燒控制器西門子LAL2.25應注意以下幾點：（1）注意環境溫度、濕度以及是否積塵；（2）檢查供電和輸入輸出使用的電源是否在基準范圍之內，盡量避免不必要的停電；（3）做好備品備件的管理。

5.結束語

根據計算結果，本救助船燃油輔鍋爐燃燒自動控制系統總的可靠度較高,在不考慮安全保護單元的情況下，平均故障間隔時間都能達到142天。對于單元級故障方面，針對尚未完全掌握規律的故障或者缺乏預防技術的故障，可采用降低單元工作時的實際應力或者提高單元的品質來預防。對于故障率較高的單元，應該重點觀察和維護保養，切實從源頭處對鍋爐燃油輔鍋爐的故障進行排除。本文在書寫過程中，對可靠性工程進行了深入研究，可靠性工程是現代工業中與機械設備及系統中的故障做斗爭的一門邊緣學科，它也是現代質量觀的核心，相信今后關于可靠性的研究與應用將能更好的服務于現代工業的發展，讓人和環境更加安全。