基于故障樹的板式造水機造水量下降故障分析

宋強 王洪發 趙天翔 劉成

摘?要：通過某型船用板式造水機典型的造水量下降故障案例，分析了故障現象，介紹了故障原因。引入故障樹分析法，建立了造水機造水量下降的故障樹，并對故障樹進行了詳細描述，通過故障樹可以更加直觀、全面地掌握引起造水機造水量下降的各種原因，為崗位人員遇到同類故障問題更加準確高效進行故障分析和處置起到一定指導作用。

關鍵詞：板式造水機;造水量下降;故障樹

板式造水機使用鈦材作為換熱器，由噴射泵產生真空，在真空狀態下利用廢熱加熱海水蒸發，并使用冷凝器產生蒸餾水的一種裝置，主要由蒸發腔，冷凝腔，真空噴射泵等部件組成。由于在真空狀態下，水的蒸發溫度降低，有利于船舶廢熱的再利用，是一種節能海水淡化裝置。

某船兩臺板式造水機采用Alfa?Laval公司生產的JWSP-26-C80型船用板式造水機，2007年投入使用至今多次出現造水量下降的故障，對該船工作和生活用水帶來了困難。為了再遇到同類故障時能夠進行更加準確高效的分析處置，崗位人員首先進行了板式造水機造水量下降故障的故障案例匯編，并在本文羅列了具有代表性的典型案例，隨后引入了故障樹分析法，建立了板式造水機造水量下降的故障樹，對故障樹進行了詳細介紹。故障樹的建立明顯能夠更加直觀、全面地展現引起造水機造水量下降故障的各種原因。

1?故障案例

2019年某日海上航行時崗位人員在值班過程中發現，2#板式造水機造水量下降，觀察其運行規律發現2#造水機自2018年以來造水量逐漸下降，由最初的15噸/天下降到12噸/天進而下降到9噸/天。檢查板式造水機海水泵未發現異常，且缸套水溫度滿足機組要求，從故障現象來看，造水量隨運行時間的增加逐漸下降，且沒有進行過人工除垢，定位故障原因是由于長時間運行板式造水機造成蒸發器結霜嚴重，傳熱系數下降造成蒸發器換熱不足，隨著結垢的不斷增加，造水量呈現不斷下降的現象。經分析排查，利用人員休息時間對2#板式造水機進行拆檢，發現2#板式造水機蒸發器結垢嚴重每一層蒸發板片都結垢3～5mm左右，嚴重降低了換熱量，將每一層板片都進行了清理，安裝后運行造水機，造水量回升到15噸/天，故障現象沒有復現。由于1#、2#板式造水機運行時間基本一致，在對2#板式造水機拆檢之后又對1#板式造水機進行了拆檢發現同樣故障現象，正確地加藥可以有效降低結垢速度，及時對蒸發器進行人工除垢可以保持板式造水機的運行狀態。

2?建立故障樹

板式造水機造水量下降是非常嚴重的問題，尤其是在船舶出航過程中如果遇此問題不能夠及時解決，將對我船工作和生活用水帶來了直接困難，因此全面梳理板式造水機造水量下降的原因，在日常保養中對關鍵部件進行定期的檢修、保養是消除板式造水機造水量下降的關鍵。為此，我們運用故障樹分析法，建立造水機造水量下降的故障樹。

2.1?故障樹定義

所謂故障樹分析法簡單地講是指首先將分析研究的系統故障事件作為第一階段，再將導致該事件發生的直接原因并列為第二階段，用適當的事件符號表示，用邏輯門把他們與系統故障事件聯結起來，這樣逐段展開，直到把最基本的原因都分析出來為止，這樣的邏輯圖叫故障樹，利用故障樹去分析研究系統發生故障的各種途徑和可靠性特征量，就是故障樹分析法。它具有直觀地圖形演繹，可作定性與定量分析，可用于指導設計，也可用于指導正確地維修管理，不過需要較高的技術支持。

2.2?故障樹分析法的優點

（1）事故樹的果因關系清晰、形象。對導致事故的各種原因及邏輯關系能做出全面、簡潔、形象地描述，從而使有關人員了解和掌握安全控制的要點和措施。

（2）根據各基本事件發生故障的頻率數據，確定各基本事件對導致事故發生的影響程度——結構重要度。

（3）既可進行定性分析，又可進行定量分析和系統評價。通過定性分析，確定各基本事件對事故影響的大小，從而可確定對各基本事件進行安全控制所應采取措施的優先順序，為制定科學、合理的安全控制措施提供基本的依據。通過定量分析，依據各基本事件發生的概率，計算出頂上事件（事故）發生的概率，為實現系統的最佳安全控制目標提供一個具體量的概念，有助于其他各項指標的量化處理。

2.3?故障樹分析法的缺點

（1）故障樹分析事故原因是強項，但應用于原因導致事故發生的可能性推測是弱項。

（2）故障樹分析是針對一個特定事故作分析，而不是針對一個過程或設備系統作分析，因此具有局部性。

（3）要求分析人員必須非常熟悉所分析的對象系統，能準確和熟練地應用分析方法。往往會出現不同分析人員編制的事故樹和分析結果不同的現象。

（4）對于復雜系統，編制事故樹的步驟較多，編制的事故樹也較為龐大，計算也較為復雜，給進行定性、定量分析帶來困難。

（5）要對系統進行定量分析，必須事先確定所有各基本事件發生的概率，否則無法進行定量分析。

2.4?建立故障樹

板式造水機造水量下降故障樹系統圖

2.5?故障樹描述

2.5.1?海水泵異常導致產水量下降

海水泵為板式造水機提供工作水源，是制造淡水的基礎，如果海水泵出現異常會造成沒有足夠的海水用來制造淡水，從而出現產水量下降的現象。

（1）電源異常：海水泵電源異常主要有電源未供和接線錯誤兩個方面，都會造成海水泵運轉異常。

（2）電源未供：電源未供海水泵無法運行，直接表現為開機海水泵不動作。

（3）接線錯誤接線錯誤會造成海水泵相位錯誤出現泵反轉的現象，直接表現為泵反轉，可通過觀察泵軸的運轉方向確定。

（4）出口壓力異常：出口壓力低是泵的常見故障之一，表現為泵浦能正常啟動，但在正常運行過程中泵的出口壓力達不到額定出口壓力，主要原因為軸封漏水和汽蝕嚴重兩個方面。

（5）軸封漏水：泵長時間運行軸封磨損嚴重會造成軸封漏水，如果泄露過大一方面會造成艙底水過多，另一方面會造成出口壓力下降。

（6）汽蝕嚴重：泵浦葉輪中心區域由于壓力較低海水蒸發容易造成葉輪汽蝕的現象，會造成泵浦噪聲、振動增大，出口壓力下降。

2.5.2?閥件異常導致出現產水量下降

系統中閥件異常會造成海水無法正常輸送，同樣會造成出口壓力低的現象。

（1）海水總管閥關閉：海水總管閥閉會造成沒有海水至泵浦。

（2）泵進出口閥關閉：泵進出口閥關閉會造成沒有海水流入、流出泵浦。

（3）舷側閥關閉：舷側閥關閉會造成海水流經泵浦后無法排出。

2.5.3?管路阻塞導致出現產水量下降

管路堵塞是板式造水機的常見故障之一，主要由于冷凝器和蒸發器管路堵塞兩種情況，都會造成海水或者工作水無法正常輸送造成板式造水機造水量下降。

（1）冷凝器管路堵塞：雜質將冷凝器堵塞導致沒有足夠的海水或者淡水換熱，出現蒸汽無法及時冷凝的現象，最終出現造水量下降。

（2）蒸發器結垢嚴重：板式造水機長時間運行會在蒸發器表面大量結垢，水垢的主要成分是碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣，水垢的導熱系數遠比金屬小，使加熱量顯著下降，導致板式造水機的造水能力顯著降低。

（3）加藥異常：正確地添加除垢劑可以有效地防止或減少蒸發器結垢量，加藥比例錯誤和加藥量錯誤會使加藥的效果降低，無法減小蒸發器結垢速度。

（4）加藥比例錯誤：加藥要按照藥和水的比例為1∶5的比例混合，如果比例不對則效果不佳。

（5）加藥量錯誤：加藥量要按照流量表讀數20左右，如果加藥量不足則效果不佳。

（6）運行時間過長：長時間運行蒸發器不可避免地會結垢，要拆卸蒸發器進行人工除垢。

2.5.4?缸套水溫度低導致造水機造水量下降

缸套水是加熱海水使其蒸發的介質，一方面其溫度應該在78℃～90℃之間，如果缸套水溫度過低則沒有足夠的工作介質來加熱海水，造成造水機造水量下降;另一方面其流量應該充足否則換熱量不足，同樣會造成造水機造水量下降。

（1）閥件異常：缸套水管路的閥件異常會造成缸套水無法正常在管路中輸送，使其流量降低。

（2）進機進出口閥關閉：進機進出口閥關閉造成沒有缸套水流經造水機，無法加熱蒸發海水。

（3）旁通閥開度過小：旁通閥開度過小會造成缸套水流量低，造成造水機造水量下降。

（4）主機負荷過低：主機負荷過低會造成缸套水溫度過低，無法滿足加熱蒸發海水的要求，造成造水機造水量下降。

3?結論

Alfa?Laval公司生產的JWSP-26-C80型船用板式造水機，在該船其主要作用是給全船提供工作和生活用水，其原理通過海水在蒸發器中加熱蒸發，蒸汽在冷凝器中冷卻凝結成淡水。如果板式造水機出現故障無法使用將會對全船人員的工作和日常用水受到直接影響，因此崗位人員在值班巡視和日常保養中要細心檢查、認真操作、嚴把質量，確保板式造水機時刻處于良好的狀態，提高全船工作和生活用水的可靠性。

參考文獻：

[1]費千.船舶輔機[M].大連：大連海事大學出版社，2008.