某救助船燃油辅锅炉燃烧自动控制系统可靠性分析

◎ 徐硕 交通运输部南海救助局

1.引言

锅炉作为船舶上相当重要的设备，其产生的蒸汽主要用来加热燃油，对主机缸套水进行预热，供厨房、空调加热加湿、热水柜以及各舱室加热所用[1]。提高机械设备及系统的可靠性不仅可以延长其使用寿命，还可以增加人的安全性。所以，保证锅炉燃烧的可靠性对于船舶安全、船舶正常运转以及船员的日常生活需要具有深层次的意义。大型海洋救助船承担着广大海域人命、财产、环境在危急情况下的救援保障任务，要想完成好自身的使命，就要在复杂多变的海上环境中，特别是在高海况下保持全船机械设备的正常运转。燃油辅锅炉作为救助船上的重要设备，其可靠性及相关的维护管理尤其值得我们关注。

2.某救助船燃油辅锅炉燃烧自动控制简介

某救助船燃油辅锅炉为LSK1.2-0.7型立式自然循环燃油锅炉，额定蒸发量1200Kg/h，设计压力0.9Mpa。该锅炉选用了JWR230型压力雾化式燃烧器，燃烧性能良好，燃烧效率不低于99%，自动化程度高，其燃烧自动控制系统基本运行程序为：风机启动进行预扫气→点火电磁阀动作，点火电极产生电火花→常开电磁阀关闭，1#喷嘴开始喷油燃烧→常闭电磁阀开启，2#喷嘴开始喷油燃烧→大小火自动调节→熄火→后扫气→停机。系统电路控制图如图1所示。

3.燃油辅锅炉燃烧自动控制的可靠性计算

任务可靠性预计即对系统完成某项规定任务成功概率的估计，是针对某一任务剖面进行的，它除了可以帮助设计人员在产品设计时提供改进信息，增加产品的安全性能，还可以为设备使用及管理人员提供一些有用的管理信息，发现系统中的薄弱单位，比如对重点易故障的设备提高警惕，加强维护保养。在进行任务可靠性预计的时候，我们需要一些完成该任务中间的单元的可靠性数据，这些数据就是产品的任务故障率和平均故障间隔时间（MTBF）等。

产品的故障率用数学符号表示为

式中：λ（t）为故障率函数（1/h）；dr（t）为t时刻后，dt时间内故障的产品数；Ns（t）为残存的产品数，即到t时刻还没有故障的产品数，Ns（t）=No-r（t）。

可按式（3-1）进行λ（t）的工程计算：

式中：Δr(t)为t时刻后，Δt时间内故障的产品数；Δt为所取时间间隔（h）；Ns（t）为残存产品数。

平均故障间隔时间：

可靠性预计的关键是对于整个系统工作原理和工作流程进行深入理解和掌握，在该救助船燃油辅锅炉燃烧自动控制系统中，其主要的任务剖面是从启动到正常燃烧的阶段。在这个阶段中，每一个单元的故障都会影响整体的燃烧成功与否，各个单元之间是一种串联的关系，由各个单元的故障率就可以计算出系统的故障率，由此我们可以得出系统的可靠程度。

燃油辅锅炉关键系统单元的故障率如下表所示。

单元名称 故障率×10-6(1/h)燃烧器马达 λ1=45点火变压器 λ2=120点火电磁阀 λ3=30喷嘴电磁阀 λ4=23火焰探测器 λ5=75

根据燃油辅锅炉燃烧自动控制系统控制电路图及基本运行程序，不考虑安全保护单元，可以简单计算从启动到正常大火燃烧时系统的故障率：

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

平均故障间隔时间：

MTBF=1/λ

≈3413h

≈142d。

4.燃油辅锅炉燃烧自动控制的可靠性分析

通过对于燃油辅锅炉燃烧自动控制各个环节的综合可靠性可知，其控制系统中各单元设备在控制系统中总的可靠性较高，因此该燃烧控制系统的日常管理与维护工作不是太多，根据各单元的故障率参数，主要是定期检查点火变压器，增加其备件储存数量；按期适时更换具有损耗特性的产品；要严格按照厂家的要求做好日常维护保养。此外，对于燃烧控制器西门子LAL2.25应注意以下几点：（1）注意环境温度、湿度以及是否积尘；（2）检查供电和输入输出使用的电源是否在基准范围之内，尽量避免不必要的停电；（3）做好备品备件的管理。

5.结束语

根据计算结果，本救助船燃油辅锅炉燃烧自动控制系统总的可靠度较高,在不考虑安全保护单元的情况下，平均故障间隔时间都能达到142天。对于单元级故障方面，针对尚未完全掌握规律的故障或者缺乏预防技术的故障，可采用降低单元工作时的实际应力或者提高单元的品质来预防。对于故障率较高的单元，应该重点观察和维护保养，切实从源头处对锅炉燃油辅锅炉的故障进行排除。本文在书写过程中，对可靠性工程进行了深入研究，可靠性工程是现代工业中与机械设备及系统中的故障做斗争的一门边缘学科，它也是现代质量观的核心，相信今后关于可靠性的研究与应用将能更好的服务于现代工业的发展，让人和环境更加安全。