某供油单元供油泵低压故障分析及处理

李可顺 孟维明 张存有

（大连海事大学 轮机工程学院 大连116026）

引 言

供油单元是船舶柴油机燃油供给系统的核心部分，可保证燃油以合适的压力和粘度进入柴油机。若供油单元内的设备无法正常工作，轻则影响燃烧及喷油设备寿命，重则可能引起柴油机减速甚至停车［1］。供油单元的供给泵通常有2台，互为备用，在泵周期性维护保养良好的情况下，很少会出现2台泵工作时同时压力不足的现象。本文针对某船副机燃油供油单元中，2台供给泵工作时出现压力低的故障现象进行分析。

1 故障描述

某轮配有3台Wärtsilä 4L20型副机，其供油单元系统详见下页图1，主要部件包括轻重油转换三通阀1个、粗滤器2只、供给泵（自动切换）2台、全自动反冲洗滤器和旁通滤器（并联）各1台、流量计1 只、混油筒（带自动排气装置）1 只、循环泵（自动切换）2 台、燃油加热器 2 台、粘度控制系统1 套等。在2019年5月18日，集控室集中监测报警系统发出“副机供油单元混油桶液位低”的声光报警，当值班机工赶到现场发现液位已经由原正常液位的1.1 m下降到了0.7 m，并有持续下降的趋势。供给泵由于压力过低已经自动切换为备用，泵出口压力值由正常值0.4 MPa左右降至0.2 MPa，并且反冲洗滤器不停进行反向冲洗，而且反冲洗滤器卡死不能转动。

图1 副机供油单元系统图

2 故障排查与解决

利用故障树分析法，列出可能导致顶端事件（F）发生的所有基本事件，逐一排查、纠正故障原因，避免故障现象再次发生。［1］

根据供油单元的工作原理，对可能引起该故障的原因由简到难进行分析排查。

2.1 燃油供给源的检查

正常工作时，副机使用燃用重油。根据混油桶液位低、供给泵压力低等现象，首先能想到的是燃油供给源可能有问题（例如油柜没油、油柜出口速闭阀因误动作而关闭）。检查油柜液位正常，出口阀处于正常开启状态，供油系统各阀门也处于正常开启状态。为进一步验证不是燃油供给源的问题，将燃油三通转换阀转至轻油柜，但故障依然存在。为减少副机耗油，关停不重要的空调和厨房等用电设备，进而关停1台发电机来延长供电时间，因此可以排除燃油供给源的故障。

2.2 燃油输送管路检查

如果燃油输送管路中出现因油渣等杂质堵塞管路，会导致因供油量不足、供油压力低而使供给泵切换，在供给泵已经切换的情况下，故障仍然没有改善，混油桶液位还在缓慢下降。因此迅速派人将切换前的滤器打开清洗，发现滤器油位较低，上部为空气，而正常应该充满整个滤器。与此同时，将反冲洗滤器转至旁通滤器，并将反冲洗压缩空气关闭［2］。此时，混油桶液位不再下降，但仍未回升至正常液位，因此初步判断故障原因可能是系统中有气体进入混油桶。混油桶由于带有自动排气装置，液位低了便会自动打开放气，因而使混油桶的压力降至近大气压。还有一路旁通，若自动排气阀失灵可以手动开启旁通。

将旁通打开之后，液位便逐渐回升。经检查，控制自动排气阀的二位五通电磁阀发生故障而无法打开，故无法自动排气。结合反冲洗滤器发生的一直反冲洗不停的故障，故判断问题应该出在反冲洗滤器上。

2.3 反冲洗滤器检查

供油单元自清滤器所采用的是德国BOLL &KIRCH公司生产的6.62型自动空气反冲洗滤器。该滤器能在不中断过滤过程的情况下利用压缩空气对烛状过滤组件进行自动反冲洗，具有较高的工作效率，从而使进入主机的燃油更加安全可靠。其主要由带有二位五通电磁阀的气动马达、电接触式的差动压力指示器、滤器外壳、由烛状滤芯组成的旋转本体、带有一个加热腔（借助蒸汽循环加热）的滤器底座、液位浮子开关和由压缩空气作为反冲洗介质的自动排渣系统（主要包括阀杆机构、活塞、空气瓶）以及独立于滤器自身、位于电源控制开关箱中的电力控制系统等组成。［3］

滤器在正常过滤的工作过程如下页图2所示。滤芯组件共4个滤芯，其中1个滤芯处于正常的工作状态，另外3个滤芯在充满洁净燃油的滤器腔室内处于备用位置。待过滤的燃油通过滤器本体上部的进口法兰进入滤器腔室（图中黑色箭头所示）。待过滤的燃油从烛状元件外部流向其内部，在这一过程燃油中杂质将会留在滤网的外表面。经烛状滤芯过滤后的清洁燃油流向位于滤器本体底部的燃油出口（图中白色箭头所示），继而流入混油桶中。

滤器处于正常过滤状态时，由二位五通电磁阀122供给的压缩空气使油渣泄放阀29关闭，同时来自于空气瓶的压力为7 bar（0.7 MPa）的压缩空气将被储存在位于滤器本体上的空气储存瓶内，为下一次自动反冲洗动作作准备。

图2 反冲洗滤器的正常过滤状态

随着燃油不断地过滤，残留在烛状滤芯上的脏污、杂质等将会使滤器进出口压差逐渐增加，当这个压差达到预先设定定值时，则控制面板上的“正在冲洗”指示灯亮，二位五通电磁阀121断续通电上位接通，控制空气进入气动马达，排气并进入大气。马达通过联轴节带动旋转本体转动，将待清洗滤芯转向反冲洗腔室的位置，在转动过程中将会通过限位开关（图中未标出）检测旋转本体位置。待冲洗滤芯到达反冲洗腔室时，限位开关将会送出滤芯转换到位信号，滤器控制单元接收到这一信号后，立即使二位五通电磁阀121断电下位通，控制空气进入气动马达，马达即刻刹车停转。这时储存在空气储存瓶里的压缩空气将对待清洗滤芯进行反冲洗。此时二位五通电磁阀122通电下位通，原先进入活塞29顶部的控制空气将通过阀122放出，活塞29在其下部压缩空气的作用下上移，打开冲洗阀和排渣阀，使位于反冲洗腔内的滤芯卸压。在冲洗阀打开同时，储存在空气储存瓶26里的压缩空气将通过专用管路进状滤芯6，从滤芯内部向滤芯外部对其进行反冲洗。从滤芯外侧冲下的油泥、油渣等脏污将通过滤器下部排渣口和排渣阀排出，经泄放管流入污油柜中。

在二位五通电磁阀122短暂的通电过后（二位五通电磁阀通电时间一般为8～20 s，并且是可调的），二位五通电磁阀122断电上位通，控制空气再次通过阀122进入阀杆机构29的上面，使阀杆机构29下移，关闭冲洗口和排渣口。一个反冲洗循环结束，控制板面上的“正在冲洗”指示灯熄灭，反冲洗滤器的反冲洗过程如图3所示。

图3 反冲洗滤器的反冲洗过程状态

每个独立滤芯腔室的顶部都有一个小孔（图3中未标出），用来给滤芯腔室充油。在一个反冲洗循环结束后，被冲洗的这个滤芯腔室内的压力跟一个大气压力相等，这时滤器内处于过滤工作状态的滤芯腔室内压力为4 bar（0.4 MPa）的燃油将会从其顶部的小孔流出，并通过刚刚进行反冲洗过程的滤芯腔室顶部的充油小孔流入已结束反冲洗操作的滤芯腔室，将残留在滤器腔内的空气从其上部经由浮子开关21控制的排气阀排出。在滤芯腔室内的空气被完全排出后，浮子开关21又会重新在燃油的作用下浮起，从而关闭排气阀，除气过程结束。反冲洗后的滤芯腔室在充满燃油后备用。滤芯腔室的充油时间一般设定为180 s，在滤芯腔室充油期间，下一个反冲洗程序将会被锁闭，不允许进行下一次反冲洗操作。

由上述分析可知，因为压缩空气压力为0.7 MPa，大于供给泵的排出压力0.4 MPa，所以压缩空气可以由气瓶从正在排渣的滤器，经过滤芯腔室的顶部小孔（图3中未标出），进入正在工作的滤芯，然后经白色箭头进入混油桶。但是这种情况通常是由于排渣管路堵塞、活塞关闭不严，从而导致排渣无法正常排出。在将通向泄放舱的最近一段法兰拆开后，发现管路被油渣堵得严严实实。由于找到了问题所在，当将排渣管路全部拆卸、疏通并复装后，故障便得以解决。

3 故障总结

通过对故障现象所有基本事件的仔细排查，可以发现由于反冲洗滤器排渣管路平管太长，弯头较多，离泄放舱过远等设计不合理因素导致堵塞，使排渣口堵住，活塞无法落座关闭进气口，油渣积存在本体将其卡住，无法转动到指定位置，压缩空气不断由流道充入反冲洗滤器，反向充入混油桶，同时混油桶自动放气二位五通电磁阀卡在关闭位置无法开启，从而导致混油桶液位不断降低。

4 预防及管理建议

（1）经常检查自动放气二位五通电磁阀的状态。正常工作时，人为给二位五通电磁阀供电，若混油桶液位不变，压力降低，同时伴随供给泵排压降低属于正常，否则应拆下进行修理或疏通。

（2）对原有管路经常进行检查疏通或重新改造设计。油渣的排出需要压缩空气提供排放动力，因此可以在排渣管路上另加一路供入压缩空气的管路作为附加动力源。这个动力源有两个作用：一是在排放油渣时增加油渣流动的动力应对较长距离导致的流体动力损失较大的问题；二是非排渣时间可以对排渣管路进行冲洗，减轻排渣时的压力。另外，可以在反冲洗滤器和泄放柜之间额外加装一个容量较小的缓冲柜，这样可以将大部分的油渣留存在缓冲柜，而残油继续流入泄放舱。同时将水平管路改为有一定倾斜度的管路。

（3） 加强重质燃油净化处理。加强燃油在进入供油单元前的净化处理，确保燃油在流入反冲洗滤器时尽可能含有较少的固体杂质。如让燃油在沉淀柜中静置较长时间以使燃油中杂质得到更好的沉淀，并及时通过沉淀柜排渣管排出沉积的油泥杂质。还可以通过加强分油机的离心分离效果和提高燃油供给泵前后滤器的过滤效果，使进入反冲洗滤器的燃油更加干净清洁。

（4）合理设置反冲洗时间。供油单元反冲洗滤器的反冲洗控制是由PLC控制系统进行控制的［4］。滤器实际反冲洗动作是靠压差和设定时间来实现的，凡是条件先满足即进行反冲洗。合理的冲洗周期能使滤器在较长时间处于无故障运行期。在重质燃油质量较差的情况下，可以适量缩短反冲洗的时间间隔，可以使滤器内过滤的杂质及时通过排渣系统排出滤器腔室。这样，即使在轻重油转换过程中存在油温、粘度突变的情况下也不易使滤芯旋转本体出现卡阻现象，从而改善反冲洗滤器的工作条件，提高工作效率。［5］

5 结 语

副机是船舶关键设备之一，直接影响船舶安全，而燃油系统故障是其中的最常见故障，并且也是管理的重点。当出现故障现象后，需要综合考虑、分析各种可能的故障原因，仔细排查故障，确保船舶设备正常运行，保障船舶的安全。