基于故障树的板式造水机造水量下降故障分析

宋强 王洪发 赵天翔 刘成

摘 要：通过某型船用板式造水机典型的造水量下降故障案例，分析了故障现象，介绍了故障原因。引入故障树分析法，建立了造水机造水量下降的故障树，并对故障树进行了详细描述，通过故障树可以更加直观、全面地掌握引起造水机造水量下降的各种原因，为岗位人员遇到同类故障问题更加准确高效进行故障分析和处置起到一定指导作用。

关键词：板式造水机;造水量下降;故障树

板式造水机使用钛材作为换热器，由喷射泵产生真空，在真空状态下利用废热加热海水蒸发，并使用冷凝器产生蒸馏水的一种装置，主要由蒸发腔，冷凝腔，真空喷射泵等部件组成。由于在真空状态下，水的蒸发温度降低，有利于船舶废热的再利用，是一种节能海水淡化装置。

某船两台板式造水机采用Alfa Laval公司生产的JWSP-26-C80型船用板式造水机，2007年投入使用至今多次出现造水量下降的故障，对该船工作和生活用水带来了困难。为了再遇到同类故障时能够进行更加准确高效的分析处置，岗位人员首先进行了板式造水机造水量下降故障的故障案例汇编，并在本文罗列了具有代表性的典型案例，随后引入了故障树分析法，建立了板式造水机造水量下降的故障树，对故障树进行了详细介绍。故障树的建立明显能够更加直观、全面地展现引起造水机造水量下降故障的各种原因。

1 故障案例

2019年某日海上航行时岗位人员在值班过程中发现，2#板式造水机造水量下降，观察其运行规律发现2#造水机自2018年以来造水量逐渐下降，由最初的15吨/天下降到12吨/天进而下降到9吨/天。检查板式造水机海水泵未发现异常，且缸套水温度满足机组要求，从故障现象来看，造水量随运行时间的增加逐渐下降，且没有进行过人工除垢，定位故障原因是由于长时间运行板式造水机造成蒸发器结霜严重，传热系数下降造成蒸发器换热不足，随着结垢的不断增加，造水量呈现不断下降的现象。经分析排查，利用人员休息时间对2#板式造水机进行拆检，发现2#板式造水机蒸发器结垢严重每一层蒸发板片都结垢3～5mm左右，严重降低了换热量，将每一层板片都进行了清理，安装后运行造水机，造水量回升到15吨/天，故障现象没有复现。由于1#、2#板式造水机运行时间基本一致，在对2#板式造水机拆检之后又对1#板式造水机进行了拆检发现同样故障现象，正确地加药可以有效降低结垢速度，及时对蒸发器进行人工除垢可以保持板式造水机的运行状态。

2 建立故障树

板式造水机造水量下降是非常严重的问题，尤其是在船舶出航过程中如果遇此问题不能够及时解决，将对我船工作和生活用水带来了直接困难，因此全面梳理板式造水机造水量下降的原因，在日常保养中对关键部件进行定期的检修、保养是消除板式造水机造水量下降的关键。为此，我们运用故障树分析法，建立造水机造水量下降的故障树。

2.1 故障树定义

所谓故障树分析法简单地讲是指首先将分析研究的系统故障事件作为第一阶段，再将导致该事件发生的直接原因并列为第二阶段，用适当的事件符号表示，用逻辑门把他们与系统故障事件联结起来，这样逐段展开，直到把最基本的原因都分析出来为止，这样的逻辑图叫故障树，利用故障树去分析研究系统发生故障的各種途径和可靠性特征量，就是故障树分析法。它具有直观地图形演绎，可作定性与定量分析，可用于指导设计，也可用于指导正确地维修管理，不过需要较高的技术支持。

2.2 故障树分析法的优点

（1）事故树的果因关系清晰、形象。对导致事故的各种原因及逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述，从而使有关人员了解和掌握安全控制的要点和措施。

（2）根据各基本事件发生故障的频率数据，确定各基本事件对导致事故发生的影响程度——结构重要度。

（3）既可进行定性分析，又可进行定量分析和系统评价。通过定性分析，确定各基本事件对事故影响的大小，从而可确定对各基本事件进行安全控制所应采取措施的优先顺序，为制定科学、合理的安全控制措施提供基本的依据。通过定量分析，依据各基本事件发生的概率，计算出顶上事件（事故）发生的概率，为实现系统的最佳安全控制目标提供一个具体量的概念，有助于其他各项指标的量化处理。

2.3 故障树分析法的缺点

（1）故障树分析事故原因是强项，但应用于原因导致事故发生的可能性推测是弱项。

（2）故障树分析是针对一个特定事故作分析，而不是针对一个过程或设备系统作分析，因此具有局部性。

（3）要求分析人员必须非常熟悉所分析的对象系统，能准确和熟练地应用分析方法。往往会出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。

（4）对于复杂系统，编制事故树的步骤较多，编制的事故树也较为庞大，计算也较为复杂，给进行定性、定量分析带来困难。

（5）要对系统进行定量分析，必须事先确定所有各基本事件发生的概率，否则无法进行定量分析。

2.4 建立故障树

板式造水机造水量下降故障树系统图

2.5 故障树描述

2.5.1 海水泵异常导致产水量下降

海水泵为板式造水机提供工作水源，是制造淡水的基础，如果海水泵出现异常会造成没有足够的海水用来制造淡水，从而出现产水量下降的现象。

（1）电源异常：海水泵电源异常主要有电源未供和接线错误两个方面，都会造成海水泵运转异常。

（2）电源未供：电源未供海水泵无法运行，直接表现为开机海水泵不动作。

（3）接线错误接线错误会造成海水泵相位错误出现泵反转的现象，直接表现为泵反转，可通过观察泵轴的运转方向确定。

（4）出口压力异常：出口压力低是泵的常见故障之一，表现为泵浦能正常启动，但在正常运行过程中泵的出口压力达不到额定出口压力，主要原因为轴封漏水和汽蚀严重两个方面。

（5）轴封漏水：泵长时间运行轴封磨损严重会造成轴封漏水，如果泄露过大一方面会造成舱底水过多，另一方面会造成出口压力下降。

（6）汽蚀严重：泵浦叶轮中心区域由于压力较低海水蒸发容易造成叶轮汽蚀的现象，会造成泵浦噪声、振动增大，出口压力下降。

2.5.2 阀件异常导致出现产水量下降

系统中阀件异常会造成海水无法正常输送，同样会造成出口压力低的现象。

（1）海水总管阀关闭：海水总管阀闭会造成没有海水至泵浦。

（2）泵进出口阀关闭：泵进出口阀关闭会造成没有海水流入、流出泵浦。

（3）舷侧阀关闭：舷侧阀关闭会造成海水流经泵浦后无法排出。

2.5.3 管路阻塞导致出现产水量下降

管路堵塞是板式造水机的常见故障之一，主要由于冷凝器和蒸发器管路堵塞两种情况，都会造成海水或者工作水无法正常输送造成板式造水机造水量下降。

（1）冷凝器管路堵塞：杂质将冷凝器堵塞导致没有足够的海水或者淡水换热，出现蒸汽无法及时冷凝的现象，最终出现造水量下降。

（2）蒸发器结垢严重：板式造水机长时间运行会在蒸发器表面大量结垢，水垢的主要成分是碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙，水垢的导热系数远比金属小，使加热量显著下降，导致板式造水机的造水能力显著降低。

（3）加药异常：正确地添加除垢剂可以有效地防止或减少蒸发器结垢量，加药比例错误和加药量错误会使加药的效果降低，无法减小蒸发器结垢速度。

（4）加药比例错误：加药要按照药和水的比例为1∶5的比例混合，如果比例不对则效果不佳。

（5）加药量错误：加药量要按照流量表读数20左右，如果加药量不足则效果不佳。

（6）運行时间过长：长时间运行蒸发器不可避免地会结垢，要拆卸蒸发器进行人工除垢。

2.5.4 缸套水温度低导致造水机造水量下降

缸套水是加热海水使其蒸发的介质，一方面其温度应该在78℃～90℃之间，如果缸套水温度过低则没有足够的工作介质来加热海水，造成造水机造水量下降;另一方面其流量应该充足否则换热量不足，同样会造成造水机造水量下降。

（1）阀件异常：缸套水管路的阀件异常会造成缸套水无法正常在管路中输送，使其流量降低。

（2）进机进出口阀关闭：进机进出口阀关闭造成没有缸套水流经造水机，无法加热蒸发海水。

（3）旁通阀开度过小：旁通阀开度过小会造成缸套水流量低，造成造水机造水量下降。

（4）主机负荷过低：主机负荷过低会造成缸套水温度过低，无法满足加热蒸发海水的要求，造成造水机造水量下降。

3 结论

Alfa Laval公司生产的JWSP-26-C80型船用板式造水机，在该船其主要作用是给全船提供工作和生活用水，其原理通过海水在蒸发器中加热蒸发，蒸汽在冷凝器中冷却凝结成淡水。如果板式造水机出现故障无法使用将会对全船人员的工作和日常用水受到直接影响，因此岗位人员在值班巡视和日常保养中要细心检查、认真操作、严把质量，确保板式造水机时刻处于良好的状态，提高全船工作和生活用水的可靠性。

参考文献：

[1]费千.船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社，2008.