基于模糊故障树的锅炉异常燃烧原因分析

基于模糊故障树的锅炉异常燃烧原因分析

万匀 牛海铧

（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

【摘  要】：某船所配备LSK2-0.7型燃油辅锅炉是保证船舶正常航行和船员生活的重要设备，一旦设备出现问题将影响航行和生活，为后续辅锅炉在使用过程中保持良好的工作状况，本文针对锅炉异常燃烧的故障，而难以精确评估的情形下，提出一种基于模糊故障树的诊断方法，将故障树分析法与实际相结合，为辅锅炉故障找出合理的处理方法。

【关键词】：船舶辅锅炉；故障树分析；

0 引言

船舶辅锅炉主要为船舶提供取暖、生活用水、主机暖缸及燃油加热等，是船舶热能供应的主要设备，在现代化船舶蒸汽系统中起到至关重要的作用。船舶辅锅炉在使用过程中，工作人员需要及时发现问题，解决问题，将故障扼杀在萌芽状态。这就要求工作人员要有扎实的理论基础，通过观察船舶辅锅炉故障的报警指示，分析故障产生的原因，迅速的解决故障；船舶辅锅炉在运行过程中最常见的是火焰故障，为及时有效的处理火焰故障报警，一个合理的排故模型必不可少，排故模型可大大减少工作人员反映时间，帮助工作人员对照模型快速有效解决故障。

1故障与故障树分析法

故障是设备三种基本状态：正常状态、异常状态、故障状态中的一种。某一器件不能正常工作的状态叫做故障。

故障的演变分类可分为渐进性故障、突发性故障、波及性故障、断续性故障。渐进性故障：设备或零件因为长时间的运行，使用或长时间遭受外界恶劣环境不断破坏，渐渐积累疲劳，裂纹，损害而发生的故障。该类型故障多见于长时间不停歇运行的装置或者工作环境较差的部件中。如船舶辅锅炉光敏电阻脏污、喷油嘴堵塞、烟气出口结渣堵塞等；突发性故障：外界突发性因素或材料内部无法提前预知的潜在缺陷引起的故障。如船舶辅锅炉耐火砖的脱落等；波及性故障（二次故障）：由其他重大故障而引起的故障。如：搁浅，碰撞，爆炸而造成的船舶辅锅炉故障；断续性故障：一段时间表现出故障状态，一段时间表现出正常状态，但实际上处于故障的状态，但实际上处于故障的状态，如失效垫片等。

故障由原因进行分类可分为结构性故障、工艺性故障、磨损性故障、管理性故障。结构性故障：设备结构设计上的缺陷，计算上的错误或选材不当导致的故障。如：船舶辅锅炉风门开度过小；工艺性故障：由于制造、安装质量不佳或质量检验不严等引发的故障。如：船舶辅锅炉烟道风机皮带安装过松或过紧；磨损性故障：在正常工作状态和正常工作环境中因为长时间运行而造成的不动件、固件磨损，从而发生机械故障，如船舶辅锅炉长期工作风机叶片脏污变形等；管理性故障：因人为操作原因，日常维护缺失而导致故障。如：船舶辅锅炉光敏电阻未检查维护。故障曲线图如图1所示。

图1 故障曲线图

如图可以看出，在设备早期安装后故障率随着时间的上升而下降，该时段结构性故障、工艺性故障、磨损性故障、管理性故障都极易发生，尤其是工艺性故障，极易出现更换部件后故障还存在甚至更加严重的情况。随着时间的增长，进入偶然故障期，此时发生的故障基本为管理性故障。最后进入损耗故障期，这个时间段已经进入部件的老化时间，主要发生的故障为磨损性故障。由此图可以预知到，船舶辅锅炉故障可能出现在集体寿命全部时间内。管理性故障（误操作，过操作）造成的故障随时可能出现；工艺性故障（船舶辅锅炉点火电极装配不到位，零件更换不规范），结构性故障（船舶辅锅炉本身设计的问题）在船舶辅锅炉开始投入使用时便能发现予以排除；磨损性故障（线路老化，绝缘层破裂）造成的故障将会在使用很长一段时间后才会发生。

1.1故障树分析法理论

故障树分析法是一种由上往下的演绎推理，常用于安全工程及可靠度工程的领域。通过深入剖析了解系统失效的根源、故障产生的原因和故障发生的概率，利用特定的符号，绘制出的逻辑图。其中，逻辑分析的目标故障称为顶事件，产生目标故障的直接原因称为中间事件，进一步分析找出导致故障产生的基本原因称为基本事件。使用故障树分析法的目的是预防故障产生或者在故障产生时能够快速的解决故障。而故障树分析法的特点是需要将导致故障产生的所有原因一一列举出来，以便绘制故障树图。

1.2确定顶事件并分解

顶事件为逻辑分析的目标故障，对系统的影响具有决定性的意义。为使顶事件明确、简洁、便于分析，可选取最不希望发生的事件为顶事件。然后分析找出产生顶事件的所有直接原因，进而确定中间事件；继续逐级向下分解，直至导出所有基本事件，通过必要的逻辑符号连接，建立故障树模型。

2故障树分析法在船舶辅锅炉故障中的应用

某船航行过程中，所使用的LSK2-0.7型燃油辅锅炉突然发生声光报警，工作人员消音消闪后到现场查看故障类型，从监控视频中发现大火转小火过程发现大量黑烟存在。

在对船舶辅锅炉故障报警建立故障树之前，应对船舶辅锅炉的具体情况有个初步的了解，LSK2-0.7型锅炉为立式、水管、扩展受热面型燃油辅锅炉。每小时产生约2000kg的低压饱和蒸汽，蒸汽温度约170℃，锅炉给水2.4m³/h，轻柴油156kg/h，电源为AC380V.50Hz.8KW。

锅炉燃烧过程中出现大量黑烟主要是由于燃烧不充分造成的。可能产生的主要原因一般分为两种，一种是燃油供给量大，另外一种是炉膛内进气少；而产生这两种的原因主要有：1.小火过程中一、二级喷油电磁阀同时动作供油2.风门控制器打开角度不对3.风门控制器卡滞4.风门控制器内马达电机未动作5.点火前炉膛内扫气不充分6.二级喷油电磁阀无法正常关闭7.二级喷油电磁阀故障8.风门控制器内⑦⑧故障9.风门控制器档位开度设置不正确。

对上述故障实例进行分析，绘制故障树模型如图2各编号所代表事件如表1所示。

图2 故障树模型

表1  故障树中各编号代表的事件

观察故障树并根据表内数据进行分析，求出最小割集，即求所有的基本事件，单个或多个基本事件的发生都会导致顶事件的发生，即船舶辅锅炉大量冒黑烟故障的产生，求最小割集即求导致此故障发生的各种可能性。

运用布尔代数下行法展开算法求出最小割集：

T=A1+A2+A3+A4+A5

=(E1+E2)+(E3+E4) +(E5+E6) +(E7+E8) +

(A6+A7)

=(E1+E2)+(E3+E4) +(E5+E6) +(E7+E8) +

(E9+E10+E11)+(E12+E13+E14)

由以上计算可知共有14个最小割集 他们分别为

{E1},{E2}, {E3}, {E4}, {E5}, {E6}, {E7}, {E8},

{E9},{E10},{E11},{E12},{E13},{E14}

由以上计算可知共有14个最小割集，他们分别为：

{E1}

2.1对底事件E6、E8的分析

根据此次故障现象可以分析得出，锅炉在燃烧过程中出现大量黑烟，直接说明炉膛内的空气不充足，也就是说在燃烧的过程中风门控制器的开度并没有达到所需要的固定开度，开度不足导致炉膛内的进气量不足，进气量的不足导致燃烧不充分，从而产生大量黑烟的现象出现。

检查E6对风门的进风口进行检查并没有发现有堵塞的情况出现，因此排除E6故障造成的可能性，继续对E8进行检查，发现在运行过程中，风门控制器的动作比较迟缓，导致风门开度没有达到预定角度，拆开风门控制器检查后发现在风门控制器的第三档位处，微动开关因老化后卡死，导致风门控制器无法接收到角度开度位置信号，从而导致风门控制器无法运转到第三档位的90°角度，导致进气量不足，造成燃烧过程中冒黑烟。

3结论

由上述实例和分析过程可以看出,故障树分析法可有效辅助船用锅炉火焰故障排故。 通过建立倒置的故障树模型,将故障产生的原因和现象按照逻辑关系直观全面展示出来。 本文就某次船用辅锅炉燃烧故障为例,按照顶事件逻辑，逐级找到底事件，结合经验做法能够迅速准确找到相关底事件，然后在对可能造成故障原因的底事件进行逐一排查，利用先易后难的方法进行，最终确定故障底事件，成功解决故障，故障排除过程直观明了,程序性强，极大的缩减了专业人员对故障排查的时间，具有很高的时效性。

参考文献

[]故障树分析法在船用焚烧炉火焰故障排故中的应用_林斯潭. 内燃机与配件.2023

[2]何方炽,朱再兵,方静.故障树分析法在船舶主机燃油系统故障诊断中的应用. 中国水运(下 半月).2022

[3]李冬.故障树分析法在飞机排故中的应用[J].科学技术创新.2022