船舶辅锅炉的故障分析.docx
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船舶辅锅炉的故障分析
天津海运职业学院
毕业设计（论文）
题目船舶辅锅炉的故障分析
系名：
专业：
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指导教师：
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摘要
随着现代科学技术的不断应用，船舶辅助锅炉的自动化程度已经发生了质的变化。
从当初的完全手工式锅炉发展到手工机械式、半自动式，一直到全自动锅炉，从火筒发展到火管再发展到水管，一直到现在广泛采用的针型管等。
船舶辅助锅炉在管理安全、能源节约、环境保护、自动化程度、使用的可靠性，以及对燃料的适应性等方面有了更高的要求。
本文在对使用船只其中应用较多的锅炉，在结构、维护保养和典型故障分析等方面做探讨和研究。
论文主要包含了以下的内容：
船舶锅炉的主要蒸汽原理以及锅炉的主要构造，锅炉的种类和分类，锅炉的常见故障的分析和解决办法。
摘要：
辅助锅炉；故障分析；船舶；原理
摘要
随着现代科学技术的不断应用，船舶辅助锅炉的自动化程度已经发生了质的变化。
从当初的完全手工式锅炉发展到手工机械式、半自动式，一直到全自动锅炉，从火筒发展到火管再发展到水管，一直到现在广泛采用的针型管等。
船舶辅助锅炉在管理安全、能源节约、环境保护、自动化程度、使用的可靠性，以及对燃料的适应性等方面有了更高的要求。
本文在对使用船只其中应用较多的锅炉，在结构、维护保养和典型故障分析等方面做探讨和研究。
论文主要包含了以下的内容：
船舶锅炉的主要蒸汽原理以及锅炉的主要构造，锅炉的种类和分类，锅炉的常见故障的分析和解决办法。
摘要：
辅助锅炉；故障分析；船舶；原理
－2－
第一章船舶辅锅炉的概况
1.1船舶锅炉的简介
锅炉（蒸汽发生器）是利用燃料或其它能源的热能，把工质（一般为进化的水）加热到一定参数（温度、压力）的换热设备。
锅炉是供热之源。
锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全、可靠、经济有效地将燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以产生热水或蒸汽；或将燃料的化学能传递给其他工质，如导热油等，以产生其他高温的工质，如高温导热油。
船用锅炉的分类方法很多，按照不同的方法可以有不同的分类。
比如：
按蒸汽工作压力，可分为低压、中压、高压锅炉，其中低压锅炉的的压力不大于2.5兆帕；中压锅炉的压力大于2.5兆帕，但不大于3.9兆帕。
按结构，可分为火管锅炉、水管锅炉和混合式锅炉。
按循环方式，可分为自然循环锅炉和强制循环锅炉。
蒸汽锅炉，不仅用来将热能转变成机械能（如电站锅炉的气轮机发电），蒸汽还广泛地作为工业生产和采暖通风等方面所需热量的热载体。
通常，我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，通常成为工业锅炉。
电站锅炉，处于提高热循环效率的需求，其锅炉所产生的蒸汽，其压力与温度都较高，且日益趋向高温高压和大容量方向发展。
例如，与国产的300MW的汽轮发电机组配套的锅炉，其容量为1025吨/小时，蒸汽压力为17MPa（170个大气压），过热蒸汽温度为555℃。
与船舶相关的工业锅炉，所产生的蒸汽或热水均不需要过高的压力和温度，容量也不太大，压力一般在2.5MPa（25个大气压）以下，温度一般为饱和蒸汽温度（或有过热，过热蒸汽温度也不太高，一般400℃以下）。
生产工艺有特殊要求的除外。
1.2船舶锅炉的基本构造
锅炉，主要是锅与炉两大部分的组合。
燃料在炉内进行燃烧，将燃料的化学能转变为热能；高温燃烧产物—烟气则通过受热面将热量传递给锅内的工质，如水等，水被加热—沸腾—汽化，产生蒸汽。
锅的基本构造包括锅筒（又叫汽包）、对流管束、水冷壁、上下集箱和下降管等组成一个封闭的汽水系统。
炉，对于链条炉排锅炉来说，包括煤斗、炉排、除渣机、送风装置等；对于室燃炉来说，炉包括燃烧设备等。
此外，为了保证锅炉的正常工作和安全运行，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主汽阀、排污阀、止回阀等。
锅炉主体：
锅炉整体的结构包括锅炉主体（也称“本体”）和辅助设备两大部分。
锅炉中的炉膛（又称燃烧室）、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉主体。
锅炉主体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。
辅助设备：
锅炉的辅助设备主要有附件、供油供风、点火控制等监测和保护设施。
附件包括：
汽水分离和蒸汽清洗装置、供给水分配管、排污管阀等、水位表、气压表、安全阀、放气放水阀、炉水检验考克、供汽管阀、人手孔门、火焰观察器等。
供油供风、点火设备包括：
供电控制箱、油泵、加热器、油头、鼓风机、配风器、点火器、管路阀件、风油比例调节机构等。
监测设备包括：
压力表、水位表、安全阀（兼保护）、温度表等。
保护设备包括：
点火失败保护；熄火保护；水位保护；低风压、低油压、低油温、高油温、高汽压保护；安全阀保护；排烟高温保护等。
当发生故障时，上述保护设备会发出声光报警，实现自动卸压、自动停止操作或自动断电等安全保护。
锅炉的自动化程度越高，其保护设备也越多。
1.3船舶锅炉的应用
船用锅炉在用途上主要分为两大类，一类是用锅炉产生的蒸汽为船舶提供动力，这类锅炉称为主锅炉。
另一类是将锅炉产生的蒸汽用于加热燃油、滑油，主机暖缸，驱动辅助机械及生活杂用等，这类锅炉称为辅助锅炉。
目前大多数船舶都使用内燃机为主要动力装置，因此船上所用锅炉多为辅助锅炉。
在油轮上，货油加热、驱动货油泵及诸多辅机都需要大量的蒸汽，所以一般都装有1-2台蒸发量约10-50吨/小时的燃油锅炉，蒸汽压力一般都是1.8兆帕以下，饱和蒸汽温度约200度。
在集装箱轮、客轮和货轮上，为了满足加热所需蒸汽，一般都装设一台小型的低压燃油锅炉，蒸发量约1-5吨/小时，蒸汽压力0.8兆帕以下。
为了利用船舶在航行时柴油机排烟中高温废气的余热能源，船舶在烟囱中或机舱上部还装设了废气锅炉，利用柴油机的废气余热把水加热成饱和蒸汽，供船舶使用。
下面，我们将分别介绍燃油锅炉和废气锅炉两种。
关于燃油锅炉：
燃油锅炉本体有多种类型，如：
立式水、火管锅炉，D型水管锅炉、立式针型管锅炉和最新技术的自振式水管锅炉等。
立式直水管锅炉外形上与立式火管锅炉相似，它是从立式火管锅炉改造而成，兼具了水管锅炉和火管锅炉的一些特点。
关于废气锅炉：
船舶常用的废气锅炉的结构形式主要有：
立式烟管废气锅炉和强制循环盘香管式废气锅炉。
立式火管废气锅炉结构比较简单，即在一个圆形锅壳中贯穿着大量烟管。
柴油机的排气流过烟管，将热量传给炉水，从而产生蒸汽。
该废气锅炉的烟管通常采用麻花管式，现在也有用螺纹管式的。
使得在烟气流过时产生旋转扰动，以提高传热效率。
废气锅炉一般不宜完全无水“空炉”工作，以防万一烟管受热面上积存的烟灰着火烧坏管子。
如果因给水系统故障不得已“空炉”工作，应注意以下事项：
（1）开启废气锅炉的泄放阀和空气阀；
（2）用吹灰器将烟管表面的积灰吹除干净；（3）烟气温度必须低于350℃；（4）重新通水时应避免“热冲击”：
即先降低主机负荷以减小传热温差，循环水必须逐渐引入。
1.4船舶锅炉的工作过程
锅炉的工作包括三个过程，燃料的燃烧、烟气向水的传热过程和水的汽化过程，这三个过程在锅炉中同时进行。
一、燃料的燃烧过程
不同的燃烧方式其燃烧状况有所不同。
以链条炉排锅炉为例，其燃烧设备为链条炉排。
燃料在加煤斗中借自重下落到炉排面上，炉排借电动机通过变速齿轮箱减速后由链轮来带动，链条炉排犹如运输机，将燃料源源不断的带入炉内。
燃料在炉排上一面燃烧，一面向后移动；燃料燃烧所需的空气由鼓风机通过风道及炉排下部的风仓，向上穿过炉排到达燃料层，进行燃烧，形成高温烟气。
燃料最后烧成灰渣，在炉排末端翻过除渣板（俗称老鹰铁）后排出，这整个过程称为燃烧过程。
当然，为了锅炉燃烧的持续进行，需要连续不断地供应燃料、空气和排出烟气、灰渣，为了环保的要求，还须对烟气进行除尘处理，为此，需配置鼓风机、引风机、运煤出渣设备及消烟除尘设备。
二、烟气向工质（水、汽、导热油等）的传热过程
由于燃料的燃烧放热，炉内温度很高。
在炉膛的四周墙面上，都布置一排水管，俗称水冷壁管。
高温烟气与水冷壁进行强里的辐射换热，将热量传递给管内工质。
继而烟气受引风机、烟囱的引力而向炉膛上方流动。
烟气出烟窗（炉膛出口）并掠过防渣管后，就冲刷蒸汽过热器----一组垂直放置的蛇形管受热面，使锅（汽包与水冷壁）中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而得到过热。
尾部烟道内依次布置省煤器及空气预热器。
经多级传热后的烟气最后排出锅炉。
三、水的汽化过程
水的汽化过程也是蒸汽的产生过程，其主要包括水循环和汽水分离过程。
经过水处理的锅炉给水由给水泵加压，先经过省煤器而得到预热，然后进入汽包。
锅炉工作时，汽包中的工质是处于饱和状态下的汽水混合物。
位于烟温较低区段的对流管束，因受热较弱，汽水混合物的比重较大；而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束由于受热较强，相应地汽水混合物的比重较小；从而比重大的汽水混合物则往下流入下锅筒，比重小的汽水混合物则往上流入上锅筒，这就形成了锅内的自然循环。
此外，为了更有效地组织水循环和进行流量分配的需要，一般还设有置于炉墙外的不受热的下降管，借以将工质引如水冷壁的下集箱，而通过上集箱上的汽水引出管将汽水混合物引入上锅筒。
借助上锅筒内装设的汽水分离装置，以及在锅筒本身空间的重力分离作用，使汽水混合物得到了分离；若有过热器，则蒸汽在上锅筒顶部引出后进入蒸汽过热器中，而分离下来的饱和水仍回落到上锅筒下半部的水空间。
汽包中的水循环，也保证了与高温烟气相接触的金属受热面得以冷却而不会烧坏，是锅炉长期安全可靠运行的必要条件。
而汽水混合物的分离设备则是保证蒸汽品质和蒸汽过热器可靠工作的必要设备。
第二章船舶辅锅炉的常见故障
2.1水系统故障及分析
2.1.1缺水
a、锅炉自动给水时，如给水柜缺水或其它原因引起锅炉水位降至极限低水位时，锅炉自动报警，切断燃烧、锁定，只有在检查故障原因并排除后，锅炉才能重新投入运行。
b、当突然发现水位低水位，而自动控制系统又不报警，但此时在水位表中还可以看到水位时，则应立即手动补充给水和停炉检查自动控制系统的故障原因并予以排除。
c、当突然发现水位表内已经看不到水位时，应立即停炉检查，不可进行手动补充给水，以免由于温度低的水位接触过热的锅炉受热面而引起材料或结构损坏。
2.1.2超压
当在外部负荷不变的情况下，锅炉汽压超过允许使用压力而直至安全阀启跳时，应立即停炉检查原因。
若锅炉处于自动运行状态，则检查自动控制系统及有关控制器，找出原因予以排除。
当锅炉处于手动运行状态，则立即纠正操作疏忽。
2.1.3满水
高过最高工作水位蒸汽大量携水，水击、腐蚀管路停止送汽，上排污，管路上泄水受热面管子破裂、结垢严重、水循环不良等导致管壁过热或腐蚀严重受热面温度降低前继续给水堵管或换管，其他如给水系统进油，进海水，排污阀漏等。
2.1.4锅炉失水
原因：
由于康定生冷却效果不好，回水温度过高，造成泵内集聚了气体、给水泵气蚀严重或其他原因不能打水；锅炉给水阀不能止回，蒸汽反蹿进入泵体，造成不能打水；差压变送器故障，不能正确显示水位；锅炉水管严重漏泻；等等
处理方法：
1、发现锅炉失水应立即停炉.关闭水位计上通汽阀，如果“叫水”进入水位计则表明水位仍在水位计通水接管之上，可以迅速加大给水
2、如果关闭水位计上通汽阀“叫水“不来，千万不能向炉内补水，待自然冷却后进一步检查受热面的损坏程度，并查明和排除失水的原因
2.1.5炉水异常减少
在正常条件下，产生异常低的水位，原因是水位计通水阀和通气阀开关有误；吹灰器、安全阀及锅炉受热面管泄露；给水泵、阀及自动给水装置发生故障。
水位计玻璃破损：
玻璃因炉水的腐蚀而变薄，安装时有内应力，温度剧变或震动剧烈等都可以使玻璃破损。
安装新玻璃管时，先使下侧的金属轻轻接触玻璃管，后装上侧。
安装新玻璃时，注意板框螺钉要对称均匀上紧，升压后再紧一次，以免膨胀不均匀顶坏玻璃板。
2.2燃烧方面故障机处理
2.2.1烟面着火
原因：
燃油质量差。
柴油机燃用轻油时产生的烟灰沉积物数量甚微，而燃用劣质油时其数量不仅增多，而且所含有的可燃性物质也更多。
燃油的喷油设备不完善或故障，不完全燃烧使排气中的含油物质增加；气缸润滑油的注油量太大；气缸进气系统工作不完善。
四冲程柴油机换气条件优于二冲程柴油机，所以发生烟囱冒火的情况也少些；废气锅炉脏堵。
当排气的流量阻力增加到12.7KPA-13.3KPA时容易发生烟囱冒火.冒火停止后,烟灰沉积物当自减少,排气流动阻力可下降0.67KPA-1.33KPA.
处理方法：
一般废气锅炉着火都伴随着蒸汽压力升高、主机烟囱冒火等现象。
当废气锅炉着火后应立即检查锅炉循环水泵的运行情况，必要时可以开启两台水泵确保锅炉供水正常
a）如果蒸汽压力过高，应立即打开各燃油舱的加温阀以泻放蒸汽压力，确保锅炉水泵能正常供水
b）可用淡水进行灭火，如果有喷水清洗装置，也可利用该装置进行喷水灭火。
但水量必须要充足，以避免淡水分解促进燃烧。
避免使用二氧化碳灭火器灭火
c）如有必要主机降速或停车
d）当废气锅炉着火时，主机排烟管往往伴有大量火花飞出，此时应通知驾驶台派专人至后甲板看火，防止飞出的火花造成火灾
2.2.2不能点火
a、原因：
油压低（一般情况是低油压报警），滤器、油泵、压力继电器风油配比不合适（风油比程序马达尽量不要动）点火电极距离不合适，产生点火花太小点火变压器故障，不能产生高压光敏电阻故障
2.2.3.汽水共腾
危害、原因及处理方法：
汽水共腾是锅炉内水位波动幅度超出正常情况，水面翻腾程度异常剧烈的一种现象。
其后果是蒸汽大量带水，使蒸汽品质下降；易发生水冲击，使过热器管壁上积附盐垢，影响传热而使过热器超温，严重时会烧坏过热器而引发爆管事故。
汽水共腾原因：
锅炉水质没有达到标准；没有及时排污或排污不够，造成锅水中盐碱含量过高；锅水中油污或悬浮物过多；负荷突然增加。
处理措施：
降低负荷，减少蒸发量；开启表面连续排污阀，降低锅水含碱、盐量；适当增加下部排污量，增加给水，使锅水不断调换新水。
2.2.4锅炉喘振
锅炉喘振，也叫作“炉吼”，主要是由于燃烧不稳定，导致炉膛内压力产生波动。
起因是有供油压力波动；油质差雾化不良；大油滴滞燃；风量不足或风压波动；以及排烟道不畅等。
此外，废气锅炉常见的故障是废气流经管道被烟垢堵塞，它不仅影响传热效率，导致升汽慢，达不到要求的汽压和温度，而且还会影响主机燃烧与转速，严重时会造成增压器喘振。
另外，废气锅炉位置一般比较高，震动也较大，冷热变化大，易造成管板扩管处裂损或松动漏水
2.2.5炉内燃气爆炸
炉内燃气爆炸也叫“冷爆”，是燃油锅炉易发的一种危险事故，一般在点火或热炉熄火后发生。
强烈的炉内爆炸会对锅炉本体、炉膛和烟道造成损坏，甚至还会因火从锅炉的调风器冲出引起火灾及人身伤害事故。
冷爆产生的原因多数是由于操作不当、喷油器与其控制阀件泄漏造成，使大量燃油积存炉膛中，蒸发后产生大量的可燃气体，一旦进行点火操作，可燃气体被点燃引发炉内爆炸。
为了防止锅炉发生燃气爆炸事故，应采取的措施包括：
预扫风要充分，点火失败后要重新预扫风再点火；紧急停用时，应先关速闭阀，待扫风结束后再停风机；加强对燃油系统及燃烧自动控制装置的检查，发现漏油或其它问题及时修理。
现代船舶辅助锅炉都采用自动控制点火程序，它预设的点火前预扫风程序能够满足正常情况下扫除积聚的可燃油气，但在具体操作时，轮机人员应对锅炉点火不成功保持足够的警惕，检查点火系统和燃油系统，防止大量燃油进入炉膛。
2.2.6运行中突然熄火
锅炉气压未达到上限，可能是：
（1）日用油柜燃油用完；
（2）油路被切断，例如燃油电磁阀因损坏而关闭；（3）燃油中有水；（）供风中断或者风量不足（包括风道积灰严重堵塞）；（5）自动保护起作用（如危险水位，低油压，或者火焰感受器失灵等）
2.2.7燃烧不稳定
由于燃烧雾化不良，油温低，油压低，风门调节不当，风压波动，油中有气或水，燃烧控制系统工作不良，配风器位置不当等引起燃烧不稳定。
这时可采取调整风压，风门开度或者燃烧器位置，减少燃油压力后慢慢增加等措施使燃烧恢复正常。
2.3燃烧器的相关故障
表2-1为锅炉的燃烧器故障原因及解决方法
故障现象
故障原因
排除方法
1.点火，无点火发生
点火电极间距太大
点火电极污染，潮湿
电极绝缘损坏
点火变压器损坏
点火电缆烧焦
调整
清理，调整
更换电极
更换变压器
更换，找出原因排除之
2.燃烧器电机不能启动
安全保护开关未合
过载继电器脱口
接触器问题
燃烧器电机损坏
炉内是否有火花
检查
检查设定值
更换
更换
扫气
3.轻油油泵供油无油
泵有机械噪音
齿轮损坏
吸入阀泄漏
油阀泄露
截止阀未开
滤器堵塞
滤气泄漏
调压阀损坏
泵内有空气
油管内真空度过高
更换油泵
更换或拆开清洗
上紧接头
打开截止阀
清洁滤器
检查，更换氯气
更换泵
上紧接头
清洁滤器，各阀全打开
4.喷油嘴雾化不均匀
无喷油
喷油嘴漏油
漩涡器松动
喷孔部分堵塞
喷嘴滤器堵塞
磨损
油压低
喷嘴堵塞
喷嘴关闭机构损坏
喷嘴未拧紧
拆开喷嘴，紧固之
拆开清理
拆开清理
更换喷油嘴
调整油压
拆开清洗
更换关闭装置
拧紧之
5.火焰监视器探头对火焰不起反应
光敏电阻污染
温度过高，损坏
清洁之
更换
6.燃烧头
燃烧头内部
积油，
调整位置错误
火焰罩扩散盘规格有误
喷油嘴规格有误
燃烧空气量有误
锅炉通风房不够
测量后重新调整
更换
更换
调整风门开启角度
锅炉房必须有一永久性的通风口，其截面积应至少等于装置的烟囱截面积的百分之五十
7.电磁阀阀不动作关闭不紧
线圈损坏
阀座上有垃圾
更换线圈
拆开阀清理垃圾
8.油加热器，燃烧器不启动燃烧不良
低温保护开关闭合
低温保护开关故障
低温保护开关位置松脱
加热元件损坏
有问过低
提高温度或者温度调节开关
更换
坚固之
更换
调高温度调节开关整定值
对于船舶锅炉的相关的燃烧器主要故障已经在上表给出了，主要是对锅炉的主要故障以及部分解决办法做出了充分的说明，以及必要的阐述。
第三章结论
本文在查阅了相关的文献的基础上，对主要的船舶辅锅炉作了基本的概况的论述，其中包括了船舶锅炉的相关简介、锅炉的基本构造、锅炉的应用、以及锅炉常见的工作环境。
然后对船舶锅炉的常见故障作了基本的分析，包括了水系统的常见故障和燃烧器的以及燃烧方面的基本处理思路。
为了避免这些故障的产生我们应当对于锅炉做出基本的检测，包括：
应张贴与设备实际相符的安全操作规程或须知，并严格按要求操作；应保持锅炉工况良好，液位安全报警（含低位报警）及保护装置正常。
特别是要保证水、蒸汽和燃油系统，阀件、水位计及蒸汽压力表显示正常；锅炉外部的绝热层完整无损；安全装置的炉侧和遥控操作正常；安全阀的自动和手动控制操作正常；手动和自动启动系统操作正常；炉侧和远距离可见报警器、显示器正常；保持锅炉的固定装置，机座和防摇牵条正常。
通过对这些日常的检查和维护，我们才能保证对船舶锅炉正常运转。
致谢
本论文是在导师XX教授悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
在研究过程中，特别感谢XX师兄在实验的过程中给予我的支持和教导，从师兄这学会了很多思考方法和知识，对我的毕业论文起到了重要的作用！
由于本人水平有限，在论文中难免存在不足，欢迎论文评审专家批评指正。
在此，我谨向导师、论文评审专家、所有帮助过我的老师、同学和朋友们表示最诚挚的感谢。
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