两起船舶机电故障案例探析

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船舶机电故障可能引发碰撞、搁浅、触礁等事故的发生，同时机电故障船舶也是港口维持安全营运的重大威胁。船舶机电设备错综复杂，数目繁多，完全杜绝机电设备故障发生并不现实。但部分机电设备故障不是突发的，而是在故障发生前已发生温度、压力、振动、绝缘等物理参数变化并通过警报提醒值班船员。如果值班船员无视这些警报，则设备可能在关键时段突发故障，从而造成重大损失。笔者从两起本可避免的船舶机电故障案例进行分析，并提出船舶设备维护和减少机电设备故障发生的建议。2019年8月，上海某港区一艘大型集装箱船由于主机失控，与靠泊船舶碰撞，造成两船受损。2020年3月，一艘大型集装箱船在码头前沿突发全船失电，在紧急抛锚后，控制了险情恶化。这两艘船舶在事后接受PSC检查中发现存在着共似的问题，即船员在关键性操作方面存在严重缺失，因而放大了机电设备故障船舶对水域安全带来的风险。尽管这是两起普通的机电设备故障船舶案例，但都是由于船员未根据预兆性警报做出及时反应，造成关键性设备进一步恶化，最终导致严重事故的发生。

一、案例情况及分析

1.主机失控发生碰撞案例。（1）事发经过。B轮为44459总吨、总长266.65米的集装箱船，主机型号HyundaiWARTSILA10RT-FLEX82C，功率40680KW（102RPM）。2019年8月该轮在上海某港区靠泊预定泊位时，由于主机无法根据驾驶台的指令起动操作，形成失控的紧迫局面，随后撞向正在泊位装卸作业的C轮，造成C轮船体破损，B轮船艏变形。（2）原因调查。B轮主机燃油系统采用电喷方式，主要部件由供油单元、共轨单元（共轨油管，ICU，VCU，安全阀，减压阀等）、伺服油自清滤网、曲轴转角传感器、控制箱等组成。共轨油管内高压燃油由燃油喷射控制单元（ICU）控制共轨阀向喷油器供油，当喷油嘴前部油压超过喷油器针阀启阀压力（375帕）时，燃油通过喷油嘴向气缸喷射。在共轨单元中设有“MEFUELRAILPRESSUREVERYLOW”和“LOWMEFUELRAILPRESSURE”警报，用来监控共轨单元的工况和泄漏情况。在PSC检查中发现，B轮在与C轮发生碰撞前6小时内，该轮多次触发上述两项报警，但轮机值班人员未对这两项警报采取任何措施。另外，由于B轮多次起动失败，在当日14：44先后出现空气瓶压力低、主机起动失败和起动锁止等警报，并诱发碰撞事故发生。进一步检查发现，船员不熟悉主机燃油泄漏报警测试，导致燃油系统存在泄漏故障报警，却没有及时发现，进一步延误了处理工作。事后，船员检查发现，主机燃油共轨管前的进油管接头处发生泄漏（如图1所示），通过更换新橡皮垫圈后，排除了燃油泄漏。经测试，成功消除上述有关燃油（3）延伸分析。该轮共轨单元由供油单元的高压油泵供给600～900帕的高压燃油，燃油共轨管内压力根据主机负荷变化。油泵提升燃油共轨压力是通过中间燃油蓄压器，最终的共轨内的油压是由供给油的数量以及喷射到气缸内燃油数量决定的。油泵的流量由主机控制系统（WECS-9520）内设定压力信号，通过电动执行器和连接杆系调节。蓄压器上有两个出口，它通过两根高压油管连接到燃油共轨。当燃油蓄压器内压力上升到1050帕时，超压调节阀开启把燃油释放到燃油回油管。

2个传感器提供燃油共轨压力。的实时压力数据，为了更快地响应动态油压管理，任何对于速度控制的燃油指令的改变，都会被同时作为反馈送到控制回路。共轨油压系统的压力较高，在运行过程中一定要确保密封性良好，特别是进入喷油器的那段管路。如果发生泄漏，导致共轨油压下降将影响柴油机的起动。极端情况下，若共轨油压低于燃油阀开阀压力380帕，可导致主机不能发火（只有在共轨油压达380帕以上时，WECS-9520才发出喷油指令给ICU模块），如图2所示。该案中由于共轨油管前的进油管接头处发生泄漏，导致共轨油管压力不能维持在600～900帕，甚至低于380帕可导致主机起动失败。当船舶进港时，由于主机频繁起停，共轨内燃油压力很难达到预定数值，甚至低于喷油器启阀压力，同时，因频繁起动失败（自动3次起动，其中第3次为加大油门杆刻度、延长起动时间的重起动），造成起动空气压力快速下降，更加恶化了起动困难的危害，导致碰撞事故发生。2.全船失电导致失控案例（1）事发经过。J轮为总吨14万吨、总长超过365米的超大型集装箱船，电站功率：4×3354千瓦。2020年3月，该轮在靠泊期间发生全船跳电，40分钟后才恢复正常供电，造成船舶失控。所幸船长采取紧急抛锚方式，避免了碰撞事故发生。（2）原因调查。该轮在码头前沿准备靠泊时，由于440伏电源绝缘异常下降，触发对发电机组、电站和电网的安全保护，出现了电站跳电。为了控制船舶，船长紧急抛左锚，但在使用锚机拉紧锚链时再次发生了跳电。在经过多次供电和自动跳电操作后，船员切断左锚机电源，船舶恢复正常供电。船员在后续检查中发现，左锚机电机已经烧损，如图3所示。经安检员检查和验船师检验确认，该船主电源由于位于艏甲板的左锚机电动马达短路，对电网产生瞬时冲击，导致主电源触发安全保护，自动应急停止了运行中的主发电机。船舶440V电源绝缘异常下降、跳电和后续无法供电均因左锚机电机的故障导致。（3）延伸分析。进一步调查发现，2020年3月9日15：50触发“W2DECKMACHABNORMAL”、“LVSWITCHBOARDABNORMAL”、“LVSB440VLOWINSULATION”等警报，其中“W2DECKMACH”指左锚机。在同日15：55，“W2DECKMACHABNOR-MAL”自行复位。船员据此认定为误报警，未派员查明原因并采取措施。而在3月8日19：58，“W2DE-CKMACHABNORMAL”也曾在11秒钟内激活并自行复位，船员同样未采取任何行动。甲板机械电动马达具有的低转速、大扭矩、大电流等特点注定了该类马达为适应性好、耐用性强的电器设备。尽管该马达控制系统包含了短路、过载、缺相等保护，但一般响应时间大于电网保护的响应时间，导致在该马达安全保护触发之前就造成电网因瞬时异常过电流引起跳电。该轮是2019年5月交船的新船，船舶的硬件和控制系统经磨合逐渐趋于最佳状态。不常见的甲板机械马达出现故障预警时，如果船员不够专业、不够认真，就会错过纠错机会，导致更严重的后果。

二、警报系统的应用

根据《2009年警报器和指示器规则》可知，警报系通告需要注意的异常情况和状态。警报按优先顺序分为4种：紧急报警、报警、警告和当心。指示机器和电气设备故障或其他异常状况的警报应为仅次于紧急报警的报警级别。机器和电气设备故障报警可分为设备故障报警和部分运行参数异常报警。当设备故障报警出现后，该设备必须停止运行或减低性能运行。如锅炉极低水位报警，采用自动停炉的方式保护锅炉不被烧损。又如，主机滑油低压，采取主机自动停车或自动降速运行方式保护主机不发生严重故障。当运行参数远程报警出现时，设备的温度、压力、绝缘、振动等参数变化偏离正常值，并超过报警值。通常这些设备仍然可以在短期内继续运转，值班人员应尽快查明原因并将这些设备参数调整到正常范围内，否则情况可能进一步恶化，导致设备无法继续运转。如主机出现排烟温度升高，并超过报警值时触发警报，但此时主机仍可正常运转，若值班人员不及时查明排烟温度升高的原因并进行维修或调整，持续升高温度的主机排烟将会使主机排气阀、废气涡轮增压器等受到重大影响，直至主机无法继续运行。上述两个机电设备故障的案例，实质上是在设备运转时出现了与运行参数异常的警报，警报出现时未直接影响设备的正常运转，但船员未及时排除警报并查找警报触发的原因，致使设备运转状况持续恶化，导致在船舶靠离泊关键时间突发故障，严重影响船舶安全运行，造成严重安全后果。

三、案例建议与思考

随着船舶工业技术的蓬勃发展，越来越多新兴的自动化技术在船舶得到广泛应用，其中很多新技术出现在高级船员取得适任证书之后，如果船员知识更新培训不到位，或者船员自学能力不强，不能很好地熟悉新设备的应用和管理，就会对船舶安全构成很大的隐患。因此，航运院校、培训机构、航运公司等应加强船员知识更新培训，确保船员熟悉关键设备的管理要点和应急处置。另外，船员的责任心对船舶安全管理至关重要，甚至超过设备本身。机电设备突发故障有时毫无迹象可寻，但更多的时候会通过警报、异响、震动、压力或温度变化等预警。上述两个案例中，如果船员在正常运转的设备出现警报后，能尽责履职，并及时处理各种警报，认真做好抵（离）港检查，就会避免事故或险情发生。

四、结语

在船舶管理方面，特别是船员在关键操作方面存在明显缺陷将会给船舶安全带来隐患，如果处理不当，将可能造成严重后果。建议航运公司和船检机构加强船舶关键设备的维护保养和船员故障处理的验证，加强对船舶重要设备警报的及时处理和关键设备及部件的定期维护保养检查。

作者:杨海兵 赵林 单位:浦东海事局