楊明亮，俞文勝

(集美大學(xué)a.輪機(jī)工程學(xué)院；b.福建省船舶與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361021)

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某船主機(jī)排氣溫度過(guò)高起因及排除方法

楊明亮，俞文勝

(集美大學(xué)a.輪機(jī)工程學(xué)院；b.福建省船舶與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361021)

針對(duì)某船主機(jī)排煙溫度高的問(wèn)題，根據(jù)該輪MAN-B&W 6L60MCE型主柴油機(jī)的技術(shù)狀態(tài)和具體的運(yùn)行情況，采取一系列措施排除故障，從而保證主機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為此類故障的排查和處理提供參考。

柴油機(jī)；排氣溫度；燃燒；增壓；掃氣

現(xiàn)代遠(yuǎn)洋船舶普遍使用重油作為主柴油機(jī)的燃料，由于其品質(zhì)較差，對(duì)主機(jī)活塞及其運(yùn)動(dòng)部件的影響較大，使主機(jī)增壓和排氣系統(tǒng)更加容易臟污，易導(dǎo)致船齡較大的主機(jī)逐漸出現(xiàn)各部件失配，綜合性能下降，其中主機(jī)排溫升高是最普遍的問(wèn)題之一[1]。主機(jī)排溫過(guò)高的成因比較復(fù)雜，如果處理不當(dāng)，很可能使得主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)一步惡化并最終給船舶造成重大損失。因此，對(duì)于輪機(jī)管理人員來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確判斷主機(jī)排溫高的成因并且采取恰當(dāng)?shù)拇胧┚惋@得尤為重要。

1　主機(jī)排氣溫度過(guò)高的表現(xiàn)特征

某船是具有20多年船齡的老齡散貨船，主機(jī)選用MAN-B&W 6L60MCE機(jī)型，6缸，缸徑600 mm，沖程1 940 mm，額定功率7 024 kW,采用定壓增壓方式，主機(jī)采用氣口-氣口式直流掃氣方式，是典型的低速超長(zhǎng)行程二沖程柴油機(jī)。由于該船船齡較大，所以正常情況下都采取降速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速維持在為85 r/min左右。

在某個(gè)航區(qū)營(yíng)運(yùn)過(guò)程中主機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出各缸排氣溫度普遍過(guò)高，在加車或者大舵角轉(zhuǎn)向時(shí)增壓器時(shí)有發(fā)生喘振現(xiàn)象，只能降速維持在75 r/min 左右運(yùn)行而不能達(dá)到營(yíng)運(yùn)轉(zhuǎn)速，而此時(shí)各缸的排煙溫度均已超過(guò)390 ℃。根據(jù)輪機(jī)日志記載，之前在相似環(huán)境區(qū)域正常營(yíng)運(yùn)的排煙溫度都在350～360 ℃。為了改善主機(jī)的運(yùn)營(yíng)工況，隨后在廣州廠修期間對(duì)廢氣鍋爐進(jìn)行了疏通，對(duì)增壓器更換了滑油、空冷器水側(cè)進(jìn)行了清洗；對(duì)工時(shí)較長(zhǎng)的兩只氣缸進(jìn)行了吊缸，其中更換了一只過(guò)度磨損的缸套。采取上述措施后，主機(jī)工況略有好轉(zhuǎn)。但是開(kāi)航離開(kāi)廣州幾天后，主機(jī)各缸排溫又逐漸升高，增壓器又開(kāi)始喘振，主機(jī)不得不減速至75 r/min，重新回到之前的工作狀態(tài)。對(duì)主機(jī)當(dāng)時(shí)工況參數(shù)記錄處理見(jiàn)表1。

2　故障分析

上述主機(jī)表現(xiàn)總結(jié)起來(lái)即各缸排煙溫度偏高和增壓器喘振兩大特征[2-3]。按照理論分析，結(jié)合該輪船齡較大的實(shí)際情況，其主機(jī)排煙溫度高可能有如下原因：①噴油定時(shí)不正確。噴油提前角太小，噴油太遲導(dǎo)致其噴入氣缸的燃油未完全燃燒而產(chǎn)生后燃。②噴油器安裝不當(dāng)。噴油器在安裝過(guò)程中墊片厚度不合適,或者在原墊片上面直接加上新墊片,使噴油器安裝錯(cuò)位。③噴油器霧化不良。燃油在氣缸內(nèi)未充分燃燒而進(jìn)入排氣管內(nèi)發(fā)生后燃。④出油閥故障，造成二次噴射引起的后燃。⑤壓縮壓力。缸頭墊片過(guò)厚,導(dǎo)致氣缸容積增大而壓縮壓力降低；氣環(huán)過(guò)度磨損，壓縮壓力降低。這兩點(diǎn)都會(huì)造成發(fā)火延遲和氣缸內(nèi)新鮮空氣不足而使排氣后燃。⑥增壓器故障導(dǎo)致掃氣壓力降低，或者增壓器內(nèi)部部件臟堵等，都會(huì)使掃氣壓力不足，最終導(dǎo)致不充分燃燒。⑦排氣閥泄漏。這同樣會(huì)使壓縮壓力降低，還會(huì)在燃燒過(guò)程中伴隨發(fā)生漏氣，使得未完全燃燒的燃?xì)膺M(jìn)入排氣管。⑧排氣定時(shí)。不合適的排氣定時(shí)使還沒(méi)有完全燃燒的燃?xì)膺M(jìn)入排氣管。⑨空冷器?？諝饫鋮s器水側(cè)管路臟污，換熱效率下降，使得空氣進(jìn)機(jī)溫度升高；空氣冷卻器氣側(cè)堵塞使增壓空氣壓力低，過(guò)量空氣系數(shù)減小，燃油不能充分燃燒而產(chǎn)生后燃。

表1　故障處理前主機(jī)工況參數(shù)表

增壓器喘振主要是隨著柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)，增壓系統(tǒng)中各部件就會(huì)污損或出現(xiàn)故障，柴油機(jī)本身某些部件也會(huì)產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，導(dǎo)致匹配不良，壓氣機(jī)的實(shí)際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強(qiáng)烈撞擊，引起喘振。原因可能如下：①氣流通道堵塞，增壓系統(tǒng)的氣體流動(dòng)環(huán)節(jié)中流阻增大而使壓氣機(jī)流量減小，背壓升高，引起喘振。進(jìn)口濾器、壓氣機(jī)葉輪、汽缸掃排氣口、渦輪的噴嘴環(huán)等等，都是容易發(fā)生臟堵的部件；②增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配，噴油設(shè)備出現(xiàn)故障造成的燃燒不良，或者過(guò)量空氣系數(shù)α降低，排煙溫度升高，廢氣能量隨之增加，增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多，而此時(shí)柴油機(jī)因指示功率或有效功率減小，轉(zhuǎn)速下降，柴油機(jī)和增壓器之間的正常匹配關(guān)系遭到破壞，導(dǎo)致壓氣機(jī)工作在高背壓、小流量的狀態(tài)，從而發(fā)生喘振。

3　采取的措施及后續(xù)處理

該輪主機(jī)排煙溫度偏高并伴有增壓器喘振現(xiàn)象[4]，造成該輪主機(jī)排煙溫度過(guò)高和增壓器喘振的原因很有可能是多方面的，必須按照一定的邏輯推理進(jìn)行有針對(duì)性的檢查[5]。

掃氣系統(tǒng)的增壓器及空冷器在船廠時(shí)剛剛進(jìn)行過(guò)檢修，記錄顯示以往對(duì)掃氣系統(tǒng)進(jìn)行清潔工作也都按時(shí)正常進(jìn)行過(guò)。該主機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)氣門敲擊聲，檢查也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣門液壓油泄露現(xiàn)象，以往的排氣門檢修都按照說(shuō)明書正常進(jìn)行，所以輪機(jī)員們推測(cè)排氣門沒(méi)有出現(xiàn)故障，還是將重點(diǎn)放在了排氣通道的進(jìn)一步疏通工作上。因?yàn)橹霸诖瑥S期間清洗過(guò)空冷器水側(cè)，壓差計(jì)也顯示在正常范圍，所以有人認(rèn)為沒(méi)有必要再檢查空冷器。但是為了逐一排查故障的原因，這次重點(diǎn)檢查了空冷器氣側(cè)，發(fā)現(xiàn)壓差計(jì)處于失靈狀態(tài)，造成之前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)因?yàn)閴翰钣?jì)的錯(cuò)誤讀數(shù)而忽略了空冷器氣側(cè)的清洗疏通。修復(fù)了壓差計(jì)，然后對(duì)空冷器氣側(cè)進(jìn)行了清通。維修記錄顯示，之前半年內(nèi)雖然多次對(duì)廢氣鍋爐煙面進(jìn)行過(guò)機(jī)械清灰，但是由于靠泊條件不允許，所以并沒(méi)有進(jìn)行水洗，因此選擇在合適的時(shí)機(jī)對(duì)廢氣鍋爐進(jìn)行了水洗，清潔出大量的污垢，這使得排氣通道進(jìn)一步暢通。

針對(duì)燃油系統(tǒng)，以往的噴油器檢修記錄并未發(fā)現(xiàn)異常，因此這次檢查了主機(jī)各缸高壓油泵的噴油定時(shí)，發(fā)現(xiàn)各缸高壓油泵的噴油定時(shí)與規(guī)定范圍存在較大差異。輪機(jī)員按照說(shuō)明書要求對(duì)噴油定時(shí)認(rèn)真進(jìn)行了調(diào)整和校準(zhǔn)[6]，主機(jī)各缸高壓油泵噴油定時(shí)調(diào)整前后的對(duì)照見(jiàn)表2。

表2　高壓油泵調(diào)整前后對(duì)照表

由表2可見(jiàn)，各缸噴油提前角存在著不同程度的差別：No.1、No.2缸的噴油提前角為13.5°，而No.3、 No.5、 No.6缸只有12.0°，前后相差1.5°，各缸噴油定時(shí)與說(shuō)明書要求的范圍存在差距；同時(shí)，各缸高壓油泵柱塞的有效行程的差異也較為明顯，這恰恰說(shuō)明各缸噴油量差別較大。經(jīng)過(guò)調(diào)整，各缸高壓油泵噴油定時(shí)及柱塞有效行程的差異縮小到可接受范圍。

根據(jù)以前的檢修記錄簿記載， No.5缸進(jìn)行了常規(guī)吊缸檢查時(shí)除發(fā)現(xiàn)該缸氣口堵塞比較嚴(yán)重外，活塞環(huán)槽上還發(fā)現(xiàn)多處小裂紋。為了改善主機(jī)的運(yùn)行工況，又對(duì)另一只工作僅約3 000 h的No.2和No.4進(jìn)行了吊缸檢查，也發(fā)現(xiàn)該缸存在相似的問(wèn)題。根據(jù)該情況，著重對(duì)氣口、缸套及活塞頭部進(jìn)行了仔細(xì)的清潔，對(duì)過(guò)度磨損的活塞環(huán)進(jìn)行換新，以確保主機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。

逐項(xiàng)做完上述工作后，在后面滿載駛向非洲的航次里，雖然環(huán)境溫度明顯高于之前的航行區(qū)域，但是主機(jī)工況明顯好轉(zhuǎn)，增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，喘振消失；尤其是各缸排氣溫度下降幅度較大。調(diào)整后主機(jī)的運(yùn)行工況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。與表1中所列的工況參數(shù)相比，基本解決了主機(jī)排溫高、轉(zhuǎn)速上不去的問(wèn)題，主機(jī)工況得到了明顯改善。與同樣轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的油門開(kāi)度減小，各缸排煙溫度明顯下降，爆壓和掃氣壓力均有上升。由此說(shuō)明這次有重點(diǎn)的檢修工作成功解決了前面的問(wèn)題。

表3　故障處理后主機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)表

4　結(jié)論

主機(jī)高壓油泵噴油定時(shí)及噴油量參差不齊，主機(jī)空冷器氣側(cè)臟堵，進(jìn)氣不暢使得換氣質(zhì)量低下，燃燒惡化，各缸負(fù)荷不均，是導(dǎo)致主機(jī)排溫偏高的主要原因；而排氣口臟堵，氣流通道堵塞，特別是排氣管內(nèi)濾網(wǎng)的嚴(yán)重臟堵，廢氣鍋爐煙道阻塞進(jìn)一步加重了故障。柴油機(jī)和增壓器運(yùn)行失配是導(dǎo)致增壓器喘振的主要原因。大型船舶柴油機(jī)單缸功率不斷提高是發(fā)展趨勢(shì)，增壓器增壓壓力也會(huì)越來(lái)越高，這對(duì)增壓器的維護(hù)管理提出了更高的要求，對(duì)增壓器、空冷器等的管理同燃油系統(tǒng)的管理一樣重要。對(duì)于該船這樣的老齡船，應(yīng)該結(jié)合該型主機(jī)的特點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的維護(hù)保養(yǎng)工作。除了一般的維修保養(yǎng)以外，以下幾點(diǎn)預(yù)防措施也同樣值得注意。

1)保持合適的負(fù)荷。柴油機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致增壓器渦輪側(cè)氣封不足，導(dǎo)致透平油變質(zhì)、軸承損壞，而增壓器轉(zhuǎn)速降低又會(huì)降低掃起壓力。由于該船在正常營(yíng)運(yùn)中只使用重油不用輕油，所以應(yīng)盡量避免使用低轉(zhuǎn)速，并且要加強(qiáng)燃油系統(tǒng)的管理，使燃油始終保持合適的粘度。對(duì)于可以換用輕油的船舶，在必須低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)應(yīng)及時(shí)換用輕油，負(fù)荷不應(yīng)過(guò)低，以免燃燒不良，氣道臟污。

2)加強(qiáng)對(duì)透平及空冷器的日常保養(yǎng)工作。由于散貨船長(zhǎng)期出入散貨碼頭的特殊工作環(huán)境，裝卸貨期間產(chǎn)生的大量粉塵隨機(jī)艙風(fēng)機(jī)吸入機(jī)艙，同時(shí)由于老舊船舶機(jī)艙內(nèi)泄漏油氣濃度很高，增壓器吸入的空氣中油份較多，以上兩種物質(zhì)逐漸在整個(gè)進(jìn)氣通道內(nèi)、尤其是空冷器空氣側(cè)通道上混合形成污穢層，油灰污垢層日積月累便會(huì)產(chǎn)生冷卻效果下降，掃氣溫度升高等現(xiàn)象，并最終表現(xiàn)為主機(jī)排溫大幅度升高。應(yīng)該堅(jiān)持定期對(duì)增壓器進(jìn)行清潔，在條件允許的情況下，對(duì)渦輪端用清水水洗，空冷器一定要按時(shí)用化學(xué)清潔劑清洗，經(jīng)常檢查空冷器壓差計(jì)是否正常，以保證增壓器和空冷器正常的工作狀態(tài)。

3)按時(shí)對(duì)掃氣系統(tǒng)進(jìn)行徹底的清潔，在特殊情況下適當(dāng)縮短掃氣箱的清潔周期。清潔氣口時(shí)要仔細(xì)，同時(shí)檢查口琴閥是否正常。

4)定期對(duì)主機(jī)燃燒系統(tǒng)(油頭、高壓油泵)實(shí)施維護(hù)保養(yǎng)，使之處于良好的工作狀態(tài)。加強(qiáng)對(duì)主機(jī)的工況測(cè)量，各缸負(fù)荷要盡量保持一致。

5)在平時(shí)的修船保養(yǎng)中，應(yīng)及時(shí)更換銹蝕的海水管路，減小空冷器海水側(cè)壓力損失。

從這次主機(jī)排溫過(guò)高故障的發(fā)生和解決過(guò)程可以看出，之所以會(huì)耗費(fèi)大量的的工作來(lái)診斷故障原因和排除故障，既有船廠船修人員疏忽大意的原因，也有船上輪機(jī)管理人員管理不善的責(zé)任，總結(jié)由此案例獲得的經(jīng)驗(yàn)有利于提高今后輪機(jī)管理水平，對(duì)輪機(jī)管理實(shí)踐具有重要意義。

[1] 孫培廷.船舶柴油機(jī)[M].大連海事大學(xué)出版社，2002.

[2] 黃少竹.現(xiàn)代船舶柴油機(jī)故障分析[M].大連海事大學(xué)出版社，2005.

[3] 魏海軍,張存有,田文國(guó).船舶動(dòng)力裝置管理及案例分析[M].大連海事大學(xué)出版社，2011.

[4] 修安，思成.船舶二沖程柴油機(jī)排氣溫度過(guò)高原因分析[J].航海技術(shù)，2009(3)：61-65.

[5] 楊樹(shù)森.特殊原因引起的主機(jī)排煙溫度升高故障及排除[J].船海工程，2014,43(6)：103-105.

[6] MITSUI 6L60MCE Engine designed plant[M].MITSUI engineering & ship Building CO.LTD,1998.

The Causes of High Exhaust Temperature of the Diesel Engine of a Ship and Its Elimination Method

YANG Ming-liang, YU Wen-sheng

(a.Marine Engineering Institute; b.Fujian Key Laboratory of Naval Architecture and Ocean Engineering， Jimei University, Xiamen Fujian 361021, China)

For the problem of the high exhaust temperature of a ship, after analyzing the working status and specific situation of the B&W 6L60MCE main engine, a series of effective measures is taken to make sure the main engine operated in order. Some prevention strategies and suggestions are put forward for such faults.

diesel engine; exhaust temperature; combustion; turbocharger; scavenge

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.01.023

2015-10-13

2015-11-05

楊明亮(1985-)，男，碩士，甲類二管輪

U676.4

A

1671-7953(2016)01-0117-04

研究方向:輪機(jī)工程技術(shù)

E-mail:yangml528@163.com