趙玉銘+　岳劉斌

摘要：受船舶運(yùn)力嚴(yán)重過(guò)剩和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢的影響，同時(shí)為了推進(jìn)綠色航運(yùn)，各大航運(yùn)公司都在實(shí)施節(jié)能節(jié)排，提高船舶營(yíng)運(yùn)效率，紛紛尋求各種辦法降低營(yíng)運(yùn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。船舶采取經(jīng)濟(jì)航速運(yùn)行已成一種新常態(tài)化。主機(jī)低速運(yùn)行和優(yōu)化氣缸油注油率可以降低燃油和潤(rùn)滑油成本。但諸如此類(lèi)的降本增效措施，會(huì)對(duì)主機(jī)工況、船舶維護(hù)成本以及船舶安全性能方面帶來(lái)不利影響。我輪主機(jī)采用瓦錫蘭公司船用共軌（RT-flex）系列柴油機(jī)，型號(hào)為7RT-flex68D，持續(xù)功率21 910kW/95rpm，超長(zhǎng)行程。主機(jī)運(yùn)行在低低負(fù)荷轉(zhuǎn)速下，造成了缸套低溫腐蝕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：低溫腐蝕 注油率 含硫量

1 故障描述

本輪服務(wù)于國(guó)內(nèi)南北線(xiàn)，南沙-天津定線(xiàn)，執(zhí)行公司節(jié)能減排政策-主機(jī)降速運(yùn)行20%負(fù)荷，56rpm。 2017年4月在南沙港期間，對(duì)主機(jī)掃氣箱例行定期檢查，發(fā)現(xiàn)主機(jī)每個(gè)缸缸套下方出現(xiàn)黑色斑塊，斑塊大小不一，各缸嚴(yán)重程度不同，黑斑均出現(xiàn)在缸套氣缸油注油口和掃氣口之間。 主機(jī)使用氣缸油為SHELL Alexia S5 （TBN：70），各缸注油率均設(shè)定在0.86g/kWh， 燃油含硫量為2.6%（m/m），在5天前主機(jī)剛換用這批新裝燃油，之前燃油含流量為1.5 %（m/m）。直接原因以為是燃油含硫增加所致，發(fā)現(xiàn)低溫腐蝕后，隨即調(diào)高氣缸油注油率至1.1 g/kWh。航行3天抵寧波港后，主機(jī)掃氣箱檢查，低溫腐蝕現(xiàn)象減小，黑色附著物已基本消失，在原黑色斑塊處留下白色痕跡，各缸活塞頭側(cè)面和第一第二活塞環(huán)帶間出現(xiàn)了積碳現(xiàn)象，說(shuō)明氣缸油注油率過(guò)大。檢查后將注油率下調(diào)至1.05 g/kWh。隨后航行3天抵天津港，主機(jī)掃氣箱檢查，個(gè)別缸套下方又出現(xiàn)低溫腐蝕黑板塊，黑色斑塊均出現(xiàn)在主機(jī)缸套右側(cè)（增壓器側(cè)），且活塞頭側(cè)面和第一第二活塞環(huán)之間積碳增多。根據(jù)此現(xiàn)象對(duì)缸套有低溫腐蝕的缸增加氣缸油注油率至1.1 g/kWh。

從天津航行至南沙途中，對(duì)主機(jī)掃氣箱殘油取樣，抵南沙港后送化驗(yàn)室化驗(yàn)。再次對(duì)主機(jī)掃氣箱檢查，發(fā)現(xiàn)每個(gè)缸都有黑色斑塊，嚴(yán)重情況不一，但有一共同特點(diǎn)，黑色斑塊多數(shù)出現(xiàn)在主機(jī)缸套右側(cè)（增壓器側(cè)）。活塞頭側(cè)面和第一第二活塞環(huán)帶之間積碳增多，個(gè)別缸出現(xiàn)第二第三活塞環(huán)帶間出現(xiàn)積碳現(xiàn)象。根據(jù)這一現(xiàn)象，只能一邊等化驗(yàn)數(shù)據(jù)，一邊調(diào)高氣缸油注油率至1.15 g/kWh?；?yàn)結(jié)果送船顯示，殘油TBN數(shù)值在15～25 mgKOH/g之間（已報(bào)警），含鐵量各缸已超100 mg/kg，個(gè)別幾個(gè)缸在200mg/kg上下（報(bào)警值在200mg/kg）。

隨后的幾個(gè)航次在港對(duì)主機(jī)掃氣檢查中，低溫腐蝕現(xiàn)象時(shí)有時(shí)無(wú)，氣缸油注油率始終無(wú)法低于1.15 g/kWh，且活塞環(huán)帶間積碳有增無(wú)減。

2 理論分析

2.1低溫腐蝕

低溫腐蝕是燃油中的硫份在氣缸內(nèi)燃燒過(guò)程中生成的二氧化硫和三氧化硫，均為氣體，與水結(jié)合生成次硫酸和硫酸（缸壁溫度低于它們的露點(diǎn)時(shí)），從而形成低溫腐蝕。

當(dāng)氣缸油的總堿值過(guò)低時(shí)，則在各注油點(diǎn)之間的缸套表面上會(huì)出現(xiàn)漆狀沉淀物，而漆狀物底下的缸套表面則因腐蝕而發(fā)暗。當(dāng)用鍍鉻缸套時(shí)，在被腐蝕處會(huì)出現(xiàn)白斑（硫酸鉻）。

影響低溫腐蝕的因素有燃油中的含硫量大小，氣缸油中的堿值和注油率大小，掃氣的含水量。掃氣含水量和與空氣的濕度，掃氣溫度等有關(guān)。當(dāng)船舶航行在高濕海域時(shí)，要注意檢查空冷器冷凝水的泄放情況。掃氣溫度的設(shè)定具有雙重性，較低的溫度可以起到“干冷”掃氣，掃氣相對(duì)濕度降低，主機(jī)功率增加；但掃氣溫度低會(huì)影響缸壁溫度，一旦缸壁溫度低于露點(diǎn)，在缸壁氣缸油膜堿值不足時(shí)就會(huì)發(fā)生低溫腐蝕。主機(jī)服務(wù)通函中講到主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在低低負(fù)荷時(shí)，建議適當(dāng)提高掃氣溫度，以避免發(fā)生低溫腐蝕。

提高主機(jī)缸套冷卻水溫度減小低溫腐蝕，MAN公司已經(jīng)利用LCDL系統(tǒng)，將主機(jī)缸套冷卻水提高至120 ℃，用來(lái)防止低溫腐蝕發(fā)生。

2.2氣缸油的作用

清潔運(yùn)動(dòng)件：包括對(duì)活塞環(huán)，環(huán)槽，環(huán)槽之間的環(huán)帶，清除附著在這些運(yùn)動(dòng)件上的燃燒殘留物。由于現(xiàn)代主機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)改進(jìn)，燃燒室的上移，燃燒殘留物很少附著在這些運(yùn)動(dòng)件上，經(jīng)有關(guān)研究論證，只要主機(jī)的氣缸油“注油率”在0.70g/kWh及以上，就可以滿(mǎn)足清潔的功能。

形成油膜：氣缸油主要功能是在缸套內(nèi)壁形成油膜，減少活塞令與缸套間的摩擦，防止兩者之間產(chǎn)生粘著磨損。同時(shí)阻礙燃?xì)馀c缸套的接觸，防止腐蝕。若注油率過(guò)大反而會(huì)使活塞頭及活塞環(huán)帶間積碳增加， 增加磨損。

提供添加劑控制腐蝕：氣缸油都為優(yōu)質(zhì)礦物油加以多種添加劑調(diào)和而成。其中主要是以中和主機(jī)燃燒劣質(zhì)高硫燃油產(chǎn)生的硫酸。

2.3掃氣箱氣缸油殘油化驗(yàn)指標(biāo)

氣缸油殘油堿值的高低可反映與硫酸中和的程度，殘油堿值過(guò)大不僅造成氣缸油浪費(fèi)，還會(huì)在活塞頭及活塞頂部形成結(jié)垢（灰白色沉積物，多鈣鹽類(lèi)物質(zhì)），造成磨損。殘油堿值過(guò)低，缸套容易發(fā)送低溫腐蝕，含鐵量會(huì)大幅上升，缸套發(fā)生磨損。氣缸油供應(yīng)商SHELL推薦氣缸油殘油堿值25～50 mg KOH/g的堿值儲(chǔ)備，含鐵量不高于200mg/kg。

3 故障處理分析過(guò)程

當(dāng)?shù)谝淮螜z查出有低溫腐蝕時(shí)，分析原因可能是燃油含流量的增加（含硫量從1.5%（m/m）升高到2.6%（m/m）），經(jīng)過(guò)商討計(jì)算分析采取增加氣缸油注油率（0.85g/kWh 提高至1.1g/kWh）， 提高缸套水溫度（從原設(shè)定91℃提高到93℃ ）。

當(dāng)?shù)诙螜z查出低溫腐蝕時(shí)，氣缸油注油率已經(jīng)很高（1.05g/kWh），并伴隨有活塞頭側(cè)面和第一第二活塞環(huán)帶間有積碳情況，低溫腐蝕均在掃氣口和氣缸油注油口之間，且靠近主機(jī)右側(cè)較多（增壓器側(cè)）。根據(jù)檢查情況分析，活塞頭側(cè)面有積碳，說(shuō)明氣缸油潤(rùn)滑功能上來(lái)講注油率已經(jīng)是過(guò)多，低溫腐蝕發(fā)生在缸套掃氣口和氣缸油注油口之間，從缸套結(jié)構(gòu)圖上看（圖3-1），缸套高溫冷卻水僅冷卻氣缸油注油口上面一段空間。提高缸套高溫冷卻水2℃對(duì)發(fā)生低溫腐蝕影響極其有限，實(shí)際測(cè)試后也證明如此。所以只能通過(guò)提高掃氣溫度提高缸套下半部分的缸壁溫度，或降低掃氣溫度已達(dá)到降低掃氣中的含水量，減少低溫腐蝕。（a）降低掃氣空氣中的含水量，由于我輪主機(jī)運(yùn)行在56rpm@20%MCR，航行中主機(jī)掃氣壓力很低，將空冷器冷卻水出口溫度降至38℃時(shí)，空冷器下方還未析出冷凝水。通過(guò)測(cè)試主機(jī)加車(chē)至79rpm時(shí)，才能在空冷器泄放觀察鏡中看到有凝水出現(xiàn)（當(dāng)時(shí)天氣有大霧），抵港后拆解空冷器檢查，擋水板、密封條、冷卻器等均正常。故該措施不適用。（b）提高空冷器冷卻水出口溫度至46℃（關(guān)閉空冷器冷卻水出口閥），掃氣溫度升至60℃左右，在抵港后的幾次缸套檢查中，低溫腐蝕還是存在，效果并不明顯。endprint

采取了各種措施，缸套低溫腐蝕無(wú)法得到很好的抑制，最后氣缸油注油率上調(diào)至1.2 g/kWh時(shí)，腐蝕情況才有所好轉(zhuǎn)，但活塞頭和第一第二活塞環(huán)間積碳越來(lái)越多，個(gè)別缸已經(jīng)出現(xiàn)第二第三活塞環(huán)間出現(xiàn)積碳。期間還對(duì)主機(jī)ALPHA電子注油器檢查，無(wú)異常發(fā)現(xiàn)，氮?dú)夤迚毫z測(cè)正常，注油器拉出做噴射試驗(yàn)正常（尤其是主機(jī)右側(cè)注油器），航行中用劑量柜檢測(cè)實(shí)際的氣缸油消耗量和流量表計(jì)算數(shù)值對(duì)比，基本一致。檢查中還發(fā)現(xiàn)，航行中每次有大霧或連續(xù)下大雨后的抵港檢查，低溫腐蝕情況更為嚴(yán)重。

根據(jù)缸套低溫腐蝕故障情況分析，判斷主要原因可能是氣缸油選配的堿值偏低所致，目前已有不少船舶使用的氣缸油堿值為BN100，我輪使用的是BN70。后將該問(wèn)題寫(xiě)成報(bào)告反饋給機(jī)務(wù)主管，公司安排氣缸油供應(yīng)商服務(wù)工程師上船，通過(guò)對(duì)主機(jī)掃氣箱的檢查和以往的化驗(yàn)報(bào)告，也建議換用堿值BN100號(hào)的S6。

S6氣缸油供船后，先將主機(jī)氣缸油注油率下調(diào)至1.1 g/kWh。換用后的第一港口掃氣箱檢查，缸套上黑斑已經(jīng)全部消失，僅留下低溫腐蝕的白色痕跡；活塞頭頂部中心處留有黃褐色的結(jié)垢（成圓圈狀），活塞頭側(cè)面和第一第二活塞環(huán)帶間積碳沒(méi)有減少跡象。說(shuō)明缸壁上氣缸油過(guò)大，堿值充足。逐漸下調(diào)氣缸油注油率，檢查結(jié)果越來(lái)越令人滿(mǎn)意，缸壁低溫腐蝕白色痕跡基本消失；活塞頭頂部黃褐色圓圈變小，個(gè)別缸消失；活塞頭側(cè)面積碳減少很多，第一第二活塞環(huán)帶間積碳基本消失。結(jié)合氣缸油殘油化驗(yàn)結(jié)果，最終將氣缸油注油率調(diào)低至0.78 g/kWh，這樣低的氣缸油注油率，殘油堿值化驗(yàn)結(jié)果還30 mgKOH/g。留有30 mgKOH/g目的是為了防止天氣變化空氣濕度增大。

4 此次發(fā)生低溫腐蝕問(wèn)題原因

（1）主要原因是氣缸油堿值不足，以至于氣缸油注油率已經(jīng)很大（活塞頭部活塞環(huán)帶處積碳增加說(shuō)明潤(rùn)滑過(guò)剩），但在該工況下還是無(wú)法完全中和缸套下部硫氧化物。

（2）季節(jié)問(wèn)題致使空氣中含水量增加，特別是在春夏季節(jié)（4-6月份），中國(guó)沿海濃霧嚴(yán)重，梅雨盛行。缸套中燃燒產(chǎn)物硫氧化物和水蒸汽的露點(diǎn)降低，生成硫酸附著在缸套表面產(chǎn)生低溫腐蝕。我輪該現(xiàn)象特別明顯，當(dāng)氣缸油注油率一定時(shí)，在上一港口檢查缸套時(shí)還未出現(xiàn)低溫腐蝕，在本港口就檢查出有低溫腐蝕情況，兩港口航行經(jīng)過(guò)幾天大霧天氣，每次航行有雨水和大霧天氣后抵港檢查均可驗(yàn)證該現(xiàn)象，故在該季節(jié)時(shí)，主機(jī)應(yīng)將氣缸油注油率調(diào)高一點(diǎn)，以避免出現(xiàn)低溫腐蝕發(fā)生。

（3）黑色低溫腐蝕斑塊多出現(xiàn)在主機(jī)缸套右側(cè)（增壓器側(cè)），剛開(kāi)始一直認(rèn)為是掃氣回流漩渦，致使掃氣箱側(cè)溫度較低所致。后來(lái)分析要是該原因，低溫腐蝕情況應(yīng)多發(fā)生在對(duì)側(cè)才是，對(duì)側(cè)是掃氣進(jìn)入缸套首先吹拂處，問(wèn)題應(yīng)該不是在此。后來(lái)發(fā)現(xiàn)機(jī)艙2號(hào)風(fēng)機(jī)兩大通風(fēng)口正對(duì)吹向主機(jī)增壓器側(cè)，致使缸套該側(cè)（增壓器側(cè)）溫度低于另一側(cè)。為了驗(yàn)證原因，關(guān)閉兩個(gè)通風(fēng)口，航行一段時(shí)間后檢查，缸套周?chē)g情況不再集中在增壓器側(cè)。

在缸套低溫腐蝕處理過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：

①注意燃油簽收單中含硫量和實(shí)際的差距較大，比如最近一次國(guó)內(nèi)燃油化驗(yàn)單（供油商提供）含硫量?jī)H1.0%（m/m）， 而實(shí)際送化驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的油樣確是2.8%（m/m）。

②不可簡(jiǎn)單根據(jù)主機(jī)服務(wù)商提供的氣缸油注油率公式進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定，因?yàn)橹鳈C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在低負(fù)荷工況時(shí)，相應(yīng)的參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變化，還應(yīng)考慮天氣原因影響空氣的含水量影響。

③船上供應(yīng)的便攜式氣缸油殘油化驗(yàn)設(shè)備有不準(zhǔn)確現(xiàn)象，致使化驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果相差較大，管理人員應(yīng)當(dāng)注意校驗(yàn)。我輪在同時(shí)取兩份氣缸油殘油，一份用船供便攜式設(shè)備化驗(yàn)鐵含量不超40 mg/kg，TBN含量40～50 mg KOH/g，而另一份送岸專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)鐵含量在200 mg/kg附近，TBN含量在20 mg KOH/g左右。數(shù)據(jù)相差較大。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，船舶主機(jī)普遍采取降速運(yùn)轉(zhuǎn)在低負(fù)荷區(qū)，甚至在低低負(fù)荷區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行，在低負(fù)荷、高硫燃油情況下，氣缸狀況和氣缸殘油的有效監(jiān)控，可以幫助船舶管理人員定量的判斷缸套情況和注油率是否滿(mǎn)足實(shí)際工況使用?？茖W(xué)檢測(cè)和監(jiān)控可以讓輪機(jī)管理人員對(duì)主機(jī)更精準(zhǔn)的保養(yǎng)與檢修，有效的掌控燃燒室部件的狀況，優(yōu)化氣缸油注油率，排除故障，達(dá)到延長(zhǎng)氣缸吊缸檢修周期節(jié)省備件成本，提高船舶的安全性。endprint