某船主機排氣溫度過高起因及排除方法

楊明亮，俞文勝

(集美大學(xué)a.輪機工程學(xué)院；b.福建省船舶與海洋工程重點實驗室，福建 廈門 361021)

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某船主機排氣溫度過高起因及排除方法

楊明亮，俞文勝

(集美大學(xué)a.輪機工程學(xué)院；b.福建省船舶與海洋工程重點實驗室，福建 廈門 361021)

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

柴油機；排氣溫度；燃燒；增壓；掃氣

現(xiàn)代遠洋船舶普遍使用重油作為主柴油機的燃料，由于其品質(zhì)較差，對主機活塞及其運動部件的影響較大，使主機增壓和排氣系統(tǒng)更加容易臟污，易導(dǎo)致船齡較大的主機逐漸出現(xiàn)各部件失配，綜合性能下降，其中主機排溫升高是最普遍的問題之一[1]。主機排溫過高的成因比較復(fù)雜，如果處理不當，很可能使得主機運行狀態(tài)進一步惡化并最終給船舶造成重大損失。因此，對于輪機管理人員來說，準確判斷主機排溫高的成因并且采取恰當?shù)拇胧┚惋@得尤為重要。

1　主機排氣溫度過高的表現(xiàn)特征

某船是具有20多年船齡的老齡散貨船，主機選用MAN-B&W 6L60MCE機型，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，主機采用氣口-氣口式直流掃氣方式，是典型的低速超長行程二沖程柴油機。由于該船船齡較大，所以正常情況下都采取降速運行，轉(zhuǎn)速維持在為85 r/min左右。

在某個航區(qū)營運過程中主機在較長時間內(nèi)表現(xiàn)出各缸排氣溫度普遍過高，在加車或者大舵角轉(zhuǎn)向時增壓器時有發(fā)生喘振現(xiàn)象，只能降速維持在75 r/min 左右運行而不能達到營運轉(zhuǎn)速，而此時各缸的排煙溫度均已超過390 ℃。根據(jù)輪機日志記載，之前在相似環(huán)境區(qū)域正常營運的排煙溫度都在350～360 ℃。為了改善主機的運營工況，隨后在廣州廠修期間對廢氣鍋爐進行了疏通，對增壓器更換了滑油、空冷器水側(cè)進行了清洗；對工時較長的兩只氣缸進行了吊缸，其中更換了一只過度磨損的缸套。采取上述措施后，主機工況略有好轉(zhuǎn)。但是開航離開廣州幾天后，主機各缸排溫又逐漸升高，增壓器又開始喘振，主機不得不減速至75 r/min，重新回到之前的工作狀態(tài)。對主機當時工況參數(shù)記錄處理見表1。

2　故障分析

上述主機表現(xiàn)總結(jié)起來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際情況，其主機排煙溫度高可能有如下原因：①噴油定時不正確。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。噴油器在安裝過程中墊片厚度不合適,或者在原墊片上面直接加上新墊片,使噴油器安裝錯位。③噴油器霧化不良。燃油在氣缸內(nèi)未充分燃燒而進入排氣管內(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。缸頭墊片過厚,導(dǎo)致氣缸容積增大而壓縮壓力降低；氣環(huán)過度磨損，壓縮壓力降低。這兩點都會造成發(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。這同樣會使壓縮壓力降低，還會在燃燒過程中伴隨發(fā)生漏氣，使得未完全燃燒的燃氣進入排氣管。⑧排氣定時。不合適的排氣定時使還沒有完全燃燒的燃氣進入排氣管。⑨空冷器?？諝饫鋮s器水側(cè)管路臟污，換熱效率下降，使得空氣進機溫度升高；空氣冷卻器氣側(cè)堵塞使增壓空氣壓力低，過量空氣系數(shù)減小，燃油不能充分燃燒而產(chǎn)生后燃。

表1　故障處理前主機工況參數(shù)表

增壓器喘振主要是隨著柴油機運轉(zhuǎn)時間的增長，增壓系統(tǒng)中各部件就會污損或出現(xiàn)故障，柴油機本身某些部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能逐漸惡化，導(dǎo)致匹配不良，壓氣機的實際流量小于該轉(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)的氣體流動環(huán)節(jié)中流阻增大而使壓氣機流量減小，背壓升高，引起喘振。進口濾器、壓氣機葉輪、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增壓器和柴油機的運行失配，噴油設(shè)備出現(xiàn)故障造成的燃燒不良，或者過量空氣系數(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，而此時柴油機因指示功率或有效功率減小，轉(zhuǎn)速下降，柴油機和增壓器之間的正常匹配關(guān)系遭到破壞，導(dǎo)致壓氣機工作在高背壓、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

該輪主機排煙溫度偏高并伴有增壓器喘振現(xiàn)象[4]，造成該輪主機排煙溫度過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行有針對性的檢查[5]。

掃氣系統(tǒng)的增壓器及空冷器在船廠時剛剛進行過檢修，記錄顯示以往對掃氣系統(tǒng)進行清潔工作也都按時正常進行過。該主機在運轉(zhuǎn)過程中沒有出現(xiàn)氣門敲擊聲，檢查也沒有發(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明書正常進行，所以輪機員們推測排氣門沒有出現(xiàn)故障，還是將重點放在了排氣通道的進一步疏通工作上。因為之前在船廠期間清洗過空冷器水側(cè)，壓差計也顯示在正常范圍，所以有人認為沒有必要再檢查空冷器。但是為了逐一排查故障的原因，這次重點檢查了空冷器氣側(cè)，發(fā)現(xiàn)壓差計處于失靈狀態(tài)，造成之前很長一段時間內(nèi)因為壓差計的錯誤讀數(shù)而忽略了空冷器氣側(cè)的清洗疏通。修復(fù)了壓差計，然后對空冷器氣側(cè)進行了清通。維修記錄顯示，之前半年內(nèi)雖然多次對廢氣鍋爐煙面進行過機械清灰，但是由于靠泊條件不允許，所以并沒有進行水洗，因此選擇在合適的時機對廢氣鍋爐進行了水洗，清潔出大量的污垢，這使得排氣通道進一步暢通。

針對燃油系統(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各缸高壓油泵的噴油定時，發(fā)現(xiàn)各缸高壓油泵的噴油定時與規(guī)定范圍存在較大差異。輪機員按照說明書要求對噴油定時認真進行了調(diào)整和校準[6]，主機各缸高壓油泵噴油定時調(diào)整前后的對照見表2。

表2　高壓油泵調(diào)整前后對照表

由表2可見，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°，各缸噴油定時與說明書要求的范圍存在差距；同時，各缸高壓油泵柱塞的有效行程的差異也較為明顯，這恰恰說明各缸噴油量差別較大。經(jīng)過調(diào)整，各缸高壓油泵噴油定時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缸進行了常規(guī)吊缸檢查時除發(fā)現(xiàn)該缸氣口堵塞比較嚴重外，活塞環(huán)槽上還發(fā)現(xiàn)多處小裂紋。為了改善主機的運行工況，又對另一只工作僅約3 000 h的No.2和No.4進行了吊缸檢查，也發(fā)現(xiàn)該缸存在相似的問題。根據(jù)該情況，著重對氣口、缸套及活塞頭部進行了仔細的清潔，對過度磨損的活塞環(huán)進行換新，以確保主機的運行質(zhì)量。

逐項做完上述工作后，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，但是主機工況明顯好轉(zhuǎn)，增壓器運轉(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)整后主機的運行工況統(tǒng)計見表3。與表1中所列的工況參數(shù)相比，基本解決了主機排溫高、轉(zhuǎn)速上不去的問題，主機工況得到了明顯改善。與同樣轉(zhuǎn)速對應(yīng)的油門開度減小，各缸排煙溫度明顯下降，爆壓和掃氣壓力均有上升。由此說明這次有重點的檢修工作成功解決了前面的問題。

表3　故障處理后主機運行工況參數(shù)表

4　結(jié)論

主機高壓油泵噴油定時及噴油量參差不齊，主機空冷器氣側(cè)臟堵，進氣不暢使得換氣質(zhì)量低下，燃燒惡化，各缸負荷不均，是導(dǎo)致主機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)的嚴重臟堵，廢氣鍋爐煙道阻塞進一步加重了故障。柴油機和增壓器運行失配是導(dǎo)致增壓器喘振的主要原因。大型船舶柴油機單缸功率不斷提高是發(fā)展趨勢，增壓器增壓壓力也會越來越高，這對增壓器的維護管理提出了更高的要求，對增壓器、空冷器等的管理同燃油系統(tǒng)的管理一樣重要。對于該船這樣的老齡船，應(yīng)該結(jié)合該型主機的特點，進行有針對性的維護保養(yǎng)工作。除了一般的維修保養(yǎng)以外，以下幾點預(yù)防措施也同樣值得注意。

1)保持合適的負荷。柴油機長期低負荷運行會導(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)速降低又會降低掃起壓力。由于該船在正常營運中只使用重油不用輕油，所以應(yīng)盡量避免使用低轉(zhuǎn)速，并且要加強燃油系統(tǒng)的管理，使燃油始終保持合適的粘度。對于可以換用輕油的船舶，在必須低轉(zhuǎn)速運行時應(yīng)及時換用輕油，負荷不應(yīng)過低，以免燃燒不良，氣道臟污。

2)加強對透平及空冷器的日常保養(yǎng)工作。由于散貨船長期出入散貨碼頭的特殊工作環(huán)境，裝卸貨期間產(chǎn)生的大量粉塵隨機艙風(fēng)機吸入機艙，同時由于老舊船舶機艙內(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)逐漸在整個進氣通道內(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)為主機排溫大幅度升高。應(yīng)該堅持定期對增壓器進行清潔，在條件允許的情況下，對渦輪端用清水水洗，空冷器一定要按時用化學(xué)清潔劑清洗，經(jīng)常檢查空冷器壓差計是否正常，以保證增壓器和空冷器正常的工作狀態(tài)。

3)按時對掃氣系統(tǒng)進行徹底的清潔，在特殊情況下適當縮短掃氣箱的清潔周期。清潔氣口時要仔細，同時檢查口琴閥是否正常。

4)定期對主機燃燒系統(tǒng)(油頭、高壓油泵)實施維護保養(yǎng)，使之處于良好的工作狀態(tài)。加強對主機的工況測量，各缸負荷要盡量保持一致。

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

從這次主機排溫過高故障的發(fā)生和解決過程可以看出，之所以會耗費大量的的工作來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，也有船上輪機管理人員管理不善的責任，總結(jié)由此案例獲得的經(jīng)驗有利于提高今后輪機管理水平，對輪機管理實踐具有重要意義。

[1] 孫培廷.船舶柴油機[M].大連海事大學(xué)出版社，2002.

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

[3] 魏海軍,張存有,田文國.船舶動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.船舶二沖程柴油機排氣溫度過高原因分析[J].航海技術(shù)，2009(3)：61-65.

[5] 楊樹森.特殊原因引起的主機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:輪機工程技術(shù)

E-mail:yangml528@163.com