7RT—Flex68D主機(jī)缸套低溫腐蝕故障實例

趙玉銘+　岳劉斌

摘要：受船舶運力嚴(yán)重過剩和經(jīng)濟(jì)增長緩慢的影響，同時為了推進(jìn)綠色航運，各大航運公司都在實施節(jié)能節(jié)排，提高船舶營運效率，紛紛尋求各種辦法降低營運成本，提高競爭力。船舶采取經(jīng)濟(jì)航速運行已成一種新常態(tài)化。主機(jī)低速運行和優(yōu)化氣缸油注油率可以降低燃油和潤滑油成本。但諸如此類的降本增效措施，會對主機(jī)工況、船舶維護(hù)成本以及船舶安全性能方面帶來不利影響。我輪主機(jī)采用瓦錫蘭公司船用共軌（RT-flex）系列柴油機(jī)，型號為7RT-flex68D，持續(xù)功率21 910kW/95rpm，超長行程。主機(jī)運行在低低負(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)于國內(nèi)南北線，南沙-天津定線，執(zhí)行公司節(jié)能減排政策-主機(jī)降速運行20%負(fù)荷，56rpm。 2017年4月在南沙港期間，對主機(jī)掃氣箱例行定期檢查，發(fā)現(xiàn)主機(jī)每個缸缸套下方出現(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，說明氣缸油注油率過大。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，對主機(jī)掃氣箱殘油取樣，抵南沙港后送化驗室化驗。再次對主機(jī)掃氣箱檢查，發(fā)現(xiàn)每個缸都有黑色斑塊，嚴(yán)重情況不一，但有一共同特點，黑色斑塊多數(shù)出現(xiàn)在主機(jī)缸套右側(cè)（增壓器側(cè)）?；钊^側(cè)面和第一第二活塞環(huán)帶之間積碳增多，個別缸出現(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，只能一邊等化驗數(shù)據(jù)，一邊調(diào)高氣缸油注油率至1.15 g/kWh?；灲Y(jié)果送船顯示，殘油TBN數(shù)值在15～25 mgKOH/g之間（已報警），含鐵量各缸已超100 mg/kg，個別幾個缸在200mg/kg上下（報警值在200mg/kg）。

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

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時），從而形成低溫腐蝕。

當(dāng)氣缸油的總堿值過低時，則在各注油點之間的缸套表面上會出現(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，在被腐蝕處會出現(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，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，掃氣相對濕度降低，主機(jī)功率增加；但掃氣溫度低會影響缸壁溫度，一旦缸壁溫度低于露點，在缸壁氣缸油膜堿值不足時就會發(fā)生低溫腐蝕。主機(jī)服務(wù)通函中講到主機(jī)運轉(zhuǎn)在低低負(fù)荷時，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 ℃，用來防止低溫腐蝕發(fā)生。

2.2氣缸油的作用

清潔運動件：包括對活塞環(huán)，環(huán)槽，環(huán)槽之間的環(huán)帶，清除附著在這些運動件上的燃燒殘留物。由于現(xiàn)代主機(jī)燃燒室設(shè)計改進(jìn)，燃燒室的上移，燃燒殘留物很少附著在這些運動件上，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。同時阻礙燃?xì)馀c缸套的接觸，防止腐蝕。若注油率過大反而會使活塞頭及活塞環(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，殘油堿值過大不僅造成氣缸油浪費，還會在活塞頭及活塞頂部形成結(jié)垢（灰白色沉積物，多鈣鹽類物質(zhì)），造成磨損。殘油堿值過低，缸套容易發(fā)送低溫腐蝕，含鐵量會大幅上升，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的堿值儲備，含鐵量不高于200mg/kg。

3 故障處理分析過程

當(dāng)?shù)谝淮螜z查出有低溫腐蝕時，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)過商討計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，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，說明氣缸油潤滑功能上來講注油率已經(jīng)是過多，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℃對發(fā)生低溫腐蝕影響極其有限，實際測試后也證明如此。所以只能通過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，空冷器下方還未析出冷凝水。通過測試主機(jī)加車至79rpm時，才能在空冷器泄放觀察鏡中看到有凝水出現(xiàn)（當(dāng)時天氣有大霧），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，腐蝕情況才有所好轉(zhuǎn)，但活塞頭和第一第二活塞環(huán)間積碳越來越多，個別缸已經(jīng)出現(xiàn)第二第三活塞環(huán)間出現(xiàn)積碳。期間還對主機(jī)ALPHA電子注油器檢查，無異常發(fā)現(xiàn)，氮氣罐壓力檢測正常，注油器拉出做噴射試驗正常（尤其是主機(jī)右側(cè)注油器），航行中用劑量柜檢測實際的氣缸油消耗量和流量表計算數(shù)值對比，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。后將該問題寫成報告反饋給機(jī)務(wù)主管，公司安排氣缸油供應(yīng)商服務(wù)工程師上船，通過對主機(jī)掃氣箱的檢查和以往的化驗報告，也建議換用堿值BN100號的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)帶間積碳沒有減少跡象。說明缸壁上氣缸油過大，堿值充足。逐漸下調(diào)氣缸油注油率，檢查結(jié)果越來越令人滿意，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)帶處積碳增加說明潤滑過剩），但在該工況下還是無法完全中和缸套下部硫氧化物。

（2）季節(jié)問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，在上一港口檢查缸套時還未出現(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證該現(xiàn)象，故在該季節(jié)時，主機(jī)應(yīng)將氣缸油注油率調(diào)高一點，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。后來分析要是該原因，低溫腐蝕情況應(yīng)多發(fā)生在對側(cè)才是，對側(cè)是掃氣進(jìn)入缸套首先吹拂處，問題應(yīng)該不是在此。后來發(fā)現(xiàn)機(jī)艙2號風(fēng)機(jī)兩大通風(fēng)口正對吹向主機(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)。為了驗證原因，關(guān)閉兩個通風(fēng)口，航行一段時間后檢查，缸套周圍腐蝕情況不再集中在增壓器側(cè)。

在缸套低溫腐蝕處理過程中還發(fā)現(xiàn)一些問題：

①注意燃油簽收單中含硫量和實際的差距較大，比如最近一次國內(nèi)燃油化驗單（供油商提供）含硫量僅1.0%（m/m）， 而實際送化驗實驗室的油樣確是2.8%（m/m）。

②不可簡單根據(jù)主機(jī)服務(wù)商提供的氣缸油注油率公式進(jìn)行計算來確定，因為主機(jī)運轉(zhuǎn)在低負(fù)荷工況時，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設(shè)備有不準(zhǔn)確現(xiàn)象，致使化驗結(jié)果與實驗室化驗結(jié)果相差較大，管理人員應(yīng)當(dāng)注意校驗。我輪在同時取兩份氣缸油殘油，一份用船供便攜式設(shè)備化驗鐵含量不超40 mg/kg，TBN含量40～50 mg KOH/g，而另一份送岸專業(yè)實驗室化驗數(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

近年來，船舶主機(jī)普遍采取降速運轉(zhuǎn)在低負(fù)荷區(qū)，甚至在低低負(fù)荷區(qū)長期運行，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足實際工況使用?？茖W(xué)檢測和監(jiān)控可以讓輪機(jī)管理人員對主機(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)到延長氣缸吊缸檢修周期節(jié)省備件成本，提高船舶的安全性。endprint