淺析船用柴油機使用重質(zhì)油時應(yīng)注意事項

袁輝

（寧波航達海事技術(shù)咨詢有限公司，浙江 寧波 315010）

1 引言

船用燃料油主要分為兩類，分別是餾分型燃料油和殘渣型燃料油。餾分型燃料油（輕柴油），主要在高速柴油機（1000r/min 以上）及中速柴油機（300r/min 一1000r/min）中使用；殘渣型燃料油（重油），主要用于低速柴油機（300r/min 以下）；或者餾分型燃料油和殘渣型燃料油混合后用于低速柴油機。

眾所周知，燃燒輕柴油對機器設(shè)備維護與保養(yǎng)固然有多方面的好處，但對船東而言不斷上漲的油價會不斷擠壓他們的利潤空間。2014年以來的國際市場原油價格走勢如圖1所示。2016年年初，國際市場原油平均價格探底后開始上漲，從均價30 美元，到2022年5月4日，每桶原油的價格甚至突破了105 美元。油價的上漲使得燃料油成本躍升為航運業(yè)最大成本，達到總運行成本的50%—60%。國際上重油的價格比輕油要低很多，以新加坡燃油價格為例，2022年5月11日，IF0380 號重油價格為689.00 美元/噸，VLSFO 號重油為862.00美元/噸，而船用柴油MGO 價格為1232.50 美元/噸，船用柴油每噸價格比IF0380 號重油高了約79%，因此燃燒重油是航運企業(yè)節(jié)省開支、增加收益的一個必然選擇。

圖1 歷年國際原油價格趨勢

隨著煉油工業(yè)不斷采用新工藝、新技術(shù)，使得煉油加工深度不斷提高，為提升輕質(zhì)油的提取率，更多的餾分油從石油中提煉出來，使渣油的質(zhì)量越來越差；原油中的機械雜質(zhì)和泥沙以及鈉、釩、鐵、鋁、硅等金屬元素，包括在提煉過程中使用的催化劑粒子等都留存在渣油中，同時在精煉過程中，由于渣油分子結(jié)構(gòu)的改變，增加了固體大分子和瀝青質(zhì)的含量。

渣油中剩余的機械雜質(zhì)、泥沙和催化劑粒子等會堵塞油路與過濾器，并且會造成高壓油泵和油頭中針閥偶件的異常磨損，導(dǎo)致主機故障的發(fā)生。渣油中殘留著大量灰分，灰分中的一些成分（主要是釩、鈉化合物）在高溫燃燒時，成熔融狀態(tài)且易粘附其他不溶物，在金屬表面形成高溫腐蝕；灰分中的某些金屬微粒成分會增加氣缸套與活塞環(huán)及排氣閥的磨損。同時渣油中含有的瀝青質(zhì)越來越多，由于瀝青質(zhì)很難燃燒，會加重燃燒室、排氣閥及增壓器等部位的積炭，引起氣缸套、排氣閥的異常磨損；積碳經(jīng)排煙管進入附著在增壓器掃氣端葉片，進而造成增壓器喘振；而燃燒室內(nèi)部積炭增多會使缸套冷卻水冷卻效果明顯降低，致使燃燒室溫度升高，這可引起燃燒室部件承載熱應(yīng)力而加速失效。

上述燃料油的特點，無疑都增加了設(shè)備可靠性與穩(wěn)定性的要求，給系統(tǒng)維護帶來新的挑戰(zhàn)。因此有必要對船舶柴油機重油使用常見問題進行梳理，更好指導(dǎo)船員維護船舶柴油機，確保其正常運轉(zhuǎn)。

2 案例分析

筆者結(jié)合自己實際工作經(jīng)歷，分析三個具有代表性的案例其中包括：主機噴油器結(jié)碳臟堵、主機缸套損壞和主機空氣冷卻器堵塞事故，現(xiàn)將上述損壞事故的具體內(nèi)容一一陳述，并簡單分析事故成因如下：

2.1 事故一（主機噴油器結(jié)碳臟堵）

某輪主機為NIIGATA 6L28HX 型，一次在航行過程中發(fā)現(xiàn)第3 缸排氣溫度逐漸降低，并伴隨煙囪冒黑煙現(xiàn)象，船員初步判斷是該缸噴油器因針閥偶件磨損而霧化不良造成。船舶抵港后進行檢修，拆檢過程中，發(fā)現(xiàn)該噴油器已經(jīng)咬死在缸頭上，只好一邊在它四周加注柴油軟化積碳，一邊用銅棒敲打，并用起吊葫蘆幫助，才將其拉出。在對其進行現(xiàn)場檢驗時，發(fā)現(xiàn)其噴油器周身已生銹，回油孔道有嚴重積碳，于是拆解清洗。

若高硬度的觸媒粒大量的進入燃油閥時，精細的噴霧孔道會很快被磨損并增大，使噴霧粗?；饾u延長燃燒時間，同時在噴孔周圍會很快形成結(jié)碳，更加速霧化及燃燒的惡化傾向，使缸內(nèi)高溫帶更往下移而破壞了氣缸內(nèi)的潤滑油膜，造成缸套內(nèi)壁的異常磨損或龜裂等事故。根據(jù)本人在從事船舶檢驗工作中所遇見的相關(guān)機損事例，我們發(fā)現(xiàn)氣缸異常磨損現(xiàn)象，嚴重的在8000 運轉(zhuǎn)小時竟達3.5mm，倘若照此磨損的速度，缸套每2年須更換一次，究其根源，認為燃油閥在以重質(zhì)油航行中的某一小段時間里，失去正常的霧化功能，導(dǎo)致上述之延伸高溫帶，破壞氣缸潤滑油膜的正常維持，為其主要原因。

根據(jù)上述檢驗發(fā)現(xiàn)，造成其噴油器損壞的原因主要是因為該輪在燃燒摻雜50-70%渣油的重質(zhì)油時，渣油由于混合不均或過濾及拆洗清潔工作上的疏忽，導(dǎo)致噴油器過早磨損產(chǎn)生泄漏；又因噴油器處于燃燒室頂部，處于高溫高壓環(huán)境，霧化不良而造成結(jié)碳引起臟堵。

2.2 事故二（主機缸套內(nèi)壁出現(xiàn)縱向溝槽）

某輪主機為M.A.N.K9Z60/105E 型，在其營運過程中，由于船存的氣缸油已所剩無幾，途經(jīng)新加坡港時經(jīng)代理推薦購買了CASTROL 牌桶裝氣缸油2000L（10 桶）。船舶到國內(nèi)錨地錨泊后，主機吊缸檢修，發(fā)現(xiàn)缸壁位于8 個注油孔以下位置處有8 條淺槽，吊出活塞時，發(fā)現(xiàn)在其余注油孔相對應(yīng)的位置上，均有一塊像豆瓣大小呈白色的硬塊附著，較難清除，后來用扁鏟才將其鑿除。

主機使用重質(zhì)油后產(chǎn)生的各種事故中，對船舶的經(jīng)營會帶來最嚴重損失的就是氣缸襯套的異常磨損事故，而氣缸潤滑油的調(diào)整適當與否即為關(guān)鍵所在，一般主機制造廠家都規(guī)定有其適當?shù)臍飧子凸┙o量的標準數(shù)值，如SULZER 的0.85g/psh,B&W 的0.65g/psh，以便作為操作準備，而此數(shù)值是假設(shè)主機運轉(zhuǎn)的一切條件都正常，即燃用直餾法重油，噴油泵及燃油閥皆正常，燃油在氣缸內(nèi)能完全燃燒時所制定的數(shù)值。

但是在使用渣油時，倘若仍照上述數(shù)值去調(diào)整氣缸注油量，則必使主機遭致嚴重的損傷，這是因為主機使用重質(zhì)油時，氣缸內(nèi)的高溫帶隨著向下延伸，極易烤干缸壁上的滑油膜，再加上燃油閥很快地失效（正常情況為1000 小時，如改用重質(zhì)燃油時，可能200-300 小時就會開始滴油或結(jié)碳），使高溫帶更往下延伸，加速烘烤缸壁油膜的形成，最后使缸套發(fā)生異常磨損或皸裂，故使用重質(zhì)油時，除了勤快地檢查/更換燃油閥外，最重要的是額外的增加氣缸油的注油量，以彌補可能被烘烤掉的部分潤滑油量，然而每次加入的重油品質(zhì)不同，且主機各缸的噴油泵及燃油閥的動作性能各異，缸套與活塞之磨損程度及間隙，活塞環(huán)的狀況都不同，故必須針對各缸當時運轉(zhuǎn)之狀況，做最恰當?shù)恼{(diào)整。至于何為最恰當，這一點至今未有一個具體的數(shù)字可供參考，故只有靠輪機員自己在平時的工作中摸索而定。一般機損事故的發(fā)生都是漸進的，在事故發(fā)生以前都會有征兆可以察覺，如有關(guān)的溫度、壓力、聲音、顏色、振動等逐漸變化，輪機員平時就要以自己的經(jīng)驗和腦筋，牢牢地記住正常運轉(zhuǎn)時的數(shù)值和感覺，經(jīng)常巡視機器的各部位，在異常的征兆出現(xiàn)的初期，即能敏捷地發(fā)現(xiàn)而迅速予以糾正并阻止狀態(tài)的惡化，防止事故的發(fā)生。

在現(xiàn)場檢驗時，根據(jù)上述檢驗發(fā)現(xiàn)，我們認為，由于國內(nèi)供應(yīng)的燃油，含硫份達2-3%以上，因此在新加坡購買了高堿性的氣缸油予以匹配，因該主機氣缸油孔位置是在缸套上部近凸緣處，接近燃燒空間，并且該輪缸套冷卻水從未處理過，在缸套高溫區(qū)域凝結(jié)大量水垢，使冷卻效果嚴重下降，且由于該輪主機使用重質(zhì)油，氣缸內(nèi)的高溫帶隨著向下延伸，汽缸油供用量不足，烤干缸壁上的滑油膜；再加上由于上述狀況導(dǎo)致缸壁溫升提高，高堿性的氣缸油中含有大量金屬鹽添加劑的化合物凝析后附著在注油孔周圍進而使孔道逐漸變小，使注油壓力增加，將析出物噴射到活塞頭部，長久便形成硬塊，伴隨活塞上下往復(fù)運動時在缸壁上拉出溝痕。

2.3 事故三（主機空氣冷卻器堵塞）

某輪主機為6RND76/155，在使用5-6年時間后，開始出現(xiàn)主機轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象，在與之前同一油門量時主機轉(zhuǎn)速要慢約5 轉(zhuǎn)/每分鐘。在現(xiàn)場檢驗過程中，開始以為是船舶污底或者尾軸纏繞漁網(wǎng)，待進廠對水線以下外板清潔后航行時主機轉(zhuǎn)速下降的情況仍未改善；后來，通過查閱該輪輪機日志上記載的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其空氣冷卻器的進出壓差值變小，且在船員調(diào)大冷卻水進水量后，仍不見改善；在上述情況下，船員對空氣冷卻器進行了拆檢，發(fā)現(xiàn)冷卻水管彎管處和上排近壁處的冷卻水管內(nèi)存在大量水垢，管板上也存在穴蝕痕跡，近1/2的冷卻水管存在堵塞情況；在進一步的調(diào)查過程中，了解到該輪船員在冬季時，習(xí)慣通過調(diào)小空氣冷卻器的海水進口閥，以冷卻海水流量的方式來調(diào)節(jié)冷卻溫度，從而提高掃氣溫度。

為了減輕由于排氣中硫酸凝結(jié)破壞氣缸壁上滑油膜而引起缸套內(nèi)壁的低溫腐蝕磨損以及為幫助改善重質(zhì)燃油的不完全燃燒傾向，目前主機生產(chǎn)廠家皆采取調(diào)高溫度的策略，如SULZER 公司即對其相關(guān)類型的船用柴油機建議，掃氣溫度最高65℃（正常55 ℃），冷卻水出氣缸溫度最高90 ℃（正常85 ℃）。

對于冷卻水出氣缸后再去冷卻主機透平的串聯(lián)冷卻管因受到透平冷卻水出口溫度的限制，無法提高冷卻水出氣缸溫度至上述溫度數(shù)值，但盡量調(diào)高至上述溫度數(shù)值，對保護主機及提高其效率，節(jié)省耗油量等是有幫助的。因此只要排氣溫度及透平冷卻水出口溫度在允許值的話（說明書規(guī)定的高限值），就必須盡量提高上述兩項溫度，尤其在降低負荷運轉(zhuǎn)主機時（減速航行時），更需要調(diào)高以改善氣缸內(nèi)的燃燒效果；根據(jù)本人在從事船舶檢驗工作的發(fā)現(xiàn)，目前，一般以50 ℃和70 ℃為掃氣進缸及冷卻水出缸溫度為調(diào)整目標，但此數(shù)值不是固定的，視主機實際負荷的高低而定，只要各缸排氣溫度和透平冷卻水出口溫度在極限內(nèi)，就調(diào)得愈高愈好。但該輪以關(guān)小空氣冷卻器前的管閥而減少冷卻海水量來調(diào)高掃氣溫度，這樣一來，因為通水量的減少，空氣冷卻器內(nèi)的上排冷卻水管腔會很快因高溫生成物的沉積而堵塞。

根據(jù)上述檢驗發(fā)現(xiàn)，結(jié)合相關(guān)的輪機知識，我們認為上述損壞情況的產(chǎn)生是由于該輪輪機員在冬季航行時將空冷器上的海水進口閥調(diào)?。ú划敳僮鳎┧?。在對冷卻水管進行了換新/清潔，并將冷卻器上的海水進口閥調(diào)整到正常位置且適當調(diào)節(jié)舷側(cè)海水出口三通閥的旁通循環(huán)后，情況恢復(fù)正常。

究其上述三個損壞事故的原因，無外乎與船用柴油機燃燒重質(zhì)油相關(guān)；但是，由于世界燃油危機的影響，燃油提煉技術(shù)的演變及航運成本必須縮減之趨勢，船用柴油機勢必使用重質(zhì)油；但由于重質(zhì)燃油本身所固有的特性，如高粘度、低燃燒效率等性質(zhì)，如在日常維護和保養(yǎng)過程中對船用柴油機的相關(guān)部件監(jiān)控不夠或疏忽的話，將對機器本身產(chǎn)生較大的影響。這就要求船員掌握對使用重質(zhì)油柴油機保養(yǎng)維修的正確方式方法。

3 船用柴油機使用重質(zhì)油注意事項

綜合上述分析，對船用柴油機使用重質(zhì)油時除了選擇恰當?shù)拇弥赜秃妥龊弥赜皖A(yù)處理工作（如過濾、加熱和分離等步驟）外，還應(yīng)注意的相關(guān)事項淺析如下：

（1）勤于檢查和保養(yǎng)燃油噴射系統(tǒng)（噴油泵和噴油器），保持其處于正常使用狀態(tài)。在燃用重質(zhì)油時，最重要的是必須十分細心，經(jīng)常保持燃油閥的正常功能，避免缸內(nèi)不完全燃燒的發(fā)生或進行。勤于檢測排氣溫度計的數(shù)值，認真讀取各缸的排氣溫度并注意其變化，觀察主機透平的轉(zhuǎn)數(shù)變化等，對于預(yù)先及提早發(fā)現(xiàn)燃油閥的失常是有幫助的。盡量適時抽出燃油閥，通過拆檢和泵壓檢查其結(jié)碳狀況及霧化性能是必需的。同時，經(jīng)常拉取主機各缸的施工圖，比較各缸最高爆壓的變化狀況也是有幫助的。

（2）根據(jù)缸套和活塞的實際使用情況，適當調(diào)節(jié)氣缸潤滑油單位時間供給量。由于主機各缸的噴油泵及燃油閥的動作性能各異，缸套與活塞之磨損程度及間隙，活塞環(huán)的狀況都不同，故必須針對各缸當時運轉(zhuǎn)之狀況，做最恰當?shù)恼{(diào)整。因此對于氣缸潤滑油調(diào)整適當與否，最可靠的方法則是輪機員在停車時檢查缸套內(nèi)壁的表面狀況，盡早發(fā)現(xiàn)不正常處所，并針對異常適當調(diào)高氣缸注油量，就可阻止情況的惡化。除以上所述之停車時的檢查外，在航行中亦需要從氣缸注油器的運轉(zhuǎn)去校對其實際進油量，和自柴油機旁側(cè)的小窗口觀察缸套內(nèi)壁下面和活塞裙外面的滑油濕潤度，以判定氣缸油調(diào)整是否適當。

（3）使用正確方法使柴油機掃氣溫度和氣缸冷卻水溫度處于合適范圍之內(nèi)。不能用關(guān)小空氣冷卻器前的管閥而減少冷卻海水量來調(diào)高掃氣溫度，可以利用舷側(cè)海水出口三通閥的旁通循環(huán)調(diào)整，把欲打出舷外的高溫海水的一部分再循環(huán)回空冷卻器，使冷卻海水能快速而完全地流過冷卻腔內(nèi)，以減少污垢和沉積物。

（4）增強對供船燃油品質(zhì)的監(jiān)管。通過設(shè)立第三方檢驗機構(gòu)，確保供船燃油質(zhì)量。可以通過第三方實驗室對供船燃油油樣進行檢驗，并將檢驗報告提供給船方，船方根據(jù)燃油的特性來調(diào)節(jié)柴油機到最佳工況，從而延長設(shè)備保養(yǎng)周期和使用壽命。

以上論述是本人結(jié)合自己在實際工作中的相關(guān)經(jīng)歷，對船用柴油機在使用重質(zhì)油時所需注意問題的一些體會及淺薄見識，由于本人學(xué)識有限，如有不當之處，請予指證。