某船Sulzer RND型柴油機(jī)掃氣箱著火原因分析

文/ 山東交通學(xué)院海運(yùn)學(xué)院 馬 強(qiáng)

青島遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司船員公司 于增科

威海市交通學(xué)校航海學(xué)院 李樹(shù)峰

某船的Sulzer 6RND76型柴油機(jī)為瑞士Sulzer公司設(shè)計(jì)的船用大型低速二沖程、直列6缸、彎流掃氣、十字頭增壓柴油機(jī)。該機(jī)型主要的相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：主機(jī)額定功率9000 kW，額定轉(zhuǎn)速122 r/min，設(shè)計(jì)航速14.2 kn，汽缸注油率1.22 g/（kW·h）。該機(jī)型運(yùn)行可靠、管理方便，曾被廣泛裝備在現(xiàn)代大型船舶上。

Sulzer 6RND76機(jī)型采用串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)渦輪增壓器為第一級(jí)增壓，柴油機(jī)下部空間（活塞底泵）起輔助氣泵作用，為串聯(lián)第二級(jí)增壓，掃氣箱隔為內(nèi)外兩部分，掃氣箱與內(nèi)側(cè)各缸掃氣室之間均設(shè)有單向閥（口琴閥），低負(fù)荷工況設(shè)有電動(dòng)輔助鼓風(fēng)機(jī)。該機(jī)型掃氣采用彎流掃氣方式，換氣質(zhì)量較差。

一、故障發(fā)生及應(yīng)對(duì)

該船從秦皇島港裝載27 500 t煤炭前往廣西北海港卸貨，主機(jī)海上定速后，此時(shí)油門(mén)格數(shù)為56格，轉(zhuǎn)速為95.2 r/min。二管輪當(dāng)班巡回檢查中發(fā)現(xiàn)主機(jī)No.4缸排煙溫度突然升高，再檢查其他各缸排煙溫度，發(fā)現(xiàn)亦明顯高于平時(shí)，同時(shí)聽(tīng)到主機(jī)透平輕微喘振。

當(dāng)班二管輪隨即采取降速措施，但還是發(fā)現(xiàn)主機(jī)No.4缸缸底放泄考克處有大量濃煙冒出，通過(guò)掃氣箱觀察鏡對(duì)各缸缸底檢查發(fā)現(xiàn)No.4缸缸底著火，此時(shí)主機(jī)掃氣箱火警警報(bào)響起，自動(dòng)連鎖裝置將主機(jī)轉(zhuǎn)速降至微速。4 h后，No.4缸缸底火勢(shì)逐漸熄滅。隨后當(dāng)班輪機(jī)員又將油門(mén)推至56格定速繼續(xù)航行。2 d后，主機(jī)No.3缸底又發(fā)生同樣的情況。此次缸底著火熄滅后，主機(jī)油門(mén)再加到56格，主機(jī)各缸排煙溫度立刻都超過(guò)400℃，同時(shí)主機(jī)透平頸部因廢氣溫度太高而被燒紅。此時(shí)主機(jī)各缸排煙溫度見(jiàn)表1。

表1 No.3缸故障后油門(mén)格數(shù)為56時(shí)主機(jī)各缸排煙溫度 ℃

為了航行安全，輪機(jī)長(zhǎng)建議海上錨泊對(duì)主機(jī)進(jìn)行緊急搶修。經(jīng)初步分析研究決定先檢查透平噴嘴環(huán)，打開(kāi)主機(jī)排煙管后，發(fā)現(xiàn)噴嘴環(huán)進(jìn)氣隔柵全部被一層堅(jiān)硬的汽缸燃燒產(chǎn)物糊死。把隔柵上的堵塞物清除后又將主機(jī)6個(gè)缸的油頭全部換新，清除干凈部分缸缸底積聚的油泥，然后主機(jī)重新試車，油門(mén)也只能加到46格，主機(jī)運(yùn)行工況已經(jīng)大不如以前，即使換用主機(jī)輕油情況也無(wú)好轉(zhuǎn)，發(fā)展到最后，幾乎每20多小時(shí)就要對(duì)主機(jī)透平廢氣進(jìn)口隔柵堵塞物進(jìn)行清理，就這樣堅(jiān)持到靠卸貨港。

二、故障原因分析和查找

1. 汽缸注油率過(guò)大引起缸底大量積油

過(guò)多的汽缸油被刮油環(huán)刮下積聚在缸底。從現(xiàn)場(chǎng)No.3缸缸底觀察鏡上觀察，發(fā)現(xiàn)燃燒不良的高溫燃?xì)饨?jīng)活塞和汽缸間的間隙噴下來(lái)，引燃了長(zhǎng)期積聚在缸底的污油泥，造成掃氣箱著火。經(jīng)分析缸底的污油泥大部分來(lái)自過(guò)剩的汽缸油。對(duì)于Sulzer RND機(jī)型，制造廠推薦的汽缸注油率為1.22 g/（kW·h），實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)值常采用1.00~1.36 g/（kW·h）。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該船汽缸注油率高達(dá)2.0 g/（kW·h）。過(guò)量的汽缸油被刮油環(huán)刮至缸底，由于其黏性很大并附著在缸底和死角處，所以不易從缸底放泄考克處排走，如果不定時(shí)將其人工清除就會(huì)長(zhǎng)期積聚在缸底，極易導(dǎo)致日后掃氣箱著火。另外，在主機(jī)燃燒不良的情況下，汽缸注油率過(guò)大易引起活塞環(huán)結(jié)炭黏著，使活塞環(huán)失去應(yīng)有的密封性。同時(shí)積炭形成磨料又加劇了缸套磨損，間接影響了主機(jī)的燃燒狀況。

2. 燃燒不良是Sulzer RND型柴油機(jī)掃氣箱著火的主要原因

經(jīng)測(cè)量，主機(jī)No.3、No.4缸的排煙溫度明顯高于故障發(fā)生前，主機(jī)轉(zhuǎn)速升高，造成這種情況的原因是主機(jī)燃燒不良，后燃加劇。引起燃燒不良的原因有以下6個(gè)：

（1）噴油器霧化不良。

（2）燃油進(jìn)機(jī)溫度不符合要求。

（3）噴油泵定時(shí)調(diào)節(jié)不當(dāng)。

（4）柴油機(jī)負(fù)荷劇烈變化，暫時(shí)進(jìn)氣不足，燃燒惡化。

（5）掃氣系統(tǒng)污染造成汽缸進(jìn)氣不足。

（6）汽缸注油率過(guò)高。

對(duì)這6個(gè)方面做如下分析和驗(yàn)證：

（1）故障發(fā)生后，更換主機(jī)全部油頭，故障依然存在。

（2）故障發(fā)生時(shí)，燃油進(jìn)機(jī)溫度為115 ℃，換用輕油后主機(jī)工況不見(jiàn)好轉(zhuǎn)。

（3）噴油定時(shí)無(wú)人為改變及其他原因可能引起的定時(shí)改變。

（4）柴油機(jī)在海上定速航行，海況良好。

（5）掃氣系統(tǒng)故障（事后檢查證實(shí)空冷器臟污堵塞）。

（6）汽缸注油率過(guò)高（事后證實(shí)）。

通過(guò)以上分析，判斷事故原因可能出在空氣增壓系統(tǒng)上。

3. 透平喘振

Sulzer RND型柴油機(jī)增壓系統(tǒng)的氣體流動(dòng)路線是：進(jìn)口濾網(wǎng)→壓氣機(jī)→空冷器→掃氣箱→各汽缸進(jìn)氣口→各汽缸排氣口→排氣管→廢氣渦輪→廢氣鍋爐→煙囪。根據(jù)氣體流動(dòng)的路線對(duì)各部分流道依次進(jìn)行檢查并做以下故障分析：故障發(fā)生時(shí)柴油機(jī)運(yùn)行在正常轉(zhuǎn)速下，透平有輕微喘振，引起透平喘振的原因除增壓系統(tǒng)臟污外，可能還有以下幾個(gè)：（1）掃氣箱著火；（2）噴油系統(tǒng)故障使后燃加劇。掃氣箱著火與后燃都能使主機(jī)排煙溫度過(guò)高，導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)速變快，壓氣機(jī)流量大，背壓變高，從而導(dǎo)致透平喘振。因?yàn)楣收锨翱绽淦饕呀?jīng)臟污，透平?jīng)]有喘振，所以可以判斷該事故透平喘振是由掃氣箱著火及噴油系統(tǒng)后燃加劇造成的。

4. 空冷器冷卻能力變差

空冷器冷卻能力變差，使得進(jìn)機(jī)空氣密度下降，充入汽缸的空氣量減少，在同樣的噴油量下就會(huì)導(dǎo)致主機(jī)燃燒不良，嚴(yán)重影響柴油機(jī)的性能。

表2為故障前后空冷器冷卻能力比較，從中可以看出：主機(jī)故障前的增壓空氣溫度下降94 ℃，海水溫度上升16 ℃；故障后的增壓空氣溫度下降74 ℃，海水溫度上升8 ℃。不考慮海水流量對(duì)空冷器造成的冷卻影響，可以看出空冷器的冷卻效果較2年前嚴(yán)重變差。

表2 故障前后空冷器冷卻能力比較 ℃

該船2年前所用的油門(mén)格數(shù)為61格，現(xiàn)改為56格。分析原因如下：因空冷器的冷卻效果變差，掃氣溫度上升，使得主機(jī)排煙溫度上升，在采取其他措施無(wú)效的情況下，只好采取降速措施來(lái)降低主機(jī)排煙溫度；主機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，排煙溫度降低，透平轉(zhuǎn)速亦降低，增壓空氣壓力隨之降低，充氣系數(shù)降低。另外，透平廢氣進(jìn)口隔柵堵塞，排氣背壓增大使殘余在汽缸內(nèi)的廢氣增多，主機(jī)油門(mén)格數(shù)改變后，主機(jī)汽缸注油率未做適當(dāng)調(diào)整。以上原因?qū)е氯紵龕夯纬闪嗽鰤合到y(tǒng)的惡性循環(huán)。

5. 汽缸缸套圓度、圓柱度超標(biāo)

測(cè)量主機(jī)No.3、No.4缸缸徑可知：No.3缸最大圓柱度為2.07 mm，最大圓度為0.84 mm，No.4缸最大圓柱度為2.58 mm，最大圓度為1.41 mm。汽缸缸套圓度、圓柱度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)0.05 mm的最大值，對(duì)于彎流掃氣柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，汽缸缸套圓度、圓柱度超標(biāo)加大了汽缸與活塞之間的間隙。由于主機(jī)燃燒不良，燃燒形成的火星沿著這個(gè)間隙噴下，引燃了積聚在缸底的污油泥，導(dǎo)致掃氣箱著火。

6. 綜合分析

通過(guò)以上分析，總結(jié)認(rèn)定導(dǎo)致掃氣箱著火的原因如下：

（1）該船是一條有29年船齡的老舊船，空冷器已經(jīng)多年沒(méi)有良好清洗，導(dǎo)致其臟污較重，嚴(yán)重影響其冷卻效果。

（2）機(jī)艙內(nèi)空氣中油氣濃度太大，以及主機(jī)排煙管煙氣漏泄造成空氣污濁，日積月累使空冷器空氣面臟污加劇，使掃氣空氣密度降低。

（3）隨著空冷器臟污程度的不斷加重，主機(jī)透平背壓增大，掃氣壓力減小，殘留在汽缸內(nèi)的廢氣增多，進(jìn)而換氣質(zhì)量變差，在原先的油門(mén)格數(shù)下，主機(jī)嚴(yán)重燃燒不良。為了減輕主機(jī)燃燒不良的狀況，以前的輪機(jī)管理人員就人為減小了油門(mén)格數(shù)，來(lái)降低排煙溫度，這使得主機(jī)透平轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，掃氣壓力進(jìn)一步降低。主機(jī)空冷器因?yàn)閴簹鈾C(jī)排壓降低、空氣流動(dòng)速度減慢而更易變臟，出現(xiàn)惡性循環(huán)。

（4）汽缸注油率過(guò)大使缸底污油泥增多，油氣濃度增加，埋下了事故的隱患。

（5）缸套圓柱度、圓度超標(biāo)。

三、故障排除措施

根據(jù)掃氣箱著火原因的分析，具體采取了如下措施：

（1）主機(jī)透平濾網(wǎng)換備用。

（2）在低負(fù)荷時(shí)熱水清洗壓氣機(jī)。

（3）清除透平廢氣進(jìn)口隔柵堵塞物。

（4）清除掃氣箱內(nèi)污油泥，清潔箱壁，損壞或失效的單向閥換備用，清除掃氣口積炭污油泥。

（5）調(diào)整汽缸注油率。

（6）清洗劑浸泡空冷器空氣側(cè)用專用空冷器，加熱蒸汽，用循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)清洗；清通海水冷卻側(cè)，提高冷卻效率。

（7）主機(jī)油頭換備用。

（8）對(duì)廢氣鍋爐（該船為煙管鍋爐）煙管進(jìn)行清潔。

（9）更換No.3、No.4缸吊缸部分活塞環(huán)。

實(shí)施上述措施之后，柴油機(jī)恢復(fù)了正常運(yùn)行狀態(tài)。

四、結(jié)束語(yǔ)

Sulzer 6RND76機(jī)型采用串聯(lián)旁通增壓系統(tǒng)及彎流掃氣的掃氣方式，所以極易引起掃氣箱著火。這類機(jī)型柴油機(jī)在日常維護(hù)管理時(shí)尤其要注意以下 幾點(diǎn)：

（1）每班把掃氣箱的排放閥逐個(gè)打開(kāi)一會(huì)兒，以放泄殘油。

（2）定期檢查清潔掃氣箱，避免掃氣空間內(nèi)積聚油污過(guò)多；定期用蒸汽吹通放泄殘油總管，保持暢通。

（3）調(diào)整適當(dāng)?shù)钠子妥⒂土俊?/p>

（4）控制好正常的掃氣溫度，不使其升高。

（5）避免長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，避免燃燒不良。

（6）避免超負(fù)荷運(yùn)行，避免磨損加劇和燃?xì)庑孤?/p>

（7）在大風(fēng)浪時(shí)降低柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免負(fù)荷突變的范圍過(guò)大。

（8）正確調(diào)整噴油器的噴油定時(shí)。

（9）定期檢查活塞環(huán)的狀態(tài)，對(duì)磨損、斷裂和黏著的活塞環(huán)及時(shí)更換。

（10）定期檢查汽缸套的磨損、圓度和圓柱度情況，超過(guò)磨損極限時(shí)應(yīng)及時(shí)更換和修理。

[1]杜榮銘.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1999.