某船發電柴油機高溫冷卻淡水低壓故障原因分析與解決

湯明

摘 要：本文介紹某船發電柴油機高溫冷卻淡水低壓故障的發生過程，根據故障表現形式和冷卻水系統的特性，結合冷卻水系統原理圖，分析了冷卻水低壓故障的原因。闡述了故障的排除方法和處理措施，并就故障產生的直接原因，提出了一些預防措施。

關鍵詞：高溫淡水冷卻系統 低壓 排查 處理 預防

1.故障概況

某船交流電站的三臺發電機組采用DAIHATSU 5DK-20e柴油機驅動，柴油機容量：660KW×900 RPM。氣缸冷卻采用閉式高溫淡水冷卻系統，其結構如圖1所示，該系統主要由柴油機自帶離心式冷卻水泵、高溫淡水冷卻器、膨脹水箱、管路、閥件等組成。冷卻水進機壓力：2.5-4.0kg/cm2，出機壓力：1.0-2.0 kg/cm2。出機水溫：70-75℃，高水溫報警值85℃，高水溫自動停車值：90℃。

故障發生前，二號機組正在單獨運行供電。主管輪機員值班期間，啟動三號機組，確認正常后，將電網負載切換至三號機組，一號和二號機組備用。大約10分鐘左右，機艙監控系統顯示“三號發電柴油機氣缸高溫冷卻淡水出口高溫”，繼而又迅速上升至90℃，觸發柴油機自動保護而停車，機艙供電中斷。輪機員重新啟動二號機組恢復供電。但是，二號機組供電約1分鐘左右，出現氣缸冷卻水進機壓力波動并下降至0.2-0.3kg/cm2。緊接著水溫上升至90℃，柴油機自動保護停車，機艙電力中斷。輪機員馬上啟動一號機組供電。然而，一號機組剛剛投入運行，也出現了冷卻水壓力降低、溫度升高，機艙供電力再次中斷。至此，可以斷定機艙三臺發電柴油機都因其氣缸高溫冷卻淡水低壓，引起冷卻水溫度升高，觸發柴油機自動保護停車，最終導致機艙供電中斷。

2.故障原因分析

根據管路系統及離心泵的工作特性，將高溫淡水冷卻系統水壓過低的可能原因列舉如下：

（1）膨脹水箱缺水

膨脹水箱水位過低，會導致離心泵吸入壓力降低，繼而造成排出壓力相應降低，即冷卻水進機壓力降低。

（2）管路破損

冷卻水管路在淡水、空氣中的鹽霧，高頻振動等因素影響下，會產生腐蝕而破損，導致空氣漏入冷卻水系統，離心泵水力性能下降，泵的工作壓力波動、降低。

（3）水循環管路堵塞

冷卻水系統結垢或進入異物等，會造成淡水冷卻器、循環管路發生堵塞，從而導致冷卻水循環受阻，無法進入柴油機氣缸冷卻水腔，引起冷卻水壓力下降，水溫升高。

（4）冷卻系統透氣管堵塞

冷卻水中溶解有少量空氣，隨著水溫升高，空氣的溶解度降低，部分空氣從冷卻水中析出，經透氣管、膨脹水箱排出，如果透氣管路不暢通，析出的空氣就會積存在冷卻水系統中，形成“氣栓”導致離心式冷卻水泵水壓降低。

（5）離心式冷卻水泵損壞

提高液體的機械能，是泵的基本功能之一。如果泵出現故障，冷卻水系統壓力必然降低。

（6）柴油機燃燒室漏氣

柴油機燃燒室部件在高溫高壓的燃氣的腐蝕和燒蝕以及熱應力的作用下，可能會產生裂紋、穿孔等缺陷導致燃氣竄入冷卻水系統，影響離心式冷卻水泵的水力性能，使系統水壓下降。

3.故障位置排查

（1）膨脹水箱水檢查

當發電柴油機高溫淡水冷卻系統水壓波動、降低時，首先應確認膨脹水箱是否缺水。經檢查，膨脹水箱水量充足，水位與以往無異，但有些渾濁。

（2）管路系統破損位置排查

發電柴油機高溫淡水冷卻系統，因接入高置膨脹水箱，整個系統在靜置時，壓力高于大氣壓，泵運行時亦是如此。只有在船舶劇烈搖擺時，才有可能導致泵的吸入管路偶爾出現壓力低于大氣壓的狀況。此時，可能會導致空氣吸入。因此，如果管路破損，會有冷卻水漏出。然而，管路檢查并未發現漏水跡象。說明管路無破損。

（3）循環管路堵塞位置排查

該高溫淡水冷卻系統為閉式循環系統，且冷卻水都經過化學投藥處理。因此，落入異物和結垢堵塞的可能性不大。基于冷卻水低壓故障同時發生在三臺機組中，即便堵塞，也應堵在共用管道。然而對公用管道的拆檢，證實管路系統不賭。

（4）氣管堵塞位置排查

該系統的透氣管連接在柴油機冷卻水氣缸出口總管與膨脹水箱之間，管徑較細，且冷卻水處理時在膨脹水箱投藥。如果過量投藥，將造成過剩的化學藥品於結在透氣管中，形成堵塞。然而對透氣管路拆檢后，根據其出水狀況，判斷透氣管路暢通。

（5）離心式冷卻水泵損壞故障排查

此次故障中，機艙三臺柴油發電機組，同時出現冷卻水低壓。如果是泵的原因，導致冷卻水系統壓力降低，必須是三臺水泵同時損壞。這種可能性幾乎沒有。故不考慮離心式冷卻水泵損壞。

（6）燃燒室漏氣位置排查

柴油機燃燒室產生裂紋、穿孔等缺陷時，柴油機運行中，燃氣壓力高于冷卻水壓力，燃氣會竄入冷卻水系統。但停車時，冷卻水處于正壓狀態，而燃氣壓力消失，此時冷卻水可能會漏入氣缸。然而，柴油機盤車、沖車檢查，并未發現氣缸有水跡。

綜合以上排查結果，輪機人員分析認為膨脹水箱缺水、管路破損、水循環管路堵塞、冷卻系統透氣管堵塞、離心式冷卻水泵損壞等故障都能確定排除。但燃燒室是否泄漏，不易在較短時間內被確定。同時，考慮到第一次冷卻水低壓是發上在剛剛投入運行的三號發電柴油機。故初步判斷，三號發電柴油機燃燒室漏氣。

4.故障處理與預防

（1）故障的處理過程

根據故障排除的初步結論，輪機長決定采取以下行動：

①三臺發電柴油機及鍋爐燃油系統，立即切換到輕柴油模式。endprint

②關閉三號發電柴油機冷卻水進機和出機截止閥。

③冷卻系統水溫下降到正常值后，啟動一號發電柴油機，開啟水泵出口處的放氣考克放氣，結果有氣體排出。隨著氣體排出，水壓逐漸上升，并恢復至正常范圍。

④一號發電柴油機冷卻水壓力上升后，在水溫升高至90℃之前，迅速恢復機艙供電，并立即啟動低溫淡水及海水冷卻系統。

⑤啟動二號發電柴油機。同時，緩慢打開離心式冷卻水泵出口處的放氣考克放氣，結果也有氣體排出。隨著氣體排出，二號機恢復正常。

⑥二號機組并入電網，機艙備車續航。

采取以上措施后，船舶恢復到了正常航行狀態。輪機人員進而對三號發電柴油機進行了下列檢查：

①數小時后，再次對三號發電柴油機盤車和沖車檢查，結果發現，四號缸示功考克有水冒出。

②將三號柴油機四號缸頭吊出，作水壓試驗（6kg/cm2），發現四號缸頭的噴油器座漏水。

③更換損壞的噴油器座。水壓試驗正常。

據此故障位置，明確定位。導致三臺發電柴油機因氣缸高溫冷卻淡水低壓，引起冷卻水溫度升高，觸發柴油機自動保護停車，最終導致機艙供電中斷的直接原因是，三號發電柴油機四號缸頭的噴油器座泄漏，柴油機工作時，燃氣竄入氣缸高溫淡水冷卻系統，引起冷卻水壓力下降，溫度升高，并波及到其他兩臺柴油機，致使發電柴油機組自動保護停車。

（2）故障的預防措施

輪機人員對拆下的噴油器座檢查后發現，噴油器座觸火面嚴重腐蝕，出現多個貫穿性細孔。就此提出以下防范措施：

①嚴格控制燃油和柴油機進氣空氣的的含水量，確保燃油噴入柴油機氣缸后，完全燃燒，以減少燃氣中酸性腐蝕物的產生。

②適當提高高溫冷卻淡水的進機溫度，避免燃燒室低溫腐蝕。

③柴油機停車后，應開啟示功考克，盤車、沖車，以免腐蝕性燃燒產物、來自空氣的冷凝水殘留在氣缸中，造成燃燒室部件腐蝕。

④介于上述故障發生時，船舶發柴油機運行時間才5000小時左右，建議柴油機制造商，優化、改進噴油器座等燃燒室部件的表面耐腐蝕性能。

5.總結

通過上述故障原因分析和排查，說明發電柴油機燃燒室部件的裂紋、穿孔等缺陷會造成燃氣竄入柴油機冷卻水系統，致使全船電力系統失效，危及船舶安全。輪機人員應加強發電柴油機燃燒室部件的管理和維護，以確保燃燒室部件的使用性能，確保發電柴油機組的工作可靠性。

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