對某輪主機故障的分析和思考

辛悅

摘要：通過一起因燃油質量問題導致主機故障的原因分析，引伸出對船舶主機管理和人員管理的思考。

關鍵詞：主機燃油噴射單元（ICU） 燃油噴射閥（ICV） 供油單元自清濾器 燃油管理 燃油系統管理 船員

0 引言

某輪主機型號WARTSILA 6RT-flex58T-B，功率：1 3080kW，轉速：105rpm，缸徑：580mm，沖程：2416mm滬東重機有限公司2010年4月16日出廠。

WARTSILA RT-flex型柴油機是WARTSILA公司推出的電控共軌柴油機，也稱為智能柴油機，即將電子設備及軟件應用于船用柴油機并成為其重要組成部分的新型柴油機。根據柴油機燃燒理論，主要應用了電控技術，通過控制燃油噴射定時、噴油量、噴射速率、壓力以及排氣閥定時，能夠有效地實現柴油機在各種工況下的性能最優化，從而達到滿足柴油機在最新排放要求下，提高其經濟性、可靠性、操縱靈活性和延長使用壽命。

1主機故障及處理經過

該輪2016年9月11日從廈門開航，執行廈門到澳洲裝礦回國內的航線。在正常航行中，2016年9月14日起主機#2、#3、#4缸排溫逐漸慢慢升高，至2016年9月16日主機#2、#3、#4缸排溫異常不受控升高，在控制電腦上調整各缸油量已經無法控制，主機因各缸排溫偏差大（超過50℃）報警并降速，降速后主機#2，、#3、#4缸排溫依然很高，超過400℃，并繼續有上升的趨勢，排氣冒濃重的黑煙。根據此情況，船舶停航檢修，對于此次故障現象，船員，岸基管理人員，以及WARTSILA工程師均未碰到類似情況，因此在故障排查過程中走了很多彎路，耽誤很多時間，最后經過多次檢查和測試，確認故障是燃油噴射單元（ICU）的噴射控制閥（ICV）異常腐蝕及磨損，關閉不嚴，燃油泄漏進入氣缸內無序燃燒所致，當時由于船上只有2套ICV備件，無法修復，只能維持航行到就近印尼港口等待備件，備件供船后船員更換主機6個缸的ICV后恢復正常航行。本次主機故障造成延誤船期約13天，船東損失嚴重。

2該輪主機結構原理

該輪主機系電噴柴油機，燃油噴射有別于傳統機型，其燃油噴射是由噴射控制單元（ICU）執行，噴射控制閥（ICV）是ICU的核心部件。其工作原理如下：

ICU總成分為伺服油（控制油）端和燃油端，通過共軌電磁閥來精確控制燃油噴射時間。控制系統WECS-9520給共軌電磁閥一個噴油信號，共軌閥動作，控制伺服油進入控制油閥塊，推動控制油閥塊內活塞動作，然后推動三角形傳動桿，繼續向前推動ICV閥芯，閥芯克服復位彈簧阻力動作，等候在ICV處的燃油共軌中的高壓高溫燃油（約50～90MPa）進入ICV并經過高壓油管和噴油器噴入氣缸，當控制系統給共軌閥一個停止噴射的信號，共軌閥動作，伺服油控制閥塊內的活塞復位，使得ICV的閥芯在復位彈簧的作用下復位，噴射結束。ICU上的燃油油量活塞周而復始的進行噴油量的計量工作并反饋給控制系統，調整下個循環的噴油量，以保證實時精準的噴油量。

3 原因分析

3.1 燃油質量方面的原因

后續將損壞的ICV閥芯送至WARTSILA公司進行檢測，WARTSILA公司經檢驗后反饋認為這是由于使用的燃油中含有的催化劑或化學物質造成了閥芯密封面腐蝕磨損，雖然該批燃油油樣化驗結果顯示各指標均未超標，但其中酸值較高，油樣中的酸值達2.1mgKOH/g，在實際使用中對主機ICV閥芯密封面產生了腐蝕，并最終導致故障發生。因此本次主機故障的主要原因是主機使用的燃油質量問題造成。

船舶在廈門開航后，換用國內北方港口加裝的IFO180cst燃料油，在使用4天后出現以上主機故障，經過拆檢ICU，發現ICV閥芯密封錐面腐蝕磨損，造成ICV無法切斷燃油，而等候在ICV處的高壓高溫燃油通過ICV泄漏進入噴油器，而噴油器的啟閥壓力只有37MPa，遠低于燃油共軌壓力（50～90MPa），這樣就造成燃油噴射失控并持續向缸內噴油，造成缸內不能正常有序燃燒，排溫異常升高，冒濃濃黑煙；汽缸油潤滑油膜破壞，缸套異常磨損；掃氣箱臟污，嚴重時掃氣箱著火等一系列嚴重后果。

結合該輪前幾次主機故障的原因排查，有一個重要的原因是燃油中鋁和硅的含量偏高，雖然最終的化驗結果未超標，但實際使用中均對ICV產生了嚴重的影響，鋁和硅起到了磨料的作用，加之后續的凈油機及供油單元自清濾器工況不正常，加劇了ICV偶件的磨損，因此主機故障也就順理成章了。

3.2 船舶管理方面的原因

通過對本次主機故障的排查，發現該輪主機存在比較嚴重的隱患，對主機及燃油系統進行了徹底檢查，發現存在一系列設備及管理方面的問題，該輪新船出廠5年多，但主機ICV已經多次更換，本次故障后主機6個缸的ICV全部更換，換下的ICV的使用時間還不到2 000小時，最短的使用時間僅700多小時（說明書中ICV正常檢修更換時間最少24 000小時），且在2016年該輪共發生了3起主機ICU故障漂航搶修的險情；吊檢主機#1，#5缸測量缸套磨損量，發現均已經嚴重超限（正常磨損極限為4mm，這兩個缸的最大磨損處達5～6mm，尤其在汽缸油注油孔位置處最嚴重，布油槽基本磨平），但這兩個缸套的使用時間分別僅約為25 000小時和6 500小時，使用壽命遠低于正常值，比較姐妹船的主機情況，基本確定該輪在管理上存在嚴重問題。

為了進一步排查故障，邀請Westfalia工程師上船檢查凈油機工況，經過工程師的仔細排查，認為該輪燃油凈油機工況較差，排渣存在嚴重問題，排渣工作水在排渣時無法保證凈油機排渣時水壓保證0.2MPa以上的要求（GEA Westfalia說明書要求），造成排渣不徹底或無法排渣，凈油機頻繁人工拆洗，且使用的備件系國產備件，質量較差。結果是凈油機工況很差，進而致使未達到凈化要求的燃油進入燃油日用柜并最終進入主機燃油系統。endprint

船員對主機供油單元進行進一步的檢查，發現自清濾器雖然能夠動作，但沒有處于正常工作狀態，自動沖洗后的殘渣根本沒有排出（拆除排渣管路，內部無沖洗的燃油排出），而船員為了能夠使用該濾器，人為旁通該濾器，該濾器形同虛設。

通過對凈油機及自清濾器的檢查可以看出該輪的設備管理存在嚴重問題，凈油機工況較差，燃油無法完全凈化，最重要的關鍵部件自清濾器又處于非正常工作狀態，無法保證進入主機的燃油有10 um的過濾精度，這樣未達到凈化要求的燃油進入主機燃油系統，燃油中的雜質或催化劑直接造成ICV閥芯異常磨損，同時雜質或催化劑進入缸內造成缸套磨料磨損。

而ICV的異常磨損直接造成ICU外漏和內漏，外漏嚴重時會造成主機起動時因燃油油壓無法達到設定值而起動失敗，該輪ICV外漏最嚴重時主空氣瓶2.5MPa的氣壓只能啟動一次，嚴重影響船舶進出港，狹水道等機動航行安全，外漏可以在日常通過檢查ICU檢漏孔發現，該輪之前的幾次故障均是ICV外漏所致；內漏比較麻煩，無法通過外部檢查發現，只有通過電腦上的主機各參數及噴油器噴射、排氣閥開關等曲線和參數來分析判斷，這需要豐富的經驗才能做到，但往往我們的輪機長輪機員的能力達不到而無法提早發現問題，等到發現問題往往已經產生比較嚴重的后果了，根據本次的主機的故障情況，出現ICV內漏時最重要和最明顯的表現為“三高”，即排溫高，壓縮壓力高，爆壓高。本次主機故障是ICV內漏造成。

雜質進入氣缸直接造成了缸套的異常磨損，使得缸套的使用壽命嚴重縮短，加之ICV異常磨損燃油內漏進入氣缸內無序不完全燃燒，也直接破壞汽缸油潤滑油膜，進一步加大了缸套的異常磨損，最終導致缸套磨損超限而報廢。

3.3 燃油管理方面的原因

本次主機故障主要原因是使用的燃油質量差造成，由于目前國內燃油市場的質量參差不齊，船東往往為了節約費用選用質量更差的燃油，沒有保障的燃油質量給主機故障埋下了禍根；在燃油加裝，儲存，凈化及使用等各個環節，船舶未能嚴格按照公司的體系文件要求執行，體系文件中對于燃油從加裝到試用各個環節都有著非常嚴格細致的操作要求，船員未能認真落實到位，尤其在加裝時對油品的檢查，以及在使用過程中對主輔機工況的監控方面存在嚴重缺失，輪機長及輪機員未能對運行中的主輔機參數細小的變化及趨勢引起高度重視，未能及時采取有效措施，阻止事態的繼續擴大，最終導致故障發生。

4管理措施

通過本次故障的排查及后續對整個燃油系統的排查，暴露出在船員職業道德、技術業務能力的培訓和培養，岸基監督和支持，燃油質量監控，重要備件管理等諸多方面存在問題，如果這些環節中有任何一個環節做好，就能減少或避免故障的發生，而在這些環節中最重要的因素的是人，人在任何時候任何環節中都起著決定性作用，因此在管理措施中同樣以人為主結合制度共同防范。

（1）加強船員的技術業務能力的培養和培訓，提高判斷故障及解決問題的能力，技術業務能力是判斷故障解決問題的基礎；

（2）加強船員對體系文件的學習和理解，重點是提高船員的執行力，用規章制度來保障安全；

（3）提高船員的工作責任心，在巡回檢查中及時發現細小的變化和異常，及時采取措施，控制事態擴大，責任心是確保安全的前提；

（4）挑選信譽及質量好的供油商，確保加裝的燃油質量，從源頭上解決燃油質量問題；

（5）加強船舶設備的維修保養工作，對出現的異常情況及時處理，避免事態擴大，良好的維護保養是設備安全的基礎；

（6）加強船舶備件管理，對重要備件要確保足夠數量存船，以備應急時使用，充足的備件庫存是安全的保障。

5 結束語

分析本次主機故障深層次的原因，還是船舶及岸基管理公司在船舶管理上存在很大問題，其中不可忽視和最大的因素是人，船舶任何工作都離不開船員的落實，在目前的形勢下，船員素質日漸走低是不爭的事實，盡管公司的安全管理體系文件（SMS）越來越詳盡，但缺少最重要的落實和執行等于零，如何提高船員的責任心及技術業務能力是擺在我們航運公司及船舶管理公司面前的一個急需解決的難題，需要我們全體航運人共同思考和解決。

參考文獻：

[1]WARTSILA 6RT-flex58T-B說明書endprint