一起主機排煙高溫故障處理案例分析

王子華 中遠(yuǎn)海運船員管理有限公司大連分公司

1.主機排煙高溫原因分析

排煙溫度的高低在一定程度反應(yīng)了缸內(nèi)負(fù)荷的大小與燃燒質(zhì)量的好壞。造成主機排煙高溫的原因有:船舶阻力增大，柴油機超負(fù)荷；環(huán)境溫度高，掃氣溫度高；排氣閥定時錯誤，包括凸輪軸傳動齒輪紅套滑移，排氣閥驅(qū)動油泵故障等；燃油系統(tǒng)故障，包括噴油嘴霧化不良、噴油定時錯誤、油嘴安裝方向錯誤等；排氣系統(tǒng)臟堵，可能堵點為排煙總管進(jìn)口濾網(wǎng)、透平噴嘴環(huán)、廢氣鍋爐、火星熄滅器；進(jìn)氣系統(tǒng)臟堵，消音器、空冷器空氣側(cè)、水汽分離擋板、風(fēng)門擋板、掃氣口等。

2.故障檢修情況

主機出現(xiàn)排煙高溫后，船上做了大量檢修工作。對主要修理工作梳理如下:

（1）2016年7月廠修期間，主機調(diào)速器，透平送岸解體檢修。開航后發(fā)現(xiàn)主機由dead slow加速到half時冒黑煙并伴隨透平喘振，持續(xù)35-40秒左右。海速后主機排煙高溫（來往報文中提及）。在廠家指導(dǎo)下，修改調(diào)速器參數(shù)后冒黑煙問題解決。

（2）2016年10月申請主機排煙溫度采集板，17年1月底主機排煙溫度采集板換新。

（3）2018年2月，在駛往墨爾本途中，透平喘震嚴(yán)重，不得不在當(dāng)?shù)赜蒑IQ公司進(jìn)行搶修。修理內(nèi)容如下:（1）轉(zhuǎn)子，噴嘴環(huán)清潔（2）損壞透平葉片修復(fù)（3）葉輪損傷探測，動平衡檢查。

（4）2018年8月透平換新后，主機排煙溫度未見明顯下降。

（5）2019年1月，JUNMA公司服務(wù)工程師上船對主機進(jìn)行如下檢查:（1）檢查高壓油泵定時（2）檢查排氣閥定時（3）按MAN 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行掃氣箱檢查（4）打開空冷器空氣側(cè)觀察孔檢查（5）提醒特別注意排氣背壓，掃氣溫度。

（6）2019年6月廠修期間，對主機NO.1～NO.6缸進(jìn)行吊缸檢修：活塞環(huán)換新、排氣閥解體清潔、空冷器送廠清潔。

（7）2019年6月廠修期間，主機透平進(jìn)行解體清潔，軸承更換。遺憾的是工人把吊帶遺忘在壓氣機端，主機試航時吊帶打壞壓氣端轉(zhuǎn)子，吊帶碎末在空冷器散熱片頂部可見大量聚集。后換新壓氣機葉輪，空冷器再次送岸清潔。

（8）2020年2月檢查排煙總管出口濾網(wǎng)，火星熄滅器，均正常。水洗廢氣鍋爐，但主機排煙高溫仍在。

3.主機參數(shù)分析

從以上檢修工作來看，幾乎所有引起排煙高溫的原因都進(jìn)行了排查，但高溫情況依然存在，肯定還有明顯的故障點沒有排除。查閱輪機日志、月底報表、來往報文，對主機關(guān)鍵節(jié)點排煙溫度進(jìn)行分析（表1）。

3.1 主機排煙溫度分析

2016年7月廠修之前，主機各項參數(shù)正常。與說明書數(shù)據(jù)相吻合（排煙溫度370℃-430℃）。2016年廠修時調(diào)速器、透平送岸檢修。出廠后因油門與掃氣不匹配，導(dǎo)致主機加速過程中冒黑煙，透平喘震。可能原因是加速過程中油門輸出設(shè)置過大，掃氣壓力低，加速過猛，在廠家指導(dǎo)下修復(fù)主機加速異常工況。而2016年廠修后主機排煙溫度突然增加了40℃（2016年8月-11月輪機日志缺失，查不到詳細(xì)參數(shù)及異常原因說明）。

2016年10月份船方判斷排煙溫度采集板損壞，輪機日志排煙溫度參數(shù)記錄由集控室監(jiān)控電腦PT100參數(shù)改為機旁溫度表參數(shù)。2017年1月29日主機排煙采集板換新，主機排煙溫度依然高企。由此可見主機排煙溫度不是顯示錯誤而是真的高溫。

主機排煙高溫伴隨高負(fù)荷時廢氣渦輪增壓器（俗稱透平）喘震故障持續(xù)存在。2018年2月，主機喘震嚴(yán)重到不得不降速維持航行，到港進(jìn)行航修。同年8月主機透平換新后，記錄顯示主機排煙溫度未見明顯下降。由此可見主機排煙高溫不是因為透平故障引起的，而是另有原因未查出來。

2019年5月14日主機排煙溫度與2017年廠修后相比差別不大。與首航數(shù)據(jù)比較，掃氣溫度升高了13℃。研究試驗表明掃氣溫度每增加1℃，主機排煙溫度升高2.5℃～3℃。根據(jù)公式T2=T1+2.5＊ΔT（T2現(xiàn)在排煙溫度、T1首航排煙溫度、ΔT掃氣溫度差）計算正常排煙溫度應(yīng)為T2=424.8℃～431.3℃，溫度升高十幾度的可能原因為柴油機使用日久，缸內(nèi)狀態(tài)變差（氣閥關(guān)閉不嚴(yán)，缸套，活塞環(huán)磨損，間隙變大等）。

表1 主機排煙溫度分析

2019年7月10日主機排煙溫度與首航數(shù)據(jù)比較，掃氣溫度升高了10℃。計算排煙溫度應(yīng)為417.3℃，實測數(shù)據(jù)為425℃。排煙溫度降低的原因:MDO燃燒性能好，故而排煙溫度有所降低。

2020年1月7日，主機掃氣溫度高達(dá)68℃，計算排煙溫度應(yīng)為454.8℃，實測為452.5℃，二者幾乎接近。以上數(shù)據(jù)分析明顯表明:掃氣溫度升高是造成主機排煙高溫的根本原因。

3.2 小結(jié)

排煙高溫的根本原因是燃燒不良造成的后燃增加和未完全燃燒的燃油在排煙總管中的二次燃燒。空冷器臟堵后冷卻效果差，掃氣溫度高，同等體積下空氣質(zhì)量減少。過量空氣系數(shù)不足必然導(dǎo)致燃燒不良，排氣高溫。高負(fù)荷時透平喘震原因在于掃氣壓力升高，空冷器流阻增大，壓氣機的實際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘震的限制流量，造成氣流與葉片的強烈撞擊，引起喘震。這兩個故障都指向了一點:空冷器空氣側(cè)臟堵。

4.空冷器空氣側(cè)臟堵原因分析

S輪廢氣鍋爐熱油循環(huán)泵軸封處有油霧；副機使用日久，活塞環(huán)密封性能逐漸下降，燃?xì)庀萝f，曲拐箱壓力高，飛輪甩油；主機燃油回油管位于透平消音器下，該處震動大，發(fā)生幾次回油管震斷導(dǎo)致的燃油泄漏。以上這些油霧被主機透平吸進(jìn)壓氣機，在空冷器散熱片表面形成油污，影響傳熱。

判斷空冷器臟污指標(biāo)：（1）空冷器后掃氣溫度和冷卻水進(jìn)口溫度二者溫差增大，表明空冷器臟污，需要清洗。某日實測主機160rpm時空冷器掃氣溫度62℃，冷卻水進(jìn)口溫度為36℃，溫差16℃。與首航溫差9℃（掃氣溫度43℃，冷卻水進(jìn)口溫度為34℃）比明顯增大。（2）掃氣空氣在空冷器前后壓差，當(dāng)ΔP超過臺架試驗的50%，需要清洗。臺架數(shù)據(jù)80%負(fù)荷（約160rpm），空冷器壓差100 mmWC。S輪空冷器壓差計最大量程為500mmWC，目前壓差高達(dá)2900mmWC（用塑料管自制大量程壓差計），空冷器空氣側(cè)嚴(yán)重臟堵。2019年廠修后，掃氣溫度只比進(jìn)廠修前降了3℃，由此可以推斷出廠修時空冷器空氣側(cè)未徹底清通。

MAN B&W 6S35主機配有空冷器清洗系統(tǒng)，可以定期對空冷器空氣側(cè)清洗。產(chǎn)品存在如下缺陷致使清洗系統(tǒng)實際使用頻次，使用效果大打折扣:（1）清洗柜材質(zhì)為普通鋼板，內(nèi)部未做防腐處理；空冷器箱體為普通鋼板，亦未做防腐處理，二者內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重，鐵銹呈片狀大量脫落。清洗管線為普通鋼管，管線未做防銹處理，銹蝕嚴(yán)重。（2）而噴嘴直徑為1mm，噴嘴使用不久就會被管線中的鐵渣堵死。由于以上原因，清洗系統(tǒng)長期閑置不用。偶爾從清洗泵處外接一根清洗水管簡單沖洗，故而空冷器越來越臟。

5.空冷器清洗

空冷器用超聲波清洗機反復(fù)清洗效果最佳，這需要在廠修時進(jìn)行。在營船舶可用ACC9清洗劑或10%鹽酸（草酸亦可）清洗。

2020年1月16日用ACC9清洗空冷器24小時后，掃氣溫度降到64℃，排煙平均溫度降了10℃。同年4月6日用草酸（1:20）循環(huán)清洗空冷器空氣面6個小時，而后淡水沖洗。從頂部觀察孔可見有1/2散熱片已漏出金屬銅色，邊角處可見大量銹渣堵塞散熱片。從底部道門看，只有1/10散熱片清通。清洗后排煙平均溫度降了5℃。

6.空冷器換新，故障徹底解決

鑒于通過清洗已不能恢復(fù)空冷器的設(shè)計功能，2020年6月24日對主機空冷器換新。開航實測參數(shù)如下：主機轉(zhuǎn)速160rpm、透平轉(zhuǎn)速17400 rpm、掃氣壓力1.8bar、海水溫度31℃、掃氣溫度46℃、主機平均排煙溫度降為402℃，與理論計算完全相符。空冷器壓差為120 mmWC，主機透平喘震故障也得到徹底解決。