杨明亮，俞文胜

(集美大学a.轮机工程学院；b.福建省船舶与海洋工程重点实验室，福建 厦门 361021)



某船主机排气温度过高起因及排除方法

杨明亮，俞文胜

(集美大学a.轮机工程学院；b.福建省船舶与海洋工程重点实验室，福建 厦门 361021)

针对某船主机排烟温度高的问题，根据该轮MAN-B&W 6L60MCE型主柴油机的技术状态和具体的运行情况，采取一系列措施排除故障，从而保证主机的正常运转，为此类故障的排查和处理提供参考。

柴油机；排气温度；燃烧；增压；扫气

现代远洋船舶普遍使用重油作为主柴油机的燃料，由于其品质较差，对主机活塞及其运动部件的影响较大，使主机增压和排气系统更加容易脏污，易导致船龄较大的主机逐渐出现各部件失配，综合性能下降，其中主机排温升高是最普遍的问题之一[1]。主机排温过高的成因比较复杂，如果处理不当，很可能使得主机运行状态进一步恶化并最终给船舶造成重大损失。因此，对于轮机管理人员来说，准确判断主机排温高的成因并且采取恰当的措施就显得尤为重要。

1　主机排气温度过高的表现特征

某船是具有20多年船龄的老龄散货船，主机选用MAN-B&W 6L60MCE机型，6缸，缸径600 mm，冲程1 940 mm，额定功率7 024 kW,采用定压增压方式，主机采用气口-气口式直流扫气方式，是典型的低速超长行程二冲程柴油机。由于该船船龄较大，所以正常情况下都采取降速运行，转速维持在为85 r/min左右。

在某个航区营运过程中主机在较长时间内表现出各缸排气温度普遍过高，在加车或者大舵角转向时增压器时有发生喘振现象，只能降速维持在75 r/min 左右运行而不能达到营运转速，而此时各缸的排烟温度均已超过390 ℃。根据轮机日志记载，之前在相似环境区域正常营运的排烟温度都在350～360 ℃。为了改善主机的运营工况，随后在广州厂修期间对废气锅炉进行了疏通，对增压器更换了滑油、空冷器水侧进行了清洗；对工时较长的两只气缸进行了吊缸，其中更换了一只过度磨损的缸套。采取上述措施后，主机工况略有好转。但是开航离开广州几天后，主机各缸排温又逐渐升高，增压器又开始喘振，主机不得不减速至75 r/min，重新回到之前的工作状态。对主机当时工况参数记录处理见表1。

2　故障分析

上述主机表现总结起来即各缸排烟温度偏高和增压器喘振两大特征[2-3]。按照理论分析，结合该轮船龄较大的实际情况，其主机排烟温度高可能有如下原因：①喷油定时不正确。喷油提前角太小，喷油太迟导致其喷入气缸的燃油未完全燃烧而产生后燃。②喷油器安装不当。喷油器在安装过程中垫片厚度不合适,或者在原垫片上面直接加上新垫片,使喷油器安装错位。③喷油器雾化不良。燃油在气缸内未充分燃烧而进入排气管内发生后燃。④出油阀故障，造成二次喷射引起的后燃。⑤压缩压力。缸头垫片过厚,导致气缸容积增大而压缩压力降低；气环过度磨损，压缩压力降低。这两点都会造成发火延迟和气缸内新鲜空气不足而使排气后燃。⑥增压器故障导致扫气压力降低，或者增压器内部部件脏堵等，都会使扫气压力不足，最终导致不充分燃烧。⑦排气阀泄漏。这同样会使压缩压力降低，还会在燃烧过程中伴随发生漏气，使得未完全燃烧的燃气进入排气管。⑧排气定时。不合适的排气定时使还没有完全燃烧的燃气进入排气管。⑨空冷器。空气冷却器水侧管路脏污，换热效率下降，使得空气进机温度升高；空气冷却器气侧堵塞使增压空气压力低，过量空气系数减小，燃油不能充分燃烧而产生后燃。

表1　故障处理前主机工况参数表

增压器喘振主要是随着柴油机运转时间的增长，增压系统中各部件就会污损或出现故障，柴油机本身某些部件也会产生故障，致使两者的性能逐渐恶化，导致匹配不良，压气机的实际流量小于该转速下引起喘振的限制流量，造成气流与叶片的强烈撞击，引起喘振。原因可能如下：①气流通道堵塞，增压系统的气体流动环节中流阻增大而使压气机流量减小，背压升高，引起喘振。进口滤器、压气机叶轮、汽缸扫排气口、涡轮的喷嘴环等等，都是容易发生脏堵的部件；②增压器和柴油机的运行失配，喷油设备出现故障造成的燃烧不良，或者过量空气系数α降低，排烟温度升高，废气能量随之增加，增压器转速升高，供气量增多，而此时柴油机因指示功率或有效功率减小，转速下降，柴油机和增压器之间的正常匹配关系遭到破坏，导致压气机工作在高背压、小流量的状态，从而发生喘振。

3　采取的措施及后续处理

该轮主机排烟温度偏高并伴有增压器喘振现象[4]，造成该轮主机排烟温度过高和增压器喘振的原因很有可能是多方面的，必须按照一定的逻辑推理进行有针对性的检查[5]。

扫气系统的增压器及空冷器在船厂时刚刚进行过检修，记录显示以往对扫气系统进行清洁工作也都按时正常进行过。该主机在运转过程中没有出现气门敲击声，检查也没有发现气门液压油泄露现象，以往的排气门检修都按照说明书正常进行，所以轮机员们推测排气门没有出现故障，还是将重点放在了排气通道的进一步疏通工作上。因为之前在船厂期间清洗过空冷器水侧，压差计也显示在正常范围，所以有人认为没有必要再检查空冷器。但是为了逐一排查故障的原因，这次重点检查了空冷器气侧，发现压差计处于失灵状态，造成之前很长一段时间内因为压差计的错误读数而忽略了空冷器气侧的清洗疏通。修复了压差计，然后对空冷器气侧进行了清通。维修记录显示，之前半年内虽然多次对废气锅炉烟面进行过机械清灰，但是由于靠泊条件不允许，所以并没有进行水洗，因此选择在合适的时机对废气锅炉进行了水洗，清洁出大量的污垢，这使得排气通道进一步畅通。

针对燃油系统，以往的喷油器检修记录并未发现异常，因此这次检查了主机各缸高压油泵的喷油定时，发现各缸高压油泵的喷油定时与规定范围存在较大差异。轮机员按照说明书要求对喷油定时认真进行了调整和校准[6]，主机各缸高压油泵喷油定时调整前后的对照见表2。

表2　高压油泵调整前后对照表

由表2可见，各缸喷油提前角存在着不同程度的差别：No.1、No.2缸的喷油提前角为13.5°，而No.3、 No.5、 No.6缸只有12.0°，前后相差1.5°，各缸喷油定时与说明书要求的范围存在差距；同时，各缸高压油泵柱塞的有效行程的差异也较为明显，这恰恰说明各缸喷油量差别较大。经过调整，各缸高压油泵喷油定时及柱塞有效行程的差异缩小到可接受范围。

根据以前的检修记录簿记载， No.5缸进行了常规吊缸检查时除发现该缸气口堵塞比较严重外，活塞环槽上还发现多处小裂纹。为了改善主机的运行工况，又对另一只工作仅约3 000 h的No.2和No.4进行了吊缸检查，也发现该缸存在相似的问题。根据该情况，着重对气口、缸套及活塞头部进行了仔细的清洁，对过度磨损的活塞环进行换新，以确保主机的运行质量。

逐项做完上述工作后，在后面满载驶向非洲的航次里，虽然环境温度明显高于之前的航行区域，但是主机工况明显好转，增压器运转平稳，喘振消失；尤其是各缸排气温度下降幅度较大。调整后主机的运行工况统计见表3。与表1中所列的工况参数相比，基本解决了主机排温高、转速上不去的问题，主机工况得到了明显改善。与同样转速对应的油门开度减小，各缸排烟温度明显下降，爆压和扫气压力均有上升。由此说明这次有重点的检修工作成功解决了前面的问题。

表3　故障处理后主机运行工况参数表

4　结论

主机高压油泵喷油定时及喷油量参差不齐，主机空冷器气侧脏堵，进气不畅使得换气质量低下，燃烧恶化，各缸负荷不均，是导致主机排温偏高的主要原因；而排气口脏堵，气流通道堵塞，特别是排气管内滤网的严重脏堵，废气锅炉烟道阻塞进一步加重了故障。柴油机和增压器运行失配是导致增压器喘振的主要原因。大型船舶柴油机单缸功率不断提高是发展趋势，增压器增压压力也会越来越高，这对增压器的维护管理提出了更高的要求，对增压器、空冷器等的管理同燃油系统的管理一样重要。对于该船这样的老龄船，应该结合该型主机的特点，进行有针对性的维护保养工作。除了一般的维修保养以外，以下几点预防措施也同样值得注意。

1)保持合适的负荷。柴油机长期低负荷运行会导致增压器涡轮侧气封不足，导致透平油变质、轴承损坏，而增压器转速降低又会降低扫起压力。由于该船在正常营运中只使用重油不用轻油，所以应尽量避免使用低转速，并且要加强燃油系统的管理，使燃油始终保持合适的粘度。对于可以换用轻油的船舶，在必须低转速运行时应及时换用轻油，负荷不应过低，以免燃烧不良，气道脏污。

2)加强对透平及空冷器的日常保养工作。由于散货船长期出入散货码头的特殊工作环境，装卸货期间产生的大量粉尘随机舱风机吸入机舱，同时由于老旧船舶机舱内泄漏油气浓度很高，增压器吸入的空气中油份较多，以上两种物质逐渐在整个进气通道内、尤其是空冷器空气侧通道上混合形成污秽层，油灰污垢层日积月累便会产生冷却效果下降，扫气温度升高等现象，并最终表现为主机排温大幅度升高。应该坚持定期对增压器进行清洁，在条件允许的情况下，对涡轮端用清水水洗，空冷器一定要按时用化学清洁剂清洗，经常检查空冷器压差计是否正常，以保证增压器和空冷器正常的工作状态。

3)按时对扫气系统进行彻底的清洁，在特殊情况下适当缩短扫气箱的清洁周期。清洁气口时要仔细，同时检查口琴阀是否正常。

4)定期对主机燃烧系统(油头、高压油泵)实施维护保养，使之处于良好的工作状态。加强对主机的工况测量，各缸负荷要尽量保持一致。

5)在平时的修船保养中，应及时更换锈蚀的海水管路，减小空冷器海水侧压力损失。

从这次主机排温过高故障的发生和解决过程可以看出，之所以会耗费大量的的工作来诊断故障原因和排除故障，既有船厂船修人员疏忽大意的原因，也有船上轮机管理人员管理不善的责任，总结由此案例获得的经验有利于提高今后轮机管理水平，对轮机管理实践具有重要意义。

[1] 孙培廷.船舶柴油机[M].大连海事大学出版社，2002.

[2] 黄少竹.现代船舶柴油机故障分析[M].大连海事大学出版社，2005.

[3] 魏海军,张存有,田文国.船舶动力装置管理及案例分析[M].大连海事大学出版社，2011.

[4] 修安，思成.船舶二冲程柴油机排气温度过高原因分析[J].航海技术，2009(3)：61-65.

[5] 杨树森.特殊原因引起的主机排烟温度升高故障及排除[J].船海工程，2014,43(6)：103-105.

[6] MITSUI 6L60MCE Engine designed plant[M].MITSUI engineering & ship Building CO.LTD,1998.

The Causes of High Exhaust Temperature of the Diesel Engine of a Ship and Its Elimination Method

YANG Ming-liang, YU Wen-sheng

(a.Marine Engineering Institute; b.Fujian Key Laboratory of Naval Architecture and Ocean Engineering， Jimei University, Xiamen Fujian 361021, China)

For the problem of the high exhaust temperature of a ship, after analyzing the working status and specific situation of the B&W 6L60MCE main engine, a series of effective measures is taken to make sure the main engine operated in order. Some prevention strategies and suggestions are put forward for such faults.

diesel engine; exhaust temperature; combustion; turbocharger; scavenge

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.01.023

2015-10-13

2015-11-05

杨明亮(1985-)，男，硕士，甲类二管轮

U676.4

A

1671-7953(2016)01-0117-04

研究方向:轮机工程技术

E-mail:yangml528@163.com