【原】电喷主机排温升高“失控”，损失船期13天，是“天灾”还是“人祸”？

船舶讲武堂 2021-09-15

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一、引言

某轮主机型号为 Wartsila6RT-fex58T-B,功率：13080KW,

转速：105RPM,缸径：580mm,

冲程：2416mm,由沪东重机有限公司于2010年4月16日制造出厂。

Wartsila RT-flex型柴油机是 Wartsila公司推出的电控共轨柴油机，也称为智能柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要组成部分的新型柴油机。它根据柴油机燃烧理论，主要应用了电控技术，通过控制燃油喷射定时、喷油量、喷射速率、压力以及排气阀定时等，有效地实现了柴油机在各种工况下的性能最优化，从而达到满足柴油机的最新排放要求，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。

二、喷射控制单元（ICU）工作原理

该轮主机系电喷柴油机，燃油喷射有别于传统机型，主要由喷射控制单元（ICU）执行，而喷射控制阀（ICV）则是ICU的核心部件（见图1）。其工作原理如下：

ICU总成分为伺服油（控制油）端和燃油端，通过共轨电磁阀精准控制燃油喷射时间。控制系统WECS-9520给共轨电磁阀一个喷油信号，共轨阀动作，控制伺服油进入控制油阀块，推动控制油阀块内的活塞动作，然后推动三角形传动杆，继续向前推动ICV阀芯，阀芯克服复位弹簧阻力动作，使等候在ICV处的燃油共轨中的高压高温燃油（50～90MPa）进入ICV并经过高压油管和喷油器喷入气缸；当控制系统给共轨阀一个停止喷射的信号时，共轨阀动作，伺服油控制阀块内的活塞复位，而ICV阀芯则在复位弹簧的作用下复位，喷射结束。ICU上的燃油油量活塞周而复始地进行喷油计量工作并反馈给控制系统，调整下个循环的喷油量，以保证喷油量的实时精准。

三、主机故障及处理经过

该轮2016年9月11日从厦门开航，执行到澳洲装矿回国内的航次。在航行中，9月14日起主机2号、3号、4号缸排温逐渐慢慢升高，至9月16日排温异常、升高不受控，在控制电脑上调整各缸油量已无效果，主机各缸因排温偏差大（超过50℃）报警并降速；降速后，主机2号、3号、4号缸排温依然很高，超过400℃，且有继续上升的趋势，排气冒浓重的黑烟。根据这一情况，船舶停航检修。船员、岸基管理人员以及 Wartsila工程师均未碰到此类情况，因此在故障排查过程中走了很多弯路，耽误了很多时间，最后经过多次拆检和测试，确认故障是ICU核心部件ICV异常腐蚀及磨损、关闭不严、燃油泄漏进入气缸内无序燃烧所致。由于当时船上只有2套ICV备件（2个缸），无法修复，所以只能维持航行到就近的印尼港口等待备件。备件供船后，船员更换了主机6个缸的ICV,恢复了正常航行。此次主机故障延误船期约13天，船东损失严重。

四、故障原因分析

1.燃油质量方面的原因

后期将损坏的ICV阀芯送至 Wartsila公司进行检测，得到的反馈是，由于使用的燃油中含有催化剂或化学物质，造成了阀芯密封面腐蚀磨损，虽然该批燃油油样化验结果显示各项指标均未超标，但其中的酸值较高，达2.1mgKOH/g,以致在实际的使用中对主机ICV阀芯密封面产生了腐蚀，并最终导致故障发生。也就是说，此次主机故障的主要原因是主机使用的燃油质量有问题。

船舶在厦门开航后，换用国内北方港口加装的IFO180CST燃料油，但在使用4天后就出现了以上主机故障。经过拆检ICU,发现各缸的ICV阀芯密封锥面均不同程度地出现腐蚀磨损，造成ICV无法切断燃油供应，而等候在ICV处的高压

高温燃油通过ICV泄漏进入喷油器，喷油器的启阀压力只有37.5MPa,远低于燃油共轨压力的50～90MPa,这样就造成燃油喷射失控并持续向缸内喷油，进而造成缸内不能正常有序地燃烧、排温异常升高、冒浓浓的黑烟，汽缸油润滑油膜破坏、缸套异常磨损，扫气箱脏污、严重时着火爆炸等一系列严重后果。

结合该轮前几次主机故障的原因进行排查，发现有一个重要的原因是燃油中铝和硅的含量偏高，虽然最终的化验结果并不超标，但在实际使用中均对ICV产生了严重影响，铝和硅起到了磨料的作用，加之后续的净油机及供油单元自清滤器工况不正常，加剧了ICV偶件的磨损（见图2），由此主机的故障也就顺理成章了。

2.船舶管理方面的原因

通过对此次主机故障原因的调查，发现该轮主机存在非常严重的隐患；对主机及燃油系统进行彻底的检查，发现存在一系列设备及管理方面的问题。该轮新船出厂5年多，但主机ICV已经多次更换。此次故障后主机6个缸的ICV全部更换，换下的ICV使用时间还不到2000小时，最短的使用时间仅700多小时（说明书中的要求是1CV正常检修更换时间最少24000小时）。2016年，该轮共发生了3起因主机ICU故障而漂航抢修的险情。吊检主机1号、5号缸测量缸套磨损量，发现均已经严重超限（正常磨损极限为4mm,而这两个缸的最大磨损处已达5～6mm,尤其在汽缸油注油孔位置处最严重，布油槽基本磨平），但这两个缸套的使用时间分别仅约为25000小时和6500小时，使用寿命远低于正常值，与姊妹船的主机使用情况比较，可以确定该轮在主机管理上存在严重问题。为了进一步排查故障，邀请了净油机厂商GEA Westfalia工程师上船检查燃油净油机工况。工程师仔细排查后，认为该轮的燃油净油机工况很差，排渣存在严重问题，排渣工作水无法保证净油机排渣时水压在0.2MPa以上（ GEA Westfalia说明书的要求），从而造成排渣不彻底或无法排渣（之前，净油机频繁地人工拆洗也印证了这一判断），且使用的备件系国产备件，质量较差。结果是净油机工况很差，进而致使未达到净化要求的燃油进入燃油日用柜并最终进入主机燃油系统。船员对主机燃油供油单元作了进一步的检查，发现自清滤器虽然能够动作，但未处于正常工作状态，自动冲洗后的残渣根本没有排出（拆除排渣管路，将内部无冲洗的燃油残渣排出，排渣管路内干干净净），而船员为了能够使用该滤器，人为旁通形同虚设的该滤器。从净油机及自清滤器的检查中可以看出，该轮的设备管理也存在严重问题，不仅净油机工况差、燃油无法彻底净化，更重要的是关键部件自清滤器又处于非正常工作状态，无法保证进入主机的燃油有10um的过滤精度，以致未达到净化要求的燃油进入主机燃油系统和缸内，燃油中的杂质或催化剂直接造成ICV阀芯和缸套磨料磨损。这是ICV和缸套使用寿命远低于说明书建议更换时间的最主要原因。此次故障的主要原因正是燃油中酸性成分使ICV密封面腐蚀磨损所致。

ICV的异常磨损还直接造成ICU外漏和内漏，外漏严重时甚至造成主机起动因燃油油压无法在规定的时间内达到设定值而失败。该轮ICV外漏最严重时主空气瓶的气压（2.5MPa）只能启动一次，严重影响船舶在进出港、狭水道等机动航行安全。

外漏可以通过日常检查ICU检漏孔发现，该轮之前的几次故障都是ICV外漏所致。内漏比较麻烦，无法通过外部检查发现，只有通过电脑上的主机各参数及喷油器喷射、排气阀开关等曲线和参数来分析判断，这就需要有丰富的经验才能做到，但现有的轮机长、轮机员的能力往往达不到这种水平而无法及早发现问题，等到发现问题又往往已经产生了比较严重的后果。根据此次主机故障（由ICV内漏造成的）情况，ICV内漏时最重要和最明显的表现是“三高和冒黑烟”，即排温高、压缩压力高、爆压高、烟囱冒很浓的黑烟。杂质进入气缸直接造成缸套的异常磨损，使缸套的使用寿命严重缩短，而ICV异常磨损，燃油内漏进入气缸内无序地不完全燃烧，又直接破坏了汽缸油润滑油膜，进一步加重了缸套的异常磨损，最终导致缸套磨损超限而报废。

3.燃油管理方面的原因

此次主机故障的主要原因是使用的燃油质量差。由于目前国内市场的燃油质量参差不齐，船东为了节约费用往往选用质量差的燃油，而没有质量保障的燃油就给主机故障埋下了祸根；在燃油加装、储存、净化及使用等各个环节上，船舶未能严格执行公司的体系文件（体系文件对燃油从加装到试用的各个环节都有着非常严格和细致的要求），船员也未能认真落实到位，尤其在加装时对油品的检查以及在使用中对主/副机工况的监控存在严重缺失，轮机长、轮机员对运行中主/副机参数的细小变化及趋势没有引起高度的重视。其实，在使用问题燃油后主机排温往往呈现逐渐上升趋势，但轮机长却会认为这是航经海区环境温度高的缘故，没有及时采取有效措施，最终导致事态继续扩大、故障发生。

五、管理措施

通过对此次故障及后续整个燃油系统的调查，可以看出在船员职业道德培养以及技术业务能力培训、岸基监督和支持、燃油质量监控、重要备件管理等诸多方面存在问题。如果做好这些方面的任何一个环节的工作，就能减少或避免故障的发生，或者减少故障所造成的损失。其中最重要的因素是人，人在任何时候任何环节中都起着决定性作用。因此，在管理措施中要以人为主并结合制度予以防范。

1.加强船员的技术业务能力培养和培训，提高其判断故障及解决问题的能力。技术业务能力是判断、解决故障的基础。

2.组织和引导船员学习和理解体系文件，重点是提高船员的执行力，用规章制度保障安全。执行力是船舶安全的关键。

3.增强船员的工作责任心，使其在巡回检查中及时发现细小的变化和异常，并采取措施控制事态扩大。责任心是确保安全的前提。

4.挑选信誉好的供油商及其质量好的然油，确保加装的燃油质量，从源头上解决问题。

5.加强船舶设备的维修保养工作，对出现的异常情况及时处理，避免事态扩大。良好的维护保养是设备安全的基础。

6.加强船舶备件的管理，对重要备件要保证足够的存船数量，以备应急时使用。充足的备件库存是船舶安全的保障。

7.根据主机故障案例制作培训材料，对任职轮机员进行岗前培训；对重要部件制定针对性的维修保养计划和检查周期，以期做到预防性检修，减少工作中主机发生故障的概率。

六、结语

此次主机故障的深层次原因，归根结底还是船舶及岸基管理公司在船舶管理上的问题，其中不可忽视和最大的因素是人一一船员。船舶的任何工作都需要船员来落实。在目前的形势下，船员的整体素质日渐走低是不争的事实，尽管船舶管理公司的安全管理体系文件（SMS）越来越详尽，但缺少最重要的严格落实和执行，结果几乎等于零。如何提高船员的责任心及技术业务能力，是摆在航运公司及船舶管理公司面前的一个急待解决的难题，也是全体航运人需要共同思考和解决的问题！

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