在船舶轮机管理中，轮机员一般都比较重视对机械设备的维护保养，却往往轻视对燃油的管理，特别是疏于对燃油储存和使用的管理。船舶燃油作为一种燃料，它的品质优劣直接影响着船舶柴油机的动力性、经济性、可靠性、排放特性及启动加速性能。船舶使用优质燃油，其燃烧过程才能更充分更彻底，柴油机的工况才能保持最佳状态并发挥最大效能；相反，燃用劣质燃油，不仅排放超标、耗油率增加、发动无力，柴油机性能下降，甚至还会增加船舶机械设备故障的概率。笔者就曾经处理过因燃油问题导致主机加速故障案例，现将具体分析和排除故障过程与大家分享，请各位同行批评指正。1 故障现象某船主机机型MAN-B&W 5S60ME-C8.2,额定功率9 010 kW,额定转速99 r/min, 于2015年3月沪东重机有限公司生产出厂，总运行时间8 846 h。该船V15航次在卸货港停泊期间，大管轮对主机进行了常规检查和保养：主机扫气道内部检查和清洁，活塞、活塞环及缸套检查，主机空冷器气面化学浸泡清洗等。几天后，船舶完货离港，主机试车正常，引航员登船后港内机动航行主机工况良好，约1.5 h后抵达引航站，引航员离船。按照租家的指示，主机定速后需全速航行至装货港，车令从Dead Slow、Slow、Full到Navigation Full, 主机开始进入负荷程序，像往常一样，大约每5 min增加1 r, 85、86、87r/min, 奇怪的是主机转速到87 r/min后不再增加，查看MOP(主操作面板),显示主机负荷在62%左右，透平转速12 850 r/min(额定转速18 790 r/min),轮机长最大转速限制是99 r/min(当前状态没有激活),程序负荷正在进行，扫气压力限制功能正在启动工作中，扫气压力0.145 MPa一直保持不变。再检查机舱报警监控面板以及机旁主机各种参数，均未发现异常，可负荷程序已进行了30 min, 主机转速还是稳定为87 r/min。值班轮机员分析认为可能是驾驶台车令开始下达得太快，加上频繁转舵，航速还没上来，所以加速缓慢，需要继续观察，但又过了近1 h, 主机转速仍然不变。由于屏幕上扫气限制按钮还是呈现深蓝色，综合考虑当时情况，尝试在主机数据处理单元(ACP)上按下“CANCEL LIMITS”按钮，主机转速快速上升，透平转速、扫气压力明显升高，但当再次按下“CANCEL LIMITS”按钮复位时，主机转速很快又回到87 r/min上，故障依旧。2 故障分析从故障现象看，可以确定故障原因是扫气压力限制器在动作。扫气压力燃油限制器作用原理和ME主机转速控制原理为：当前船用主机几乎都采用废气涡轮增压技术，这种柴油机在低速高负荷和负荷大幅度增加时，由于燃油增加的速度比增压器增压压力提高的速度快，增压器转速的增加落后于主机转速的增加，造成燃油和空气之间不能很好地匹配(油多、气少，α过小),引起气缸内燃烧不完全、排气冒黑烟。为避免这种现象发生，在调速器上便装设了扫气压力燃油限制器。该设备根据扫气压力的改变而限制柴油机的供油量，保证负荷变化时，燃油有足够的空气完全燃烧，即便在加速的瞬间它也能根据相应的供气量而限制燃油，减少浓烟，提高柴油机的加速性能。扫气压力燃油限制器曲线见图1所示。图中AB线表示当扫气压力较低时，扫气压力燃油限制器处于最大限油位置(但该供油量应保证柴油机可靠起动的需要)。当扫气压力达到B点时，随着扫气压力的继续提高，限制器逐步释放原限定油门，其变化规律如BC线所示。其中，扫气压力信号则是通过机体上的2只压力传感器获得。
ME主机转速控制过程则是：当驾驶台或集控室的车钟发出主机转速指令，通过转速协调器进行调制，按照主机的运行参数和本身特性参数对车钟的转速指令进行调制，如稳速过程、停车减速过程、最小转速、最大转速、定速航行过程、紧急停车指令、故障减速、功率与转矩最佳配合(PTO)、起动时的等速速率加率、负荷程序、临界转速回避、转速微调等(见图2)。这时车令的发送是不一样的，按照对应的设定程序发送车令，然后，这个车令与主机实际转速信号进行比较，得到偏差值，送到转速调节器(Governor)进行比例微积分调节或智能控制算法进行计算处理。所得的信号经过主机性能指标的限制器进行相应限制，不超过限制值，把现结果输出作为当时燃油量的给定值，若超过限制值，只能以限制值输出作为当时燃油量的给定值指令，送到气缸控制单元(CCU)控制FIVA比例阀，实现燃油量控制，使主机转速跟随车令的要求。
综合以上原理可知，该船主机是因为在加速过程中供油与进入主机内的空气量不匹配，扫气压力燃油限制器没有释放燃油限定，导致主机车令经过转速调节器处理后所得信号超过限定值，激活扫气压力燃油限制器，限制主机燃油的供应，主机无法正常加速。当按下“CANCEL LIMITS”按钮时，扫气限制取消，强制加大主机油门，主机转速增加；当再次复位“CANCEL LIMITS”按钮后，主机继续执行先前的加速程序负荷，扫气压力燃油限制器再次激活，所以主机转速又停留在87 r/min上。影响ME主机扫气压力因素包括以下几点：1)扫气系统存在大量泄漏。扫气总管内挡板卡在开启位置，盘根箱道门出泄漏严重，空冷器端盖泄漏，空冷器放残阀开得过大等。3)透平滤网、废气炉等脏堵，导致主机透平效率下降。4)ECU(柴油机控制单元，有启动逻辑指令、调速指令及排放模式等三大功能)功能故障。7)SCU(柴油机扫气控制单元)中EGB(废气旁通)和TC-CUT OUT(切断增压器)功能起作用。根据以上几点分析逐项排查，由易到难。首先，该船主机未配置EGB(废气旁通)和TC-CUT OUT(切断增压器)设备，不存在废气旁通和增压器切断功能，排除该项；接着主管人员对主机空冷器前后端盖、扫气总管、盘根箱道门进行检查，未发现异常泄漏；鉴于在港期间大管轮对主机空冷器做过保养，大管轮再次对整个管路系统进行确认，并关小空冷器冷凝水泄放阀的开度(旁通阀),然后回到集控室在MOP上查看，发现扫气压力由0.145 MPa上升到0.150 MPa, 主机转速也增加了0.5 r, 继续关小泄放阀直到全部关闭，但扫气压力上升不再明显，主机转速又停留在87.5 r/min上不再上升，并很快就有了空冷器泄放液位高报警，只得再次打开泄放阀，主机转速又回到87 r/min。再次检查主机透平状况，透平运转平稳，油压油温正常，透平滤网新换，透平压气端U形计显示压差数值为60,同时大管轮对透平废气端进行反复吹灰；顺着透平排烟通道检查废气锅炉U形压差计压差也正常，而且废气炉距离上次清洗时间还不到2个月，废气炉脏堵的可能性也不存在。再来检查扫气压力传感器，其电流信号正常，机旁扫气压力表读数与集控室面板上显示一致，触发主操作面板(MOP)上辅助鼓风机“Details”控件，每个扫气压力传感器的指示也正确，扫气压力传感器是冗余配置，不存在2只同时损坏情况，再查看以前记录，在当前主机转速下，扫气压力也都是在0.145 MPa左右，排除传感器本身故障的可能。再从主机压力监控指示系统(PMI)系统对各缸燃烧情况进行检测，测取示功图，并结合机舱报警系统主机界面指示，得出结论是主机各缸燃烧正常，没有发现单缸不发火或发火不均匀现象。那么只剩下ECU功能故障和扫气总管止回挡板卡阻的可能了，打开ECU控制箱检查，内部接线良好，绝缘正常，多功能控制器(MPC)温度在40 ℃左右，外观检查没有问题，怀疑MPC本身故障，只能停车更换板子后才能确定。后来选择合适时机进行了停车检查，发现扫气总管内部止回挡板状况正常，更换ECU的MPC板，全部恢复后启动主机加速，故障还是存在，问题的根源仍然没有找到。怀疑燃油有问题，轮机长在排除前面的可能原因后突然转变思路，在目前没有其他更好办法的前提下进行尝试，按照换油程序将主机系统换成轻油燃烧。20 min左右主机扫气压力开始上涨，0.150、0.160、0.170 MPa, 一直到0.210 MPa, 主机转速从87、88、89 r/min一直加到96 r/min。为了再次确认故障原因，将主机转速降到85 r/min, 然后重新加速，一切正常，主机大约经过1 h就到96 r/min, 自此基本确定问题已找到。为何先前不曾出现过这种问题呢?毕竟船存燃油加装后都试烧过一段时间，试烧期间未发现燃油质量有问题，那么供油商所供燃油本身应该不存在问题，只可能是后来保管过程中出现问题。经询问二管轮得知，因上次在港时间较长，二管轮抵港前提前将沉淀柜驳满，而所驳燃油来源于3个地方：溢流柜、No.2 HFO TK(P)舱底残油、No.1 HFO TK(S)。这3种燃油加在一起(尤其因为前2种几乎是残油),造成严重混油现象，导致燃油的品质发生了极大的变化，影响柴油机的加速性能，具体体现在以下几个方面：1)燃油的化学组成和理化性能指标发生变化，滞燃期延长，燃油的氧化反应变弱，导致燃油的燃烧性能变差，产生的热量减少，燃油的热值大幅度降低。所以在给定的转速下，调速器不得不加大油门来弥补，但其实柴油机做功并未增大，因而扫气压力也没有升高，可此时燃油升压器反馈信号是油门加大了，又恰逢主机在加速过程中，从而激发了ECU扫气限制功能，主机速受限。2)燃油的成分更加复杂，其中灰分、水分和机械杂质大量增加，燃油中的沥青成分平衡状态被破坏形成大量泥渣和残留胶质，这些物质虽经过了沉淀、放残、过滤，但还是有一部分被带进主机，它们会黏附在管路、滤器、高压油泵柱塞等部位，造成供油压力降低，同时它们受热分解生成积炭堵塞喷油器的喷孔，造成燃油的雾化质量降低，柴油机燃烧粗暴，大大影响了加速性能。3)对于ME主机而言，由于其具有更高的燃油压力，喷油系统更精密，喷油器的喷孔直径更小，使得柴油机的喷射系统对燃油中的沉积物变得更为敏感，即使是对传统柴油机机械喷射系统可以忽略的沉积物，也会对其产生重大影响。这种柴油机喷油器的喷嘴就像是一个化学反应器，它加速了燃油的氧化和沉积物的形成，劣质燃油中的杂质在这样高喷射压力情况下运动速度更快，对喷射系统损坏更大。久而久之，喷嘴处的积炭更多，使燃油喷射偏离了设计范围，造成缸内燃烧恶化，直接影响柴油机的燃烧性能和加速性能。3 故障解决措施为了验证以上推断，轮机长让二管轮停止分油机，将燃油日用柜、沉淀柜燃油全部放入1个专用舱，再从油舱中拨入新油，开启循环分滤，3 h后主机换回重油燃烧，加速试验，一切正常，反复几次再没出现先前故障。另外轮机长要求：1)今后无论是在加装燃油、还是在使用燃油过程中，千万不要轻易混油，在更换油舱时，应将燃油驳运泵放在手动驳油位置，尽量等沉淀柜的液位降到最低后才驳入新油。2)按规定使用燃油添加剂，抑制燃油中油泥、沥青质和淤渣的沉积，改善燃油性质，加快燃油在燃烧室反应速度，实践证明，按厂家指导使用燃油添加剂(1∶10 000),不仅能将燃油中的油泥减少量降低到70%以上，而且还能大大提高燃油的经济性(3%)。3)在更换油品后，务必将MOP上的估算功率与PMI上的测量功率进行比较，在主机负荷稳定时，对油品进行修正，控制二者差异在2%以内，见图3。但很多船上都不注意界面的调节，其实ME柴油机引入“Fuel Quality Offset”就是对调速器输出油门进行适当地修正(修正前后调速器输出油门刻度改变，高压油泵的实际供油量没有改变，即修正的是二者的匹配关系),事实证明该船如果当时不换燃油，而是通过修改燃油品质参数，故障很快就能排除。
4 结束语众所周知，船用燃油是一种低质燃料油，是由多种有机化合物组成的极为复杂的混合物，具有密度大、黏度高、发火性能差等特点。当2种不同的油品混兑使用时，最大的问题就是它们的不相容性，当混兑后发生不相容情况时，往往会发生化学反应，大量的沥青质、淤渣析出，造成堵塞和柴油机燃烧不良，大量冒黑烟，严重时会引起柴油机运行困难，同时燃油本身的热值大大降低。所以，在船舶燃油储存管理中，应注意不同牌号的同一油品以及不同加油港加装的同一牌号的燃油不可混装，否则将直接影响到船舶热工设备的工况。主管轮机员应高度重视，轮机长更应加强监督指导，从而杜绝出现不合理用油或发生混油引起燃油变质的现象。同时，对于ME柴油机，主管轮机员要改变对传统MC-C柴油机的管理模式和思维，要很好地利用MOP人机交换界面，从中读出大量数据，从而为快速解决问题提供便利。[1]胡丁山.ME主机加速故障及处理实例[J].航海技术,2022,No.254(02):41-43.胡丁山，高级轮机长，深圳远洋运输股份有限公司
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