伴热管路故障引起的主机自动减速2例

梅小帅ranit93k 2022-05-02 发布于北京

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0 引言

从节约能源、降低运营成本考虑, 船舶主机大多燃用高黏度、低品质的燃油。为保证该品质燃油在各供油管路中的有效流通, 在各个燃油管路上均伴有加热和保温装置。笔者分析2起因供油管路中伴热管路故障引起的主机自动减速案例, 供同人参考。

1 案例1

1.1 故障现象及诊断

某船二冲程六缸主机采用Auto Chief IV主机遥控系统, 燃用IF 380 c St燃油, 设计最大持续转速为120 r/min, 目前常用营运转速为105 r/min。

某日1700时, 船舶机动航行自某港口驶出, 车钟由Dead Slow加至Slow时主机排温虽有偏差, 但在偏差报警范围内, 并未引起值班人员的注意。当车钟由Slow加至Half时, 主机排温偏差大报警, 同时调速器控制面板中Fuel Limit On指示灯亮, 主机自动减速至42 r/min (Slow对应转速) 。

经与驾驶台沟通, 将车钟拉至Slow后再次推至Half, 主机转速仍维持在42 r/min左右。通过主机控制面板查看各缸排温, 发现主机No.3和4缸排温明显低于其他缸;至主机机旁查看各缸温度, 发现与控制面板中显示基本一致, No.3和4缸主机排温亦明显低于其他缸;通过玻璃观察镜观测各缸高压油泵及排气阀工作情况, 发现并无明显差别, 而No.3和4缸高压油泵及排气阀同时故障的概率也极低;用手触摸各缸高压油泵至喷油器段高压油管, 发现No.3和4缸高压油管脉冲微弱, 其他各缸脉冲正常。

再次与驾驶台沟通后, 抛锚并更换No.4缸的2只喷油器, 启动主机加车, 故障现象依旧。查看报警历史记录, 发现自0900时 (船舶正在靠泊) 主机燃油混合桶低位报警一直处于报警状态 (本船燃油混合桶自动放气电磁阀已被拆除, 见图1) 。立即手动放气至报警复位, 约10 min后主机No.3和4缸排温逐渐上升, 主机排温偏差报警复位, Fuel Limit On报警灯熄灭, 主机转速加至54 r/min。又先后2次对主机进行加减速试验, 均正常。在接下来的2周内, 发生3次主机燃油混合桶低位报警及主机自动减速故障, 且都发生在船舶离码头时。

图1 主机燃油混合桶

现场查看主机燃油供给系统 (见图2) , 发现燃油至高压油泵分配总管后, 首先到达No.3和4缸高压油泵处;该段油管呈倒U状 (见图3) , 一旦供油系统管路中积气, 首先会聚集在No.3和4缸倒U形管处;主机运行后, 供油系统中的气体会持续进入No.3和4缸喷油器, 致使不发火而排温低。因此, 故障很可能是供油系统中的气体进入No.3和4缸喷油器所致。

图2 主机燃油供给系统

图3 高压油泵管路连接

1.2 原因分析

在本船燃油供给系统中, 供油泵出口压力基本维持在4 bar, 循环泵出口压力基本维持在8 bar。分析进气原因, 可能为: (1) 燃油中携带的空气在管路中析出; (2) 燃油中所含水分在系统中汽化; (3) 外界空气被吸入系统。

由于本船燃油系统的温度、压力等参数与以往并无较大差别, 应该不是空气自燃油中突然析出所致。通过查询燃油饱和蒸气压力温度对照表 (见表1) , 绝对压力为9 bar时所对应的饱和温度约为175℃, 而本船供油系统的温度基本维持在130℃, 故不可能是水分汽化导致系统进气。

表1 燃油饱和蒸气压力温度对照表

用红外线测温仪测得供油泵吸口滤器外壳温度仅为28℃ (当时机舱的环境温度为18℃, 燃油日用柜温度为100℃) , 燃油日用柜至此滤器段管路的温度也仅为30℃左右。仔细检查发现, 该段管路伴热管系因有裂纹, 已被闷堵。

由于本船主机单独使用1套供油系统, 在船舶靠泊期间整个供油系统处于内循环状态, 基本不消耗日用柜燃油, 致使自燃油日用柜到供油泵吸口滤器段的燃油处于滞流状态。因伴热管路损坏, 致使该段燃油温度逐渐降至接近环境温度, IF 380 c St燃油在此温度下极不易流动;系统的微量泄漏又使得供油泵必须从燃油日用柜中吸油, 从而在吸口滤器处形成较大负压, 空气可能自此处进入系统;主机刚运行时, 随着系统中的燃油被消耗, 在吸口滤器处形成更大的负压, 更多的空气依次经过供油泵吸口滤器、供油泵、混合桶、增压泵、高压油泵、喷油器进入到No.3和4缸中。

由于主机的6个缸中有2个缸不发火, 造成4带2的拖带现象, 故主机调速器燃油限制起作用, Fuel Limit On指示灯亮, 且主机排温偏差大报警, 主机转速被限制在Slow。

1.3 故障解决

对整个主机供油系统进行查漏;重新紧固燃油日用柜至供油泵管路的所有法兰;更换供油泵吸口滤器压盖床垫;更换被闷堵的伴热管系, 使其恢复正常工作, 并重新包扎该段绝热层。

再次测量温度:船舶靠泊时, 自燃油日用柜到供油泵段管路基本保持在70℃以上;主机运行时, 该段温度达到90℃。主机供油系统恢复正常使用, 主机燃油混合桶低位报警出现的频率大为降低, 该故障基本得到解决。

2 案例2

2.1 故障现象

某日同一艘船舶由定速航行转为机动航行, 车钟转至Half, 主机转速逐渐降为54 r/min, 约10 min后主机No.4缸排温偏差大报警, 主机自动减速。查看各缸排温, 发现该缸排温约为180℃并有继续下降的趋势, 其他各缸均在260℃以上。

根据案例1的经验教训, 首先用手触摸各缸高压油泵至喷油器段高压油管, 与其他各缸相比, No.4缸脉冲稍有增强 (因该缸喷油器刚换新, 未引起笔者太大的注意) ;打开混合桶手动放气阀, 发现该阀后管路立即变热, 说明并未积气。根据航行计划, 本船随后进行漂航, 在得到驾驶台允许后, 笔者进行以下原因查找和故障排除工作。

2.2 原因分析

(1) 拆出No.4缸的2只喷油器进行重新泵压, 2只喷油器启阀压力符合说明书规定, 各喷孔雾化情况良好且无脏堵现象。

(2) 在拆出No.4缸喷油器的同时拆除No.3和4缸高压油管, 观察、比较这2个缸的高压油泵出油情况, 发现二者高压油泵出油量及工作情况基本一致。

(3) 装复喷油器和高压油管, 并开启喷油器伴热管路控制球阀后, 发现该缸喷油器伴热管温度明显低于其他缸。

(4) 该船喷油器伴热管路 (见图4) 内燃油来自主机燃油供给系统, 每个缸的2只喷油器共用1路, 进、回油路各有1只球阀控制。仔细观察发现, 该缸伴热进油管路球阀手柄虽指示在开的位置, 但实际已与中心转轴脱开, 该球阀实际处于关闭状态。查看检修记录及询问, 得知前一天上午船舶海上定速航行 (105 r/min) 时, 因该缸伴热管与喷油器连接处渗漏, 值班人员关闭2只球阀进行检修, 检修结束后便开启2只球阀, 并未注意到其已损坏, 更未检查该伴热管路温度, 从而造成此次故障。

图4 喷油器伴热管路示意

2.3 故障解决

更换该故障球阀, 使得该缸喷油器伴热管系恢复正常工作;再次启动主机, 该缸排温及高压油管脉冲恢复正常, 通过多次对主机加减速试验, 均无排温偏差大及自动减车报警发生。此故障得到解决。

2.4 故障发生原理及总结

目前对于强化程度较高的中、低速柴油机, 大多使用冷却式喷油器, 冷却液通常采用淡水。该船巧妙地使用系统中的燃油作为冷却液, 不但省去专门的密封, 而且设计也较为简单, 在主机备车及低速航行期间可以对喷油器进行有效预热, 使得待喷燃油在喷油器中维持一定的温度, 不但可以保证燃油的有效流通, 而且可以为燃油良好的雾化效果提供温度保证, 还可以在主机较高负荷运行时为喷油器提供有效冷却。

该船主机No.4缸因伴热管球阀故障, 使得主机在低负荷运行时不能对该缸喷油器进行有效加热, 致使喷油器内燃油黏度增大、流动困难、雾化不良、喷油量减少等, 导致该缸燃烧不正常、排温下降, 主机自动减车。