一起主机排烟高温故障处理案例分析

王子华 中远海运船员管理有限公司大连分公司

1.主机排烟高温原因分析

排烟温度的高低在一定程度反应了缸内负荷的大小与燃烧质量的好坏。造成主机排烟高温的原因有:船舶阻力增大，柴油机超负荷；环境温度高，扫气温度高；排气阀定时错误，包括凸轮轴传动齿轮红套滑移，排气阀驱动油泵故障等；燃油系统故障，包括喷油嘴雾化不良、喷油定时错误、油嘴安装方向错误等；排气系统脏堵，可能堵点为排烟总管进口滤网、透平喷嘴环、废气锅炉、火星熄灭器；进气系统脏堵，消音器、空冷器空气侧、水汽分离挡板、风门挡板、扫气口等。

2.故障检修情况

主机出现排烟高温后，船上做了大量检修工作。对主要修理工作梳理如下:

（1）2016年7月厂修期间，主机调速器，透平送岸解体检修。开航后发现主机由dead slow加速到half时冒黑烟并伴随透平喘振，持续35-40秒左右。海速后主机排烟高温（来往报文中提及）。在厂家指导下，修改调速器参数后冒黑烟问题解决。

（2）2016年10月申请主机排烟温度采集板，17年1月底主机排烟温度采集板换新。

（3）2018年2月，在驶往墨尔本途中，透平喘震严重，不得不在当地由MIQ公司进行抢修。修理内容如下:（1）转子，喷嘴环清洁（2）损坏透平叶片修复（3）叶轮损伤探测，动平衡检查。

（4）2018年8月透平换新后，主机排烟温度未见明显下降。

（5）2019年1月，JUNMA公司服务工程师上船对主机进行如下检查:（1）检查高压油泵定时（2）检查排气阀定时（3）按MAN 标准，进行扫气箱检查（4）打开空冷器空气侧观察孔检查（5）提醒特别注意排气背压，扫气温度。

（6）2019年6月厂修期间，对主机NO.1～NO.6缸进行吊缸检修：活塞环换新、排气阀解体清洁、空冷器送厂清洁。

（7）2019年6月厂修期间，主机透平进行解体清洁，轴承更换。遗憾的是工人把吊带遗忘在压气机端，主机试航时吊带打坏压气端转子，吊带碎末在空冷器散热片顶部可见大量聚集。后换新压气机叶轮，空冷器再次送岸清洁。

（8）2020年2月检查排烟总管出口滤网，火星熄灭器，均正常。水洗废气锅炉，但主机排烟高温仍在。

3.主机参数分析

从以上检修工作来看，几乎所有引起排烟高温的原因都进行了排查，但高温情况依然存在，肯定还有明显的故障点没有排除。查阅轮机日志、月底报表、来往报文，对主机关键节点排烟温度进行分析（表1）。

3.1 主机排烟温度分析

2016年7月厂修之前，主机各项参数正常。与说明书数据相吻合（排烟温度370℃-430℃）。2016年厂修时调速器、透平送岸检修。出厂后因油门与扫气不匹配，导致主机加速过程中冒黑烟，透平喘震。可能原因是加速过程中油门输出设置过大，扫气压力低，加速过猛，在厂家指导下修复主机加速异常工况。而2016年厂修后主机排烟温度突然增加了40℃（2016年8月-11月轮机日志缺失，查不到详细参数及异常原因说明）。

2016年10月份船方判断排烟温度采集板损坏，轮机日志排烟温度参数记录由集控室监控电脑PT100参数改为机旁温度表参数。2017年1月29日主机排烟采集板换新，主机排烟温度依然高企。由此可见主机排烟温度不是显示错误而是真的高温。

主机排烟高温伴随高负荷时废气涡轮增压器（俗称透平）喘震故障持续存在。2018年2月，主机喘震严重到不得不降速维持航行，到港进行航修。同年8月主机透平换新后，记录显示主机排烟温度未见明显下降。由此可见主机排烟高温不是因为透平故障引起的，而是另有原因未查出来。

2019年5月14日主机排烟温度与2017年厂修后相比差别不大。与首航数据比较，扫气温度升高了13℃。研究试验表明扫气温度每增加1℃，主机排烟温度升高2.5℃～3℃。根据公式T2=T1+2.5＊ΔT（T2现在排烟温度、T1首航排烟温度、ΔT扫气温度差）计算正常排烟温度应为T2=424.8℃～431.3℃，温度升高十几度的可能原因为柴油机使用日久，缸内状态变差（气阀关闭不严，缸套，活塞环磨损，间隙变大等）。

表1 主机排烟温度分析

2019年7月10日主机排烟温度与首航数据比较，扫气温度升高了10℃。计算排烟温度应为417.3℃，实测数据为425℃。排烟温度降低的原因:MDO燃烧性能好，故而排烟温度有所降低。

2020年1月7日，主机扫气温度高达68℃，计算排烟温度应为454.8℃，实测为452.5℃，二者几乎接近。以上数据分析明显表明:扫气温度升高是造成主机排烟高温的根本原因。

3.2 小结

排烟高温的根本原因是燃烧不良造成的后燃增加和未完全燃烧的燃油在排烟总管中的二次燃烧。空冷器脏堵后冷却效果差，扫气温度高，同等体积下空气质量减少。过量空气系数不足必然导致燃烧不良，排气高温。高负荷时透平喘震原因在于扫气压力升高，空冷器流阻增大，压气机的实际流量小于该转速下引起喘震的限制流量，造成气流与叶片的强烈撞击，引起喘震。这两个故障都指向了一点:空冷器空气侧脏堵。

4.空冷器空气侧脏堵原因分析

S轮废气锅炉热油循环泵轴封处有油雾；副机使用日久，活塞环密封性能逐渐下降，燃气下蹿，曲拐箱压力高，飞轮甩油；主机燃油回油管位于透平消音器下，该处震动大，发生几次回油管震断导致的燃油泄漏。以上这些油雾被主机透平吸进压气机，在空冷器散热片表面形成油污，影响传热。

判断空冷器脏污指标：（1）空冷器后扫气温度和冷却水进口温度二者温差增大，表明空冷器脏污，需要清洗。某日实测主机160rpm时空冷器扫气温度62℃，冷却水进口温度为36℃，温差16℃。与首航温差9℃（扫气温度43℃，冷却水进口温度为34℃）比明显增大。（2）扫气空气在空冷器前后压差，当ΔP超过台架试验的50%，需要清洗。台架数据80%负荷（约160rpm），空冷器压差100 mmWC。S轮空冷器压差计最大量程为500mmWC，目前压差高达2900mmWC（用塑料管自制大量程压差计），空冷器空气侧严重脏堵。2019年厂修后，扫气温度只比进厂修前降了3℃，由此可以推断出厂修时空冷器空气侧未彻底清通。

MAN B&W 6S35主机配有空冷器清洗系统，可以定期对空冷器空气侧清洗。产品存在如下缺陷致使清洗系统实际使用频次，使用效果大打折扣:（1）清洗柜材质为普通钢板，内部未做防腐处理；空冷器箱体为普通钢板，亦未做防腐处理，二者内部锈蚀严重，铁锈呈片状大量脱落。清洗管线为普通钢管，管线未做防锈处理，锈蚀严重。（2）而喷嘴直径为1mm，喷嘴使用不久就会被管线中的铁渣堵死。由于以上原因，清洗系统长期闲置不用。偶尔从清洗泵处外接一根清洗水管简单冲洗，故而空冷器越来越脏。

5.空冷器清洗

空冷器用超声波清洗机反复清洗效果最佳，这需要在厂修时进行。在营船舶可用ACC9清洗剂或10%盐酸（草酸亦可）清洗。

2020年1月16日用ACC9清洗空冷器24小时后，扫气温度降到64℃，排烟平均温度降了10℃。同年4月6日用草酸（1:20）循环清洗空冷器空气面6个小时，而后淡水冲洗。从顶部观察孔可见有1/2散热片已漏出金属铜色，边角处可见大量锈渣堵塞散热片。从底部道门看，只有1/10散热片清通。清洗后排烟平均温度降了5℃。

6.空冷器换新，故障彻底解决

鉴于通过清洗已不能恢复空冷器的设计功能，2020年6月24日对主机空冷器换新。开航实测参数如下：主机转速160rpm、透平转速17400 rpm、扫气压力1.8bar、海水温度31℃、扫气温度46℃、主机平均排烟温度降为402℃，与理论计算完全相符。空冷器压差为120 mmWC，主机透平喘震故障也得到彻底解决。