柴油机曲柄箱油雾浓度压力波动原因分析

宓保敬 烟台打捞局

某轮为2018年建造的全电推救助拖轮，主推进装置为2＊4000KW吊舱推进器，配有四台2720KW中压发电机组为船舶提供动力。船舶在试航过程中发生过四台主发柴油机曲柄箱油雾浓度高报警的故障现象，经过多方面查找，后来将油气分离器割开，将油气分离器上部的出气管进行切短，避免油气分离器进气管和出气管和泄放管相互影响造成透气不畅。因为在船厂期间主发柴油机很少使用，并没有经过验证整改后的效果，出厂交船后，四台发电机频繁出现曲柄箱油雾压力高报警的情况，尤其是2号主发柴油机在使用期间相比于其他三台柴油机要高很多，2号在85%负荷运行时其压力一般在1.20-2.17mbar间波动，其他三台柴油机的曲柄箱内压力在0.3-1.20mbar间波动。并且四台柴油机的滑油消耗量处于较高水平，在试航期间测得每台机滑油平均消耗数据为2.3lg/kwh要远高于柴油机说明书提供的数据0.5g/kwh。

1.故障经过

5月20日凌晨，2、3号机组同时在网运行，2号主发柴油机曲柄箱油雾浓度高报警，很短时间内出现ESM报警，激活shutdown动作，在备用机组（NO.1号柴油机）未启动合闸的情况下，柴油机保护停车，两台推进器功率负载受限自动降速，配电板一级分级卸载激活，所有等级一的次要负载设备脱扣停止运行。备用机组在短时间内启动并电恢复电力供应。在机旁对2号柴油机盘车进行检查，点温计检查道门、及主轴承温度基本都在正常范围（检查滑油温度64.6℃，道门温度在46-48℃左右，主轴承位置测得数据在74℃左右）内，因机体较热，为避免次生危害，在集控室恢复一级卸载设备复位供电后，恢复船舶正常航行。

在柴油机停车一段时间后，对2号机进行检查，打开曲柄箱道门检查内部各运动部件均未发现异常，油雾浓度探测器光学探头、压力变送器打开检查探头附近有明显油滴，油气分离器泄油S型管拆下检查内部积油检查，积油量大约800ml。

进一步检查设备无异常后，为保证船舶航行安全，保持动力供应，启动该发电机，拆下油雾浓度探测器出口进油气分离器的弹性连接管，将曲柄箱内产生的油雾排放至机舱内，这样曲柄箱内的压力在85%负荷工况下降低，保持在0.5-1.4mbar，能够维持正常航行。

2.故障检查和原因分析

在后期的船舶营运过程中，四台发电柴油机曲柄箱压力能够稳定在允许工作压力范围内，在较高负荷时油雾浓度监测压力仍然在允许范围的较高值，短时会有超出报警值情况，影响设备的安全运行，有必要对引起曲柄箱油雾压力高的原因进行分析。

2.1 检查结果

检查柴油机各热工参数均在正常范围内，基本排除柴油机曲柄箱热源导致油雾浓度增加引起压力升高的可能。

检查曲柄箱透气管的布置情况：对曲柄箱透气系统进行检查：该船4台主发电柴油机，其中左侧NO.1/2号柴油机曲柄箱经油气分离器先后经过5、6个直角变向，分别进入左烟囱，沿烟囱后侧分别向上延伸到船长甲板层，向前90°直角到烟囱前壁，再90度直角向上延伸到罗经甲板接入集气箱，通过风闸通向大气，，3、4号和停泊发电机曲柄箱透气管自机体经过探测器及探测管，经油气分离器分别并行，沿右烟囱后侧分别向上延伸到船长甲板层，向前90°直角到烟囱前壁，再90度直角向上延伸到罗经甲板接入右侧集气箱，通过风闸通向大气。

检查各油雾浓度探测器运行功能，都在正常范围内，在瞬时压力高时会出现报警指示灯闪，在延时工作范围内会自动消警，说明其工作情况正常。

检查透气管、油气分离器工作情况，透气管尺寸与图纸相符，流通截面积能够满足排放要求。油气分离器放残管布置为S型，这种布置容易引起积油，严重时会导致油气分离器积油过多影响曲柄箱透气的情况。

检查左右烟囱曲柄箱透气管集气箱，左右集气箱在罗经甲板分别布置在烟囱偏向船中侧，百叶窗向船中对向布置，集气箱内各透气管前后布置，防火网清洁无堵塞。

2.2 原因分析

曲柄箱透气管的作用主要是将产生的油气向上排放到大气，正常情况下由于温度差的作用热气向上形成烟囱效应形成负压将曲柄箱油气抽出，曲柄箱内的压力正常情况下应该是低于大气压。根据四台柴油机曲柄箱压力的变化情况，分析造成压力高的原因可能有：

一是发电柴油机在较低负荷下滑油温度低，曲柄箱内产生的油雾浓度处于较低水平，在高负荷时滑油温度高，油气挥发量大，在遇到较低空气时，油气形成雾滴，造成油雾浓度较高。

二是曲柄箱油雾在经透气管向上至大气过程中由于经过7到8处直角转向，烟囱效应降低，影响油气的散发，背压升高。

三是罗经甲板的集气箱出口朝向中间，在船舶较高航速航行时，由于船速带来的风压会作用在集气箱的排风口，集气箱内部背压较高，曲柄箱透气管的烟囱效应大大降低，而集气箱内布置为1前二后，3前4后，由于船风进到集气箱内后产生的涡流，2号和4号透气管的风压会大于1号和3号机的透气管，这就造成了四台机在运行时曲柄箱内的压力处于较高范围，2、4号机曲柄箱压力大于1、3号机。（柴油机运行过程中观察相同负荷下曲柄箱内压力变化情况：在船速较低时曲柄箱内压力波动范围只有0.01-0.23 mbar之间，远低于正常航速下的曲柄箱内压力，这也证明集气箱的设计和布置有缺陷，船风、舷侧来风对透气管形成的风压不利于柴油机油雾的排出）。

3.故障结论

通过以上原因分析，曲柄箱油雾压力高的原因在于曲柄箱透气不畅，由于风压作用更加剧了这一现象。曲柄箱油雾压力长期过高会影响设备的安全运行，常见影响包括以下几个方面：

一是曲柄箱内压力过高，不利于散热，温度升高，润滑油被活塞环向上带入燃烧室、油滴随透气管进入大气。造成曲柄箱润滑油使用周期缩短、润滑油消耗量大量增加；

二是曲柄箱内压力长期过高，温度升高，会造成曲轴油封、曲轴箱各衬垫失效，造成滑油渗漏；

三是曲柄箱压力高，会造成油雾浓度升高，油雾进入大气数量量增加，油蒸气污染大气。

4.曲柄箱油雾浓度探测及透气系统的整改建议及维护保养

（1）将四台柴油机曲柄箱透气管布置进行优化，尽量减少直角转向点，对水平布置的管线考虑到船舶横摇影响透气，应改为倾斜向上15°左右，在烟囱内沿烟囱前壁垂直向上一直到集气箱，最大程度发挥透气管的“烟囱”效应；

（2）对罗经甲板的集气箱位置进行改造，箱内的透气管转向90°向后，将集气箱百叶窗改向后布置，这样船艏来风或在船全速前进时，会在集气箱百叶窗两侧附近产生涡流，排气口附近的压力会低于周围的压力，能够增加透气管的烟囱效应，提高排气效果，降低曲柄箱内压力；

（3）将曲柄箱透气管上的油气分离器S型管进行改造，改为U型管并在U型管底部增加一个放残考克，便于日常检查油气分油效果、集油量检查及集油泄放情况；

通过以上措施，将会有效改善曲炳箱透气不畅的问题，可以保持曲柄箱内油雾压力在正常范围内，另一方面由于曲柄箱压力造成滑油消耗过多的现象也将会明显改善。

（4）做好柴油机的维护保养，保持各系统良好性能，保持冷却循环系统正常，减少油气的产生，从根源上减少油雾浓度升高引起的压力升高。

（5）油雾探测器是柴油机正常运行的和保护装置之一，气液分离器底部放残阀常开或定期拆检，定期检查排除透气系统各油封、水封，保持透气管路的畅通。要确保报警和连锁控制功能正常工作，不可随意关闭其功能。

（6）曲柄箱防爆门启动压力设定应该定期进行测试，保证其正常功能，一旦发生油雾浓度迅速升高故障，防爆门能够迅速动作，避免损失扩大。

（7）强化值班人员的技能培训，严格按照操作规程进行操作和维护保养。严格按照巡回检查路线检查曲柄箱集气箱、油雾浓度探测器运行及参数变化情况，提高对油雾浓度高的危害性认识，提高情景意识和应急处置能力。