某船Sulzer RND型柴油机扫气箱着火原因分析

文/ 山东交通学院海运学院 马 强

青岛远洋运输公司船员公司 于增科

威海市交通学校航海学院 李树峰

某船的Sulzer 6RND76型柴油机为瑞士Sulzer公司设计的船用大型低速二冲程、直列6缸、弯流扫气、十字头增压柴油机。该机型主要的相关技术参数为：主机额定功率9000 kW，额定转速122 r/min，设计航速14.2 kn，汽缸注油率1.22 g/（kW·h）。该机型运行可靠、管理方便，曾被广泛装备在现代大型船舶上。

Sulzer 6RND76机型采用串联旁通增压系统，该系统涡轮增压器为第一级增压，柴油机下部空间（活塞底泵）起辅助气泵作用，为串联第二级增压，扫气箱隔为内外两部分，扫气箱与内侧各缸扫气室之间均设有单向阀（口琴阀），低负荷工况设有电动辅助鼓风机。该机型扫气采用弯流扫气方式，换气质量较差。

一、故障发生及应对

该船从秦皇岛港装载27 500 t煤炭前往广西北海港卸货，主机海上定速后，此时油门格数为56格，转速为95.2 r/min。二管轮当班巡回检查中发现主机No.4缸排烟温度突然升高，再检查其他各缸排烟温度，发现亦明显高于平时，同时听到主机透平轻微喘振。

当班二管轮随即采取降速措施，但还是发现主机No.4缸缸底放泄考克处有大量浓烟冒出，通过扫气箱观察镜对各缸缸底检查发现No.4缸缸底着火，此时主机扫气箱火警警报响起，自动连锁装置将主机转速降至微速。4 h后，No.4缸缸底火势逐渐熄灭。随后当班轮机员又将油门推至56格定速继续航行。2 d后，主机No.3缸底又发生同样的情况。此次缸底着火熄灭后，主机油门再加到56格，主机各缸排烟温度立刻都超过400℃，同时主机透平颈部因废气温度太高而被烧红。此时主机各缸排烟温度见表1。

表1 No.3缸故障后油门格数为56时主机各缸排烟温度 ℃

为了航行安全，轮机长建议海上锚泊对主机进行紧急抢修。经初步分析研究决定先检查透平喷嘴环，打开主机排烟管后，发现喷嘴环进气隔栅全部被一层坚硬的汽缸燃烧产物糊死。把隔栅上的堵塞物清除后又将主机6个缸的油头全部换新，清除干净部分缸缸底积聚的油泥，然后主机重新试车，油门也只能加到46格，主机运行工况已经大不如以前，即使换用主机轻油情况也无好转，发展到最后，几乎每20多小时就要对主机透平废气进口隔栅堵塞物进行清理，就这样坚持到靠卸货港。

二、故障原因分析和查找

1. 汽缸注油率过大引起缸底大量积油

过多的汽缸油被刮油环刮下积聚在缸底。从现场No.3缸缸底观察镜上观察，发现燃烧不良的高温燃气经活塞和汽缸间的间隙喷下来，引燃了长期积聚在缸底的污油泥，造成扫气箱着火。经分析缸底的污油泥大部分来自过剩的汽缸油。对于Sulzer RND机型，制造厂推荐的汽缸注油率为1.22 g/（kW·h），实际使用的经验值常采用1.00~1.36 g/（kW·h）。经过计算，该船汽缸注油率高达2.0 g/（kW·h）。过量的汽缸油被刮油环刮至缸底，由于其黏性很大并附着在缸底和死角处，所以不易从缸底放泄考克处排走，如果不定时将其人工清除就会长期积聚在缸底，极易导致日后扫气箱着火。另外，在主机燃烧不良的情况下，汽缸注油率过大易引起活塞环结炭黏着，使活塞环失去应有的密封性。同时积炭形成磨料又加剧了缸套磨损，间接影响了主机的燃烧状况。

2. 燃烧不良是Sulzer RND型柴油机扫气箱着火的主要原因

经测量，主机No.3、No.4缸的排烟温度明显高于故障发生前，主机转速升高，造成这种情况的原因是主机燃烧不良，后燃加剧。引起燃烧不良的原因有以下6个：

（1）喷油器雾化不良。

（2）燃油进机温度不符合要求。

（3）喷油泵定时调节不当。

（4）柴油机负荷剧烈变化，暂时进气不足，燃烧恶化。

（5）扫气系统污染造成汽缸进气不足。

（6）汽缸注油率过高。

对这6个方面做如下分析和验证：

（1）故障发生后，更换主机全部油头，故障依然存在。

（2）故障发生时，燃油进机温度为115 ℃，换用轻油后主机工况不见好转。

（3）喷油定时无人为改变及其他原因可能引起的定时改变。

（4）柴油机在海上定速航行，海况良好。

（5）扫气系统故障（事后检查证实空冷器脏污堵塞）。

（6）汽缸注油率过高（事后证实）。

通过以上分析，判断事故原因可能出在空气增压系统上。

3. 透平喘振

Sulzer RND型柴油机增压系统的气体流动路线是：进口滤网→压气机→空冷器→扫气箱→各汽缸进气口→各汽缸排气口→排气管→废气涡轮→废气锅炉→烟囱。根据气体流动的路线对各部分流道依次进行检查并做以下故障分析：故障发生时柴油机运行在正常转速下，透平有轻微喘振，引起透平喘振的原因除增压系统脏污外，可能还有以下几个：（1）扫气箱着火；（2）喷油系统故障使后燃加剧。扫气箱着火与后燃都能使主机排烟温度过高，导致涡轮转速变快，压气机流量大，背压变高，从而导致透平喘振。因为故障前空冷器已经脏污，透平没有喘振，所以可以判断该事故透平喘振是由扫气箱着火及喷油系统后燃加剧造成的。

4. 空冷器冷却能力变差

空冷器冷却能力变差，使得进机空气密度下降，充入汽缸的空气量减少，在同样的喷油量下就会导致主机燃烧不良，严重影响柴油机的性能。

表2为故障前后空冷器冷却能力比较，从中可以看出：主机故障前的增压空气温度下降94 ℃，海水温度上升16 ℃；故障后的增压空气温度下降74 ℃，海水温度上升8 ℃。不考虑海水流量对空冷器造成的冷却影响，可以看出空冷器的冷却效果较2年前严重变差。

表2 故障前后空冷器冷却能力比较 ℃

该船2年前所用的油门格数为61格，现改为56格。分析原因如下：因空冷器的冷却效果变差，扫气温度上升，使得主机排烟温度上升，在采取其他措施无效的情况下，只好采取降速措施来降低主机排烟温度；主机转速降低后，排烟温度降低，透平转速亦降低，增压空气压力随之降低，充气系数降低。另外，透平废气进口隔栅堵塞，排气背压增大使残余在汽缸内的废气增多，主机油门格数改变后，主机汽缸注油率未做适当调整。以上原因导致燃烧恶化，形成了增压系统的恶性循环。

5. 汽缸缸套圆度、圆柱度超标

测量主机No.3、No.4缸缸径可知：No.3缸最大圆柱度为2.07 mm，最大圆度为0.84 mm，No.4缸最大圆柱度为2.58 mm，最大圆度为1.41 mm。汽缸缸套圆度、圆柱度已远远超过0.05 mm的最大值，对于弯流扫气柴油机来说，汽缸缸套圆度、圆柱度超标加大了汽缸与活塞之间的间隙。由于主机燃烧不良，燃烧形成的火星沿着这个间隙喷下，引燃了积聚在缸底的污油泥，导致扫气箱着火。

6. 综合分析

通过以上分析，总结认定导致扫气箱着火的原因如下：

（1）该船是一条有29年船龄的老旧船，空冷器已经多年没有良好清洗，导致其脏污较重，严重影响其冷却效果。

（2）机舱内空气中油气浓度太大，以及主机排烟管烟气漏泄造成空气污浊，日积月累使空冷器空气面脏污加剧，使扫气空气密度降低。

（3）随着空冷器脏污程度的不断加重，主机透平背压增大，扫气压力减小，残留在汽缸内的废气增多，进而换气质量变差，在原先的油门格数下，主机严重燃烧不良。为了减轻主机燃烧不良的状况，以前的轮机管理人员就人为减小了油门格数，来降低排烟温度，这使得主机透平转速进一步下降，扫气压力进一步降低。主机空冷器因为压气机排压降低、空气流动速度减慢而更易变脏，出现恶性循环。

（4）汽缸注油率过大使缸底污油泥增多，油气浓度增加，埋下了事故的隐患。

（5）缸套圆柱度、圆度超标。

三、故障排除措施

根据扫气箱着火原因的分析，具体采取了如下措施：

（1）主机透平滤网换备用。

（2）在低负荷时热水清洗压气机。

（3）清除透平废气进口隔栅堵塞物。

（4）清除扫气箱内污油泥，清洁箱壁，损坏或失效的单向阀换备用，清除扫气口积炭污油泥。

（5）调整汽缸注油率。

（6）清洗剂浸泡空冷器空气侧用专用空冷器，加热蒸汽，用循环泵进行循环清洗；清通海水冷却侧，提高冷却效率。

（7）主机油头换备用。

（8）对废气锅炉（该船为烟管锅炉）烟管进行清洁。

（9）更换No.3、No.4缸吊缸部分活塞环。

实施上述措施之后，柴油机恢复了正常运行状态。

四、结束语

Sulzer 6RND76机型采用串联旁通增压系统及弯流扫气的扫气方式，所以极易引起扫气箱着火。这类机型柴油机在日常维护管理时尤其要注意以下 几点：

（1）每班把扫气箱的排放阀逐个打开一会儿，以放泄残油。

（2）定期检查清洁扫气箱，避免扫气空间内积聚油污过多；定期用蒸汽吹通放泄残油总管，保持畅通。

（3）调整适当的汽缸油注油量。

（4）控制好正常的扫气温度，不使其升高。

（5）避免长时间低速运行，避免燃烧不良。

（6）避免超负荷运行，避免磨损加剧和燃气泄漏。

（7）在大风浪时降低柴油机的转速，避免负荷突变的范围过大。

（8）正确调整喷油器的喷油定时。

（9）定期检查活塞环的状态，对磨损、断裂和黏着的活塞环及时更换。

（10）定期检查汽缸套的磨损、圆度和圆柱度情况，超过磨损极限时应及时更换和修理。

[1]杜荣铭.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社,1999.