低速航行如何確保主機安全

山東海運股份有限公司 孟慶泉 徐峰

自2008年起席卷全球的航運危機爆發以來，許多船東為了降低營運成本，紛紛采取降低航速的舉措，選用降低負荷來達到降低日燃油油耗量的目的。船舶大型低速主機降低負荷運轉，給船舶輪機的管理帶來了新的挑戰。那么，如何解決降低負荷運轉可能帶來的一系列問題，以及機務管理人員及船員如何使用才能保證船舶的安全運行便成了業界普遍關注的問題。

低速航行常見問題

實踐證明，大多數主機部件不做任何改變，可以在25%至30%額定負荷下穩定運行，但長期運轉會影響主機工況，因此需要在管理上采取一定措施，確保機器能夠正常運行。如果主機長期運行在25%額定負荷以下，甚至在10%額定負荷以下，則需要對某些部件進行改造，否則可能會造成主機工況迅速惡化甚至造成機件損壞。主機低負荷運轉時可能遇到的問題通常表現為：

1、燃燒質量降低造成主機燃燒室部件、增壓器噴嘴環和葉片、廢氣爐煙管和煙囪積炭加重；嚴重時會造成煙筒著火，可能造成廢氣爐管子因局部過熱變形造成漏水；

2、 主機氣缸潤滑情況變壞；

3、 主機輔助鼓風機出現故障；

4、 主機軸承潤滑不良,磨損量增大；

5、 主機低溫腐蝕；

6、 主機掃氣箱止回閥損壞；

7、 氣缸下部掃氣室油渣增加，掃氣箱著火。

8、由于主機長期低負荷運轉使運動部件磨損加劇，維修保養周期縮短，增加維修費用和備件費用。

問題原因剖析

1、燃燒質量降低造成主機燃燒室部件、增壓器噴嘴環和葉片、廢氣爐煙管和煙囪積炭加重，由于轉速低，每個工作循環的注油量少，使得噴油霧化質量變差；同時，由于負荷小，遠離廢氣渦輪增壓器的最佳工作點，效率會大幅度降低，增壓壓力低，從而導致燃燒不充分；低負荷運轉時，氣缸和排氣閥漏氣量加大，壓縮壓力減小，氣缸內溫度減低也會引起后燃。由于燃燒不好形成積碳在活塞、活塞環、增壓器噴嘴環、透平葉輪、和廢氣管路管子內沉積，加劇了活塞環、活塞和缸套的磨損，影響氣缸密封使漏氣加劇、主機排出背壓加大增壓器效率進一步降低，使得主機工況逐漸惡化。

2、主機氣缸過度潤滑：對于機械式汽缸油注油器，由于汽缸油的注油率是和轉速成正比的，而負荷的減少和轉速的三次方成正比，若注油器設定不變，主機低負荷運轉時的注油量會超出該負荷下的需要量，這樣會顯著增加主機燃燒室部件的積炭，增加運動件的磨損。對于ALPHA電子汽缸油注油器，當主機負荷大于25%額定負荷時，汽缸油的注油率隨負荷減小而減小；但在主機負荷小于25%額定負荷時，注油率不隨負荷減小而減少，這時汽缸油的注油量會偏大。

3、主機輔助鼓風機故障：當主機低于40%額定負荷運轉時，輔助鼓風機可能長期運轉，如果保養檢查不及時，會使泄放孔堵塞，從而造成馬達軸和軸封磨損。如果輔助鼓風機長期在接近停止運轉的主機負荷下運轉，輔助鼓風機馬達工作電流會較大，當主機負荷變化時還可能造成頻繁啟動，容易造成鼓風機馬達繞組因過熱而燒壞。

4、軸承潤滑問題：由于轉速低，軸承動力潤滑油膜建立相對困難，油膜容易被破壞，在低轉速下軸瓦的應力點也會發生變化,容易在油楔邊沿可能產生疲勞破壞。

5、低溫腐蝕問題：由于低負荷運轉時氣缸平均溫度會較低，如果掃氣溫度控制不好，會產生冷凝水并和燃燒產物中的SO2反應生成亞硫酸，造成氣缸套低溫腐蝕。

6、掃氣箱止回閥損壞：低負荷運轉時，由于掃氣壓力低，活塞運行中會產生壓力波，可能造成掃氣箱止回閥頻繁開關，容易使止回閥損壞。

7、由于低轉速運轉時未燃燒的碳粒增加，且氣缸漏泄加重，加上過量潤滑，導致掉到氣缸下部的掃氣室油性顆粒增加，如果檢查和清理不及時，容易出現掃氣箱著火事故。

8、由于長期低負荷運轉造成燃燒不良，產生積碳，同時由于轉速降低，運動件相對運動速度降低，氣缸潤滑條件惡化，使活塞、活塞環和缸套的磨損加劇，軸瓦和軸的磨損也會變大，使得保養周期縮短維修費用增加。由于燃燒不好，排溫高，燃燒室、增壓器噴嘴環和鍋爐管子的積碳增加，使高溫腐蝕加劇，也會造成機件的壽命縮短。

正常運轉的建議措施

主機在45%額定負荷以上運轉時，針對船舶柴油機低負荷運轉時可能出現的上述問題，根據我們多年的工作經驗及相關理論，建議采取以下方面的應對措施：考慮選擇合適的經濟航速，盡量使主機長期運轉在45%額定負荷以上，這種負荷下廢氣量能夠使主機渦輪增壓器正常運轉，主機輔助鼓風機不會啟動，而且能夠保證輔助鍋爐有足夠的廢氣量來產生船舶需要的蒸汽，不必要使輔鍋爐點火運行，以免產生額外的鍋爐油耗。在這種情況下，主機不需要采取特別措施，只是簡單地采取如下運轉管理措施就可保證主機正常工作：

1、適當減少汽缸油注油量，防止過度潤滑；定期進行掃氣箱污油取樣化驗，分析污油的剩余減值間接判斷汽缸油注油率是否合適；根據掃氣口檢查結果判斷注油量是否合適；

2、 保持掃氣溫度45-50度，盡量提高冷卻水溫度，減少低溫腐蝕；

3、 每天保證主機在設計工況下運轉1-2小時，沖洗增壓器和廢氣爐，防止煙灰沉積；

4、 增加主機和增壓器的參數監控頻次，注意廢氣鍋爐前后壓差的變化，以判斷廢氣鍋爐煙管的臟污程度，如壓差過大，應及時清潔；

5、 增加主機掃氣口的檢查次數和清潔次數；

6、 大風浪天航行，主機轉速和負荷劇烈變化時，采取措施防止主機輔助鼓風機頻繁啟動。

主機在30%額定負荷以下運轉時，當主機長期運轉在30%額定負荷以下時，除了采取上述常規措施外，還應采取如下措施：

1、經常檢查輔助鼓風機的運轉狀況，尤其是檢查泄放孔有沒有堵塞，定期檢修輔助鼓風機，防止主機輔助鼓風機頻繁啟動。

2、氣缸潤滑：對ALPHA電子注油器，可以使用直徑小的活塞或減小柱塞行程，對機械式注油器可以根據掃氣口檢查結果適當調小注油量。為保證潤滑注油率不能太小，汽缸油的剩余堿值就會偏大，尤其是20%負荷以下時，為減少積碳產生又能保證良好的潤滑，考慮采用低堿值汽缸油；因為如果汽缸油注油率過大，汽缸油的剩余堿值會偏大，在燃燒室內和排氣通道內會增加堅硬的白色沉積物，會加速運動件的磨損率，如果注油率過低不利于氣缸良好潤滑。

3、改善燃燒質量：對于有兩臺以上增壓器的主機，可以考慮切除一臺增壓器，以增加剩余增壓器的工作效率，從而增加掃氣壓力；可以采用變噴嘴環的增壓器和廢氣旁通，增加主機低負荷時的掃氣壓力；改進噴油器噴油嘴的設計，比如更換直徑較小的噴油嘴，改善霧化質量；適當調整噴油提前角，減少后燃的發生。可以考慮在連桿大端增加墊片，提高壓縮比；如果長期在低負荷下運轉還可以考慮更換增壓器改變主機最佳工況匹配點，提高主機整體效率；

4、增加白合金軸瓦的檢查頻率，用內窺鏡對軸承狀況進行附加檢查；注意觀察軸承溫度的變化。

5、到港后打開廢氣鍋爐道門進行檢查，防止煙灰過量沉積，煙灰燃燒，造成鍋爐管局部過熱而燒毀。

6、經常進行主機掃氣口檢查和掃氣道清潔，尤其注意檢查清潔止回閥有無裂紋，開關是否靈活。

主機在低負荷運轉時，工況會發生改變，只要采取合理措施就能有效避免主機發生故障，保證主機正常運轉。同時，在不改變機件的情況下，船東應盡量采取保持主機在40%額定負荷以上運轉的策略，同時給船舶合理的指導，加強管理，避免因降速航行而對主機產生不良影響。

驗船師手記

近期檢驗船舶時發現很多船舶的斜撐未按規定施工。對于欄桿加斜撐的要求，ICLL 2003 修正案提出了明確的要求：“所有露天甲板四周應裝設欄桿或舷墻,至少每第3 根支柱應由肘板或撐條支持”（適用于2005 年1月1日及以后安放龍骨或處于類似建造階段的船舶）。不少船舶未按規定施工源于《1966 年國際載重線公約》，附則I: 載重線核定規則，第II 章:核定干舷的條件，第二十五條對船員的保護。

《1966 年國際載重線公約》雖未明確對欄桿加斜撐做出要求，但是早在LL47Rev.1 1980 的IACS 統一解釋對此有相關的內容：LL47 Rev.1 1980 即是對66 載重線公約的解釋，因此按照此統一解釋，對于1980年以后建造的現有船，船上的欄桿每三檔的支柱還是需要設置肘板支撐。驗船師應確認船舶是否能夠符合公約對其的要求，避免給船舶的航行安全留下隱患。