淺談低負荷工況下船用主機低溫腐蝕的預(yù)防

湯明

摘 要：文章分析了低負荷工況下，船舶二沖程主柴油機低溫腐蝕的形成原因，低溫腐蝕對柴油機的危害，并闡述了防止低溫腐蝕的管理措施。

關(guān)鍵詞：船舶主柴油機；低負荷；低溫腐蝕；預(yù)防措施

中圖分類號：U664.81 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0174-02

Abstract： This paper analyses the causes of low temperature corrosion in the marine two-stroke diesel engines under the low load condition and its hazards to the marine diesel engine as well. Finally， it also expounds some precautions to avoid the low-temperature corrosion.

Keyword： marine main diesel engine；low load；low-temperature corrosion；precaution

引言

國際航運市場持續(xù)處于低谷階段，為節(jié)約燃油費用船東和租船人要求船舶使用“最低安全經(jīng)濟航速”。因而，大多數(shù)船舶主柴油機長期處于40%-60%的低負荷運轉(zhuǎn)，從而引起低溫腐蝕造成主機零部件損壞，增加船舶維修保養(yǎng)費用。

1 低溫腐蝕的成因

船舶柴油機低溫腐蝕必須具備三個要素：硫化物、水、低溫環(huán)境。由此形成的液態(tài)硫酸是低溫腐蝕的主要原因。

1.1 硫化物的來源

船舶主柴油機燃用高硫燃油，燃油燃燒后，生成二氧化碳、二氧化硫、水以及釩、鐵、鈉的氧化物等燃燒產(chǎn)物。高溫環(huán)境中釩、鐵、鈉的氧化物的催化作用，促使二氧化硫進而氧化成三氧化硫。

1.2 水的來源

氣缸中的水分有三個來源：（1）燃油中含有的水分；（2）燃油燃燒生成的水分；（3）掃氣中攜帶的水分。因此，燃油品質(zhì)和掃氣空氣的處理質(zhì)量決定了氣缸內(nèi)水分的含量。

1.3 低溫環(huán)境的產(chǎn)生

柴油機低負荷工況下，按高負荷工況設(shè)計的冷卻水系統(tǒng)工作參數(shù)與氣缸實際工況不匹配，冷卻水量過剩，水溫低，造成氣缸壁溫度降低，同時，過量的低溫冷卻水造成掃氣溫度降低，促使氣缸溫度進一步下降。

柴油機高負荷工況下，三氧化硫與水蒸汽結(jié)合產(chǎn)生硫酸蒸汽，僅極少量的硫酸在缸壁上凝結(jié)，大部分硫酸蒸汽隨柴油機排氣排出氣缸。少量液態(tài)硫酸遇到高堿性氣缸油，氣缸油中的碳酸鈣與硫酸產(chǎn)生中和化學反應(yīng)生成少量硫酸鈣和水。活塞環(huán)的往復(fù)運動能將少量硫酸鈣從氣缸壁刮下，形成粉末排出燃燒室。然而，柴油機低負荷工況時，缸壁溫度低于硫酸蒸汽的露點，硫酸以液態(tài)形式大量附著于氣缸壁。液態(tài)硫酸與氣缸油中的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生成大量硫酸鈣，在活塞頭、環(huán)槽和缸壁上聚集，在燃氣高溫作用下，形成黑色殘留物粘在氣缸壁表面。掃氣口檢查時，可見到氣缸壁上有明顯的黑色殘留物（見圖1）。黑色殘留物不是柴油機腐蝕和拉缸的產(chǎn)物，用棉紗蘸上輕油用力擦拭，可以去除。然而，這種狀況是低溫腐蝕的前兆。黑漆狀殘留物說明氣缸中的硫酸已經(jīng)大量形成。

2 低溫腐蝕的危害

2.1 氣缸壁磨損

附著在氣缸壁上的液態(tài)硫酸與氣缸表面的鐵及鐵合金產(chǎn)生化學反應(yīng)生成氧化鐵，并在磨損中從氣缸壁上剝落，使氣缸壁布滿細小的空穴，這是氣缸套腐蝕磨損的典型表現(xiàn)。金屬剝落形成空穴，破壞了氣缸油油膜的形成和分布，使氣缸套磨損加劇。

2.2 活塞環(huán)磨損

低溫腐蝕生成的細小的氧化鐵及氧化亞鐵顆粒，從氣缸壁剝落，夾雜在氣缸套和活塞環(huán)之間形成磨粒。活塞運動時，加劇了氣缸套和活塞環(huán)的異常磨損。此外，大量硫酸存在，使得氣缸內(nèi)硫酸鈣（積碳的主要成分）增加，在低負荷工況下，活塞頭及活塞環(huán)槽嚴重積碳，阻礙活塞環(huán)在環(huán)槽中的運動，造成活塞環(huán)粘著磨損（如圖2所示）。

3 低溫腐蝕的預(yù)防措施

為防止低溫腐蝕的發(fā)生，輪機人員必須采取措施，加強主機維護管理，確保主機正常運行。

3.1 氣缸油管理

柴油機在低負荷下運行，附著在氣缸壁上的液態(tài)硫酸增多。通過下列措施，可以去除硫酸：（1）適當提高氣缸油注油率。氣缸油注油率增加，可提高氣缸油中和硫酸的能力。然而，過多的氣缸油會導(dǎo)致掃氣口、活塞頭及活塞環(huán)槽嚴重積碳，掃氣口堵塞、活塞環(huán)粘著。因此，提高氣缸油注油率后，應(yīng)加強柴油機掃氣口檢查，定期化驗掃氣箱殘油，根據(jù)檢查和化驗結(jié)果，合理調(diào)整氣缸油注油率，防止氣缸過度潤滑，積碳增加。（2）換用更高堿性的氣缸油。氣缸油堿性越高，去除硫酸的作用越強。然而氣缸油堿值過高，柴油機氣缸內(nèi)出現(xiàn)大量灰白色或微黃色沉積物，造成缸套和活塞環(huán)磨損。因此，提高氣缸油堿值應(yīng)充分考慮柴油機制造商和潤滑油廠家的推薦，并定期化驗掃氣箱殘油。根據(jù)化驗結(jié)果和廠家的推薦合理選擇氣缸油。

3.2 缸套冷卻水管理

低溫腐蝕是在氣缸壁溫度低于硫酸露點時產(chǎn)生的。下列措施有利于提高缸套內(nèi)表面的溫度：（1）適當提高缸套冷卻水溫度。低負荷運行的柴油機燃燒室平均溫度低，導(dǎo)致缸套內(nèi)表面溫度下降。提高柴油機缸套水進機溫度，缸套內(nèi)表面溫度將上升，從而阻止低溫腐蝕。然而，現(xiàn)代大型船舶柴油機缸套冷卻水出口溫度達到90℃時，柴油機會自動保護降速（即slow down），實踐中應(yīng)根據(jù)柴油機說明書推薦的冷卻水溫度范圍，將缸套冷卻水溫度控制在正常范圍上限附近，確保柴油機穩(wěn)定運行。（2）適當減小缸套冷卻水流量。實驗表明，減小冷卻水流量，可提高柴油機低負荷工況下氣缸壁表面溫度。管理中可通過旁通調(diào)節(jié)法和節(jié)流調(diào)節(jié)法來實現(xiàn)。然而，過度調(diào)節(jié)冷卻水流量可能會引起冷卻水系統(tǒng)低壓報警。冷卻水壓力不足亦可引起缸套外表面穴蝕。對于定流量冷卻系統(tǒng)來說，變量調(diào)節(jié)只能作為輔助控制方法。

3.3 控制燃氣中的水分

氣缸中的水分來自燃油、掃氣及燃燒產(chǎn)物。因此，管理中必須注意以下問題：（1）加強燃油管理。首先，在燃油加裝時，要注意檢查燃油的水含量，使之符合ISO的標準。其次，燃油使用過程中，加強燃油分油機的管理，做好燃油凈化處理，降低燃油進機前的含水量。（2）加強主機空冷器管理。空冷器冷卻效果越好，掃氣溫度越低，可促進掃氣空氣中水分分離，使掃氣含水量降低。然而，掃氣溫度越低，對缸套的冷卻作用就越強，缸套內(nèi)表面的溫度就越低。因此，適當提高掃氣溫度，對預(yù)防低溫腐蝕有利。通常，根據(jù)柴油機說明書推薦的掃氣溫度范圍，適當調(diào)節(jié)空冷器冷卻水量及冷卻水的溫度，在保證柴油機排氣溫度的前提下，盡量提高掃氣溫度。

4 結(jié)束語

船舶主柴油機在低負荷工況下運轉(zhuǎn)，引起低溫腐蝕。造成主機危害，輪機人員必須加強船舶主機及附屬設(shè)施和油料管理工作，嚴格控制主機運行參數(shù)，避免低溫腐蝕要素形成。

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