柴油機(jī)曲柄箱油霧濃度壓力波動(dòng)原因分析

宓保敬 煙臺(tái)打撈局

某輪為2018年建造的全電推救助拖輪，主推進(jìn)裝置為2＊4000KW吊艙推進(jìn)器，配有四臺(tái)2720KW中壓發(fā)電機(jī)組為船舶提供動(dòng)力。船舶在試航過程中發(fā)生過四臺(tái)主發(fā)柴油機(jī)曲柄箱油霧濃度高報(bào)警的故障現(xiàn)象，經(jīng)過多方面查找，后來將油氣分離器割開，將油氣分離器上部的出氣管進(jìn)行切短，避免油氣分離器進(jìn)氣管和出氣管和泄放管相互影響造成透氣不暢。因?yàn)樵诖瑥S期間主發(fā)柴油機(jī)很少使用，并沒有經(jīng)過驗(yàn)證整改后的效果，出廠交船后，四臺(tái)發(fā)電機(jī)頻繁出現(xiàn)曲柄箱油霧壓力高報(bào)警的情況，尤其是2號(hào)主發(fā)柴油機(jī)在使用期間相比于其他三臺(tái)柴油機(jī)要高很多，2號(hào)在85%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)其壓力一般在1.20-2.17mbar間波動(dòng)，其他三臺(tái)柴油機(jī)的曲柄箱內(nèi)壓力在0.3-1.20mbar間波動(dòng)。并且四臺(tái)柴油機(jī)的滑油消耗量處于較高水平，在試航期間測(cè)得每臺(tái)機(jī)滑油平均消耗數(shù)據(jù)為2.3lg/kwh要遠(yuǎn)高于柴油機(jī)說明書提供的數(shù)據(jù)0.5g/kwh。

1.故障經(jīng)過

5月20日凌晨，2、3號(hào)機(jī)組同時(shí)在網(wǎng)運(yùn)行，2號(hào)主發(fā)柴油機(jī)曲柄箱油霧濃度高報(bào)警，很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)ESM報(bào)警，激活shutdown動(dòng)作，在備用機(jī)組（NO.1號(hào)柴油機(jī)）未啟動(dòng)合閘的情況下，柴油機(jī)保護(hù)停車，兩臺(tái)推進(jìn)器功率負(fù)載受限自動(dòng)降速，配電板一級(jí)分級(jí)卸載激活，所有等級(jí)一的次要負(fù)載設(shè)備脫扣停止運(yùn)行。備用機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并電恢復(fù)電力供應(yīng)。在機(jī)旁對(duì)2號(hào)柴油機(jī)盤車進(jìn)行檢查，點(diǎn)溫計(jì)檢查道門、及主軸承溫度基本都在正常范圍（檢查滑油溫度64.6℃，道門溫度在46-48℃左右，主軸承位置測(cè)得數(shù)據(jù)在74℃左右）內(nèi)，因機(jī)體較熱，為避免次生危害，在集控室恢復(fù)一級(jí)卸載設(shè)備復(fù)位供電后，恢復(fù)船舶正常航行。

在柴油機(jī)停車一段時(shí)間后，對(duì)2號(hào)機(jī)進(jìn)行檢查，打開曲柄箱道門檢查內(nèi)部各運(yùn)動(dòng)部件均未發(fā)現(xiàn)異常，油霧濃度探測(cè)器光學(xué)探頭、壓力變送器打開檢查探頭附近有明顯油滴，油氣分離器泄油S型管拆下檢查內(nèi)部積油檢查，積油量大約800ml。

進(jìn)一步檢查設(shè)備無異常后，為保證船舶航行安全，保持動(dòng)力供應(yīng)，啟動(dòng)該發(fā)電機(jī)，拆下油霧濃度探測(cè)器出口進(jìn)油氣分離器的彈性連接管，將曲柄箱內(nèi)產(chǎn)生的油霧排放至機(jī)艙內(nèi)，這樣曲柄箱內(nèi)的壓力在85%負(fù)荷工況下降低，保持在0.5-1.4mbar，能夠維持正常航行。

2.故障檢查和原因分析

在后期的船舶營運(yùn)過程中，四臺(tái)發(fā)電柴油機(jī)曲柄箱壓力能夠穩(wěn)定在允許工作壓力范圍內(nèi)，在較高負(fù)荷時(shí)油霧濃度監(jiān)測(cè)壓力仍然在允許范圍的較高值，短時(shí)會(huì)有超出報(bào)警值情況，影響設(shè)備的安全運(yùn)行，有必要對(duì)引起曲柄箱油霧壓力高的原因進(jìn)行分析。

2.1 檢查結(jié)果

檢查柴油機(jī)各熱工參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，基本排除柴油機(jī)曲柄箱熱源導(dǎo)致油霧濃度增加引起壓力升高的可能。

檢查曲柄箱透氣管的布置情況：對(duì)曲柄箱透氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查：該船4臺(tái)主發(fā)電柴油機(jī)，其中左側(cè)NO.1/2號(hào)柴油機(jī)曲柄箱經(jīng)油氣分離器先后經(jīng)過5、6個(gè)直角變向，分別進(jìn)入左煙囪，沿?zé)焽韬髠?cè)分別向上延伸到船長(zhǎng)甲板層，向前90°直角到煙囪前壁，再90度直角向上延伸到羅經(jīng)甲板接入集氣箱，通過風(fēng)閘通向大氣，，3、4號(hào)和停泊發(fā)電機(jī)曲柄箱透氣管自機(jī)體經(jīng)過探測(cè)器及探測(cè)管，經(jīng)油氣分離器分別并行，沿右煙囪后側(cè)分別向上延伸到船長(zhǎng)甲板層，向前90°直角到煙囪前壁，再90度直角向上延伸到羅經(jīng)甲板接入右側(cè)集氣箱，通過風(fēng)閘通向大氣。

檢查各油霧濃度探測(cè)器運(yùn)行功能，都在正常范圍內(nèi)，在瞬時(shí)壓力高時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警指示燈閃，在延時(shí)工作范圍內(nèi)會(huì)自動(dòng)消警，說明其工作情況正常。

檢查透氣管、油氣分離器工作情況，透氣管尺寸與圖紙相符，流通截面積能夠滿足排放要求。油氣分離器放殘管布置為S型，這種布置容易引起積油，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致油氣分離器積油過多影響曲柄箱透氣的情況。

檢查左右煙囪曲柄箱透氣管集氣箱，左右集氣箱在羅經(jīng)甲板分別布置在煙囪偏向船中側(cè)，百葉窗向船中對(duì)向布置，集氣箱內(nèi)各透氣管前后布置，防火網(wǎng)清潔無堵塞。

2.2 原因分析

曲柄箱透氣管的作用主要是將產(chǎn)生的油氣向上排放到大氣，正常情況下由于溫度差的作用熱氣向上形成煙囪效應(yīng)形成負(fù)壓將曲柄箱油氣抽出，曲柄箱內(nèi)的壓力正常情況下應(yīng)該是低于大氣壓。根據(jù)四臺(tái)柴油機(jī)曲柄箱壓力的變化情況，分析造成壓力高的原因可能有：

一是發(fā)電柴油機(jī)在較低負(fù)荷下滑油溫度低，曲柄箱內(nèi)產(chǎn)生的油霧濃度處于較低水平，在高負(fù)荷時(shí)滑油溫度高，油氣揮發(fā)量大，在遇到較低空氣時(shí)，油氣形成霧滴，造成油霧濃度較高。

二是曲柄箱油霧在經(jīng)透氣管向上至大氣過程中由于經(jīng)過7到8處直角轉(zhuǎn)向，煙囪效應(yīng)降低，影響油氣的散發(fā)，背壓升高。

三是羅經(jīng)甲板的集氣箱出口朝向中間，在船舶較高航速航行時(shí)，由于船速帶來的風(fēng)壓會(huì)作用在集氣箱的排風(fēng)口，集氣箱內(nèi)部背壓較高，曲柄箱透氣管的煙囪效應(yīng)大大降低，而集氣箱內(nèi)布置為1前二后，3前4后，由于船風(fēng)進(jìn)到集氣箱內(nèi)后產(chǎn)生的渦流，2號(hào)和4號(hào)透氣管的風(fēng)壓會(huì)大于1號(hào)和3號(hào)機(jī)的透氣管，這就造成了四臺(tái)機(jī)在運(yùn)行時(shí)曲柄箱內(nèi)的壓力處于較高范圍，2、4號(hào)機(jī)曲柄箱壓力大于1、3號(hào)機(jī)。（柴油機(jī)運(yùn)行過程中觀察相同負(fù)荷下曲柄箱內(nèi)壓力變化情況：在船速較低時(shí)曲柄箱內(nèi)壓力波動(dòng)范圍只有0.01-0.23 mbar之間，遠(yuǎn)低于正常航速下的曲柄箱內(nèi)壓力，這也證明集氣箱的設(shè)計(jì)和布置有缺陷，船風(fēng)、舷側(cè)來風(fēng)對(duì)透氣管形成的風(fēng)壓不利于柴油機(jī)油霧的排出）。

3.故障結(jié)論

通過以上原因分析，曲柄箱油霧壓力高的原因在于曲柄箱透氣不暢，由于風(fēng)壓作用更加劇了這一現(xiàn)象。曲柄箱油霧壓力長(zhǎng)期過高會(huì)影響設(shè)備的安全運(yùn)行，常見影響包括以下幾個(gè)方面：

一是曲柄箱內(nèi)壓力過高，不利于散熱，溫度升高，潤滑油被活塞環(huán)向上帶入燃燒室、油滴隨透氣管進(jìn)入大氣。造成曲柄箱潤滑油使用周期縮短、潤滑油消耗量大量增加；

二是曲柄箱內(nèi)壓力長(zhǎng)期過高，溫度升高，會(huì)造成曲軸油封、曲軸箱各襯墊失效，造成滑油滲漏；

三是曲柄箱壓力高，會(huì)造成油霧濃度升高，油霧進(jìn)入大氣數(shù)量量增加，油蒸氣污染大氣。

4.曲柄箱油霧濃度探測(cè)及透氣系統(tǒng)的整改建議及維護(hù)保養(yǎng)

（1）將四臺(tái)柴油機(jī)曲柄箱透氣管布置進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少直角轉(zhuǎn)向點(diǎn)，對(duì)水平布置的管線考慮到船舶橫搖影響透氣，應(yīng)改為傾斜向上15°左右，在煙囪內(nèi)沿?zé)焽枨氨诖怪毕蛏弦恢钡郊瘹庀洌畲蟪潭劝l(fā)揮透氣管的“煙囪”效應(yīng)；

（2）對(duì)羅經(jīng)甲板的集氣箱位置進(jìn)行改造，箱內(nèi)的透氣管轉(zhuǎn)向90°向后，將集氣箱百葉窗改向后布置，這樣船艏來風(fēng)或在船全速前進(jìn)時(shí)，會(huì)在集氣箱百葉窗兩側(cè)附近產(chǎn)生渦流，排氣口附近的壓力會(huì)低于周圍的壓力，能夠增加透氣管的煙囪效應(yīng)，提高排氣效果，降低曲柄箱內(nèi)壓力；

（3）將曲柄箱透氣管上的油氣分離器S型管進(jìn)行改造，改為U型管并在U型管底部增加一個(gè)放殘考克，便于日常檢查油氣分油效果、集油量檢查及集油泄放情況；

通過以上措施，將會(huì)有效改善曲炳箱透氣不暢的問題，可以保持曲柄箱內(nèi)油霧壓力在正常范圍內(nèi)，另一方面由于曲柄箱壓力造成滑油消耗過多的現(xiàn)象也將會(huì)明顯改善。

（4）做好柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，保持各系統(tǒng)良好性能，保持冷卻循環(huán)系統(tǒng)正常，減少油氣的產(chǎn)生，從根源上減少油霧濃度升高引起的壓力升高。

（5）油霧探測(cè)器是柴油機(jī)正常運(yùn)行的和保護(hù)裝置之一，氣液分離器底部放殘閥常開或定期拆檢，定期檢查排除透氣系統(tǒng)各油封、水封，保持透氣管路的暢通。要確保報(bào)警和連鎖控制功能正常工作，不可隨意關(guān)閉其功能。

（6）曲柄箱防爆門啟動(dòng)壓力設(shè)定應(yīng)該定期進(jìn)行測(cè)試，保證其正常功能，一旦發(fā)生油霧濃度迅速升高故障，防爆門能夠迅速動(dòng)作，避免損失擴(kuò)大。

（7）強(qiáng)化值班人員的技能培訓(xùn)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作和維護(hù)保養(yǎng)。嚴(yán)格按照巡回檢查路線檢查曲柄箱集氣箱、油霧濃度探測(cè)器運(yùn)行及參數(shù)變化情況，提高對(duì)油霧濃度高的危害性認(rèn)識(shí)，提高情景意識(shí)和應(yīng)急處置能力。