“XXX”輪主機(jī)缸套異常磨損分析及應(yīng)對措施

謝文勝 福建省海運(yùn)集團(tuán)有限責(zé)任公司

1.故障情況

“ X X X ”輪主機(jī)型號(hào)：6S46ME-B8.3，額定功率7200KW，額定轉(zhuǎn)速112 RPM/MIN，營運(yùn)轉(zhuǎn)速99RPM/MIN，說明書指導(dǎo)缸套磨損率0.03-0.05 mm/千小時(shí)，說明書指導(dǎo)吊缸周期每16000小時(shí)。在第一個(gè)吊缸周期對主機(jī)6個(gè)缸進(jìn)行正常的維護(hù)保養(yǎng)吊缸檢修，6個(gè)缸套測量數(shù)據(jù)正常符合說明書要求。2019年連續(xù)幾次，每月一次對主機(jī)掃氣口檢查發(fā)現(xiàn)：各缸活塞環(huán)偏干，活塞頭有灰白色沉積物，缸套磨損量增大，決定對第二缸進(jìn)行吊缸檢修，缸套測量數(shù)據(jù)顯示缸套磨損率超過說明書要求；擴(kuò)大檢查對第四、第六缸進(jìn)行吊缸檢修，缸套測量數(shù)據(jù)顯示缸套磨損率超過說明書要求。缸套測量數(shù)據(jù)如表1、表2；主機(jī)第二缸第二次吊缸缸套狀況如圖1。

圖1 主機(jī)第二缸第二次吊缸缸套照片

表1 第一次主機(jī)吊缸缸套測量數(shù)據(jù)

表2 第二次主機(jī)吊缸缸套測量數(shù)據(jù)

2.原因分析及排查

影響缸套異常磨損的機(jī)理有：磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損。

2.1 磨料磨損主要因素

2.1.1 燃油中的雜質(zhì)（主要是催化粉末）

磨損發(fā)生后，船上把近1年的燃油油樣送岸檢驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果顯示燃油中主要成分指標(biāo)符合最新的ISO8217標(biāo)準(zhǔn)，排除燃油質(zhì)量原因造成的異常磨損。

2.1.2 進(jìn)氣中的雜質(zhì)

根據(jù)日常的維護(hù)保養(yǎng)記錄、主機(jī)的運(yùn)行情況及結(jié)合掃氣口的檢查情況，排除進(jìn)氣中的雜質(zhì)引起的異常磨損。

2.1.3 被污染的汽缸油

根據(jù)汽缸油加油記錄：船上把近2年的氣缸油油樣以及從氣缸油儲(chǔ)存柜取得油樣送岸檢驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果正常，排除此項(xiàng)因素造成的異常磨損。2.1.4 其他磨損產(chǎn)生大量鑄鐵磨粒

從缸套的異常磨損情況及送岸化驗(yàn)的汽缸油殘油指標(biāo)：含鐵量>200mgkg（正常值要小于200mgkg）。因此其他磨損產(chǎn)生大量鑄鐵磨粒又進(jìn)一步加劇了缸套的磨粒磨損，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

2.2 影響粘著磨損的主要因素

2.2.1 活塞環(huán)與缸套材料不匹配及材料中的雜質(zhì)

本輪第一次吊缸檢修未更換活塞環(huán)，結(jié)合第一次吊缸測量數(shù)據(jù)正常，排除是此原因造成的粘著磨損。

2.2.2 熱負(fù)荷過高使得活塞環(huán)斷裂或者其他形式的損壞

由于船舶的營運(yùn)轉(zhuǎn)速是99 RPM/MIN，此主機(jī)轉(zhuǎn)速下主機(jī)排溫低于350℃，熱負(fù)荷低，排除是此原因造成的粘著磨損。

2.2.3 進(jìn)入氣缸的空氣含水量過高

異常磨損發(fā)生后拆檢了空冷器，無漏水現(xiàn)象、空冷器氣液分離裝置及液位報(bào)警裝置正常、冷凝水泄放管路正常、各密封條正常。但是根據(jù)掃氣箱檢查結(jié)果顯示進(jìn)入氣缸的空氣含水量偏高，查找輪機(jī)記錄發(fā)現(xiàn)本輪從2018年9月-2020年8月主機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速94 RPM/MIN，前后一些參數(shù)變化如表3：

表3 主機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的部分參數(shù)摘要

根據(jù)說明書要求，在主機(jī)降速處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)要提高掃氣溫度到40-43℃，缸套冷卻水出口溫度提高到88-90℃。而船上人員沒有及時(shí)調(diào)整，造成了氣缸的空氣含水量偏大給粘著磨損提供條件之一。

2.2.4 缸套工作表面磨光產(chǎn)生“鏡面”現(xiàn)象

此現(xiàn)象原因來自化學(xué)性和機(jī)械性兩方面。一是汽缸油中總堿性與燃油實(shí)際含硫量不匹配而中和過度（總堿性過高），產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成灰白色(通常含鈣鹽類，此現(xiàn)象從掃氣口檢查中得到證實(shí)），此沉積物加快缸套表面的磨損，此為“化學(xué)性鏡面”。二是活塞頂部過多的燃燒沉積物將氣缸表面的油膜破壞，此為“機(jī)械性鏡面”。本輪于2018年6月起從外貿(mào)航線轉(zhuǎn)為內(nèi)貿(mào)航線而當(dāng)時(shí)國內(nèi)實(shí)行SECA（燃油含硫量小0.5%的硫氧化物排放控制區(qū)），使得主機(jī)頻繁在高硫燃油與低硫燃油之間切換使用，而主機(jī)在切換到低硫燃油使用時(shí)仍然使用高堿性型號(hào)HT70汽缸油沒有使用低堿性型號(hào)HT40汽缸油，使得缸套發(fā)生“化學(xué)性鏡面”現(xiàn)象。表4是說明書在不同燃油含硫量下推薦使用的氣缸油牌號(hào)。

表4 在不同燃油含硫量下建議使用的氣缸油

2.2.5 注油定時(shí)不正確

結(jié)合主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并咨詢廠家工程師及查找檢查主機(jī)注油定時(shí)，確認(rèn)注油定時(shí)正常。

2.3 腐蝕磨損的主要因素

2.3.1 過高的熱負(fù)荷

如2.2.2，已排除此原因引起的腐蝕磨損。

2.3.2 燃油中或者空氣中鹽份過高引起燃燒產(chǎn)物存在HCL

根據(jù)燃油化驗(yàn)結(jié)果及空冷器等狀態(tài)檢查排除此因素引起的腐蝕磨損。

2.3.3 注油定時(shí)不正確

如2.2.5，已排除此因素引起的原因。

2.3.4 缸套水溫度過低

在主機(jī)94rpmmin運(yùn)行時(shí)根據(jù)說明書要求缸套冷卻水出口溫度應(yīng)提高到88-90℃而實(shí)際只有84℃沒有及時(shí)調(diào)整（本輪機(jī)型沒有裝備LDCL系統(tǒng)-Load Dependent Cylinder Cooling Water System即主機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)負(fù)荷來自動(dòng)調(diào)整缸套冷卻水溫度），給缸套低溫腐蝕提供了條件。

2.3.5 汽缸注油量不足

汽缸注油量不足造成燃燒產(chǎn)物中的H2SO4中和不足引起而又在缸套冷卻水溫度過低時(shí)引起的腐蝕磨損。主機(jī)汽缸油參數(shù)設(shè)定如圖2、圖3。

圖2 主機(jī)汽缸油參數(shù)設(shè)定 1

圖3 主機(jī)汽缸油參數(shù)設(shè)定 2

根據(jù)燃油化驗(yàn)報(bào)告及說明書要求，圖3、圖4汽缸油設(shè)定參數(shù)設(shè)定正確。但是根據(jù)掃氣箱檢查情況--活塞環(huán)偏干說明汽缸油注油量偏少，活塞頭有灰白色沉積物又說明汽缸油注油量偏多，這種情況又互相矛盾。

3.故障原因

隨后在主機(jī)機(jī)動(dòng)航行時(shí)重點(diǎn)觀察了主機(jī)汽缸油運(yùn)行模式，圖3中LCD模式欄（此工作欄在主機(jī)啟動(dòng)、機(jī)動(dòng)操縱和負(fù)荷變化中，汽缸油供油速率通過LCD模式增加25%氣缸油量，并在負(fù)荷穩(wěn)定之后維持運(yùn)行半小時(shí)后轉(zhuǎn)成正常模式），主機(jī)航行時(shí)LCD模式應(yīng)處于ON工作狀態(tài)但是實(shí)際機(jī)動(dòng)運(yùn)行中LCD工作模式處于時(shí)斷時(shí)續(xù)狀態(tài)工作不穩(wěn)定，造成主機(jī)在啟動(dòng)、機(jī)動(dòng)操縱和負(fù)荷變化中汽缸油供油速率無法通過LCD模式增加25%氣缸油量，造成機(jī)動(dòng)航行時(shí)汽缸油注油量不足。觀察主機(jī)定速航行時(shí)汽缸油注油量正常。至此導(dǎo)致主機(jī)缸套異常磨損的原因基本明確。

（1）主機(jī)汽缸油LCD運(yùn)行模式故障造成主機(jī)在啟動(dòng)、機(jī)動(dòng)操縱和負(fù)荷變化中汽缸油供油速率無法通過LCD模式增加25%氣缸油量，造成機(jī)動(dòng)航行時(shí)汽缸油注油量不足---解釋了掃氣口檢查時(shí)活塞環(huán)偏干的原因（掃氣口檢查在主機(jī)完車后第一時(shí)間進(jìn)行的，一般都是在機(jī)動(dòng)航行后完車的）。而且船舶轉(zhuǎn)成內(nèi)貿(mào)航線機(jī)動(dòng)航行頻繁，加快了氣缸磨損。

（2）在主機(jī)換用低硫燃油時(shí)，汽缸油沒有及時(shí)使用與之相匹配的低堿性汽缸油，造成汽缸油堿性過大使汽缸油中總堿性與燃油實(shí)際含硫量不匹配而中和過度（總堿性過高），產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成灰白色(通常含鈣鹽類，此現(xiàn)象從掃氣口檢查中得到證實(shí)），此沉積物加快缸套表面的磨損，此為“化學(xué)性鏡面”。

（3）在主機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)沒有相應(yīng)的提高掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度，為缸套產(chǎn)生粘著磨損及腐蝕磨損提供條件。

4.故障排除

（1）更換了控制主機(jī)汽缸油運(yùn)行模式的ECU控制主板，隨后主機(jī)汽缸油運(yùn)行模式LCD模式運(yùn)行正常，LCD模式故障排除

（2）船舶重新加裝一批低堿性汽缸油TARO SPECIAL HT LS40，在主機(jī)換用低硫燃油時(shí)使用，避免汽缸油堿性過大使汽缸油中總堿性與燃油實(shí)際含硫量不匹配而中和過度產(chǎn)生“化學(xué)性鏡面”現(xiàn)象。

（3）提高主機(jī)掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度，避免為缸套產(chǎn)生粘著磨損及腐蝕磨損提供條件。

采取以上措施后一段時(shí)間觀察主機(jī)運(yùn)行正常，每月一次的掃氣口檢查發(fā)現(xiàn)缸套異常磨損率正常。

5.減少缸套異常磨損的管理措施

（1）避免主機(jī)長期低負(fù)荷運(yùn)行，使主機(jī)工況變差增加缸套磨損幾率。

（2）加強(qiáng)冷卻水系統(tǒng)管理，按照說明書要求根據(jù)不同的負(fù)荷正確調(diào)節(jié)主機(jī)掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度。

（3）加強(qiáng)燃油管理，確保燃油質(zhì)量及燃油在使用過程中的符合要求。

（4）掃氣口檢查的重要性：掌握正確的檢查方法與判斷標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)說明書提供的檢查表如實(shí)記錄并根據(jù)實(shí)際檢查結(jié)果及時(shí)調(diào)整主機(jī)工況及檢修。

（5）加強(qiáng)汽缸油系統(tǒng)的管理。

①根據(jù)不同的燃油含硫量正確使用與之相匹配的汽缸油，尤其使用低硫燃油時(shí)。

②經(jīng)常通過掃氣口檢查，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及說明書判斷及時(shí)調(diào)整汽缸油注油率。不能僅憑偶爾停車狀態(tài)時(shí)缸套壁及活塞環(huán)表面的潤滑情況就貿(mào)然調(diào)節(jié)注油率，因?yàn)橹鳈C(jī)停車前，往往會(huì)激活汽缸油模式中LCD模式增加注油量，此時(shí)狀態(tài)不具有代表性。

③日常管理中需要定期測量汽缸油實(shí)際消耗量與MOP上流量計(jì)消耗量，其誤差一般不超過5%。

④有條件船舶定期化驗(yàn)氣缸中汽缸油殘油，根據(jù)殘油中BN值及Fe含量及相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行汽缸油注油率調(diào)整。

⑤充分利用MANME系列的PMI系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握主機(jī)工況并及時(shí)各調(diào)整工況參數(shù)，使各工況參數(shù)在偏差之內(nèi)。

6.結(jié)束語

缸套產(chǎn)生異常磨損的可能因素很多，輪機(jī)管理人員不僅要了解產(chǎn)生異常磨損的機(jī)理及影響因素，更要結(jié)合實(shí)際細(xì)心查找異常磨損原因。日常管理在于精細(xì)化，重點(diǎn)在防范，結(jié)合廠家說明書要求加強(qiáng)管理避免產(chǎn)生異常磨損。