某船用發電柴油機油液監測案例分析

任鳳華，吳善躍，呂 躋，王嘉志

(92957部隊,浙江 舟山 316000)

據統計，柴油機80%的失效故障與潤滑系統問題有關，而潤滑系統問題多半是因為油品污染引起的，其中又以水污染較為普遍[1]。潤滑油進水會破壞油膜，從而降低潤滑效果，增加機械異常磨損，同時可加速有機酸對金屬摩擦副的腐蝕，破壞油品添加劑的效能，嚴重的可直接導致柴油機拉缸抱瓦甚至整機報廢。

1 基本信息

1.1 油樣信息

此次裝備監測對象為某船用發電柴油機，其潤滑系統采用“干式曲軸箱”式，即柴油機單獨設有循環油柜。潤滑過摩擦介質后的滑油經曲軸箱進入循環油柜，循環柜起儲存循環油量的作用，當柴油機工作時，通過滑油泵再將循環柜中的滑油抽送到機器各潤滑部位。

滑油使用牌號為通用柴油機潤滑油，滑油取樣工作采用油液專業取樣器，取樣位置為油底殼液面高度一半略下的深度，取樣時機為機器運轉停機后30 min內。取樣時機器使用時間18 342 h，滑油使用時間216 h。

1.2 監測技術信息

油液監測技術包括潤滑劑分析和磨損微粒分析2大技術領域。前者通過監測由于添加劑損耗和基礎油衰變引起的油品物理和化學性能指標的變化程度，來檢測機械設備的潤滑狀態和識別機器因潤滑不良引起的故障；后者通過對油中攜帶的磨損微粒的大小、形貌、材質和數量等進行觀測，來實現對機器摩擦狀態的有效監測和診斷。

理化性能分析項目主要包含油品的衰敗、添加劑的損耗以及油液污染。常規檢測項目有：①水分檢測，儀器配備有爆裂法快速水分分析儀、KF庫倫滴定法精密水分分析儀；②黏度檢測，儀器配備全自動運動黏度測定儀；③閃點分析，儀器配備全自動開口閃點測定儀。

磨粒分析內容包含磨粒成分、質量分數、尺寸大小、幾何形貌等。常規檢測項目有：①光譜分析，儀器配備原子發射光譜儀；②鐵量分析，儀器配備金屬磨屑測量儀；③鐵譜分析，儀器配備分析式鐵譜系統。

2 案例監測過程

2.1 油液監測與故障診斷

根據監測診斷工作大綱規定及船舶柴油機潤滑油監測技術要求，我單位對送檢的發電柴油機潤滑油樣品進行了水分檢測、黏度檢測、閃點分析、原子發射光譜分析、鐵量檢測與鐵譜分析等檢測。檢測結果為：

1)水分檢測正常。油樣水分含量測定為0.07%，依據GJB3714-99《艦艇主要潤滑油換油指標》規定，水分含量不應大于0.2%，因此水分含量判定正常。

2)黏度檢測正常。油樣100 ℃運動黏度測定為12.18 mm2/s，依據正常換油指標規定，100 ℃柴油機油運動黏度變化率不應超過±20%，而新油黏度正常范圍為12.5～14.5 mm2/s，因此油樣黏度判定正常。

3)閃點檢測正常。油樣開口閃點值測定為210 ℃，依據正常換油指標規定，柴油機油開口閃點值不應低于180 ℃，因此油樣閃點判定正常。

4)鐵譜檢測正常。通過譜片制作、顯微鏡觀測分析，未見油樣中存在明顯異常的磨損顆粒。

5)光譜檢測異常。油液光譜分析數據如表1所示，其中鈉元素含量為1 422 μg/g，數值偏高。

表1 油液光譜分析數據 μg/g

將歷次光譜分析的鈉元素濃度值與取樣時間制成曲線圖，得到鈉元素歷史監測數據如圖1所示，相比歷史監測數據，鈉元素含量明顯陡增。

滑油水分檢測正常，但鈉元素含量異常增高。柴油機在工作運行中，混進滑油的水分因為存在蒸發現象，而容易導致油樣水分含量檢測正常但污染物元素含量動態增加的現象[2]，鈉元素又屬水污染特征元素之一，因此懷疑該發電柴油機潤滑系統存在水源泄漏問題。為進一步確定水源類型、縮小故障排查范圍，對另一污染特征元素鎂進行了數據趨勢分析，得到鎂元素歷史監測數據如圖2所示，結果顯示鎂元素變化趨勢穩定，未見明顯增長。根據文獻[2]的研究結論，鈉元素含量升高、鎂元素含量正常的油液特征，大概率為冷卻水污染問題(冷卻水中添加的緩蝕劑原液主要為鈉鹽成分，鎂元素含量較低)。

圖1 鈉元素歷史監測數據

圖2 鎂元素歷史監測數據

綜上分析，診斷結論為該發電柴油機潤滑系統可能存在冷卻水泄漏問題，但水分泄漏強度有限導致其在柴油機工作運行中不斷被蒸發，柴油機各摩擦副組件目前尚未發生嚴重磨損。對船方提供的意見建議為：①立即停用存在隱患的發電柴油機；②對該柴油機可能存在冷卻水泄漏的部件進行狀態檢查，重點排查汽缸套內外壁、汽缸套密封圈、汽缸蓋、汽缸墊等部位；③排查故障完成后更換潤滑油，做好后續跟蹤監測。

2.2 問題排查與故障修復

船方根據我單位的診斷意見，立即停用了機器，同時開展柴油機各系統部件的問題排查。首先檢查了滑油冷卻器、熱交換器及增壓器滑油冷卻系統等柴油機附屬部件，結果顯示均完好。然后將各缸噴油器拆卸掉，利用工業內窺鏡檢查，發現缸套內壁無穿孔跡象，但有4個缸套內壁存在明顯銹蝕痕跡，懷疑水分是由汽缸蓋泄漏進汽缸內，汽缸套內壁圖如圖3所示。遂將各缸缸頭拔起，檢查了各缸汽缸墊的密封狀態，并對所有汽缸蓋進行了泵壓試驗。檢查結果為：汽缸墊無損壞，但有6個缸頭泵壓不保壓，其中3個存在明顯滲水。根據以上現象，基本可以斷定汽缸蓋內部出現了裂紋，柴油機工作時缸頭水套內的冷卻水經由裂紋處滲漏進汽缸和油底殼內，導致油液檢測異常。汽缸蓋正、反面圖如圖4所示。

后來，船方對問題缸頭和缸套進行了全部更換，滑油也進行了換新，并在新換滑油使用50 h和80 h后，組織了2次取樣送檢。監測結果為：水分含量均正常，鈉元素含量分別為99.8 μg/g、116.7 μg/g，鈉元素質量分數恢復至歷史正常水平，且變化趨于穩定，證明該柴油機冷卻水泄漏問題已徹底得到解決。

圖3 汽缸套內壁圖

圖4 汽缸蓋正、反面圖

3 結束語

在某發電柴油機潤滑油定期監測中，本案例通過多種油液監測技術手段、數據綜合研判分析，準確診斷出水污染特征之一的鈉元素含量異常偏高問題，并指導船方針對性展開問題排查，快速定位了汽缸蓋內部裂紋導致水分滲漏的故障源，通過更換缸頭、滑油換新等措施，及時排除了柴油機故障隱患，有效遏制了問題的持續劣化，避免重大裝備事故的發生。

當前，船舶任務形勢日趨復雜嚴峻，裝備使用強度不斷加大，而發電柴油機作為全船電力系統的關鍵首要部件，其性能狀態的好壞直接影響全船的生命力與戰斗力。定期開展油液監測工作，可及時了解掌握發電柴油機潤滑和磨損狀態的信息，準確診斷柴油機磨損故障的類型、部位和原因，指導船方科學組織發電柴油機的狀態維修和潤滑管理，從而預防裝備重大事故的發生，為鞏固提高船舶生命力和戰斗力提供有力保障。