【船机帮】船舶主机扫气箱着火故障分析和预 防
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导读
二冲程柴油机扫气箱着火是船舶航行过程中常见的故障之一，威胁着机器和人身的安全，给船舶和公司造成较大的经济损失。
因此，在柴油机日常维护保养方面应采取有效的预防措施，保证柴油机正常的运行工况。
一
故障介绍
某轮主机UEC52／125H、二冲程 、定压增压、 直流扫气、5888kW，150r／min。
某年12月连续发生2起严重的机损事故。
当发生扫气箱着火时，机舱值班人员迅速将油门拉至停车位置，并用蒸汽灭火，与此同时首先听到的是增压器发出尖锐的声音(飞车)，接着连续的几声爆炸声并有黑烟冒出。
从机损情况看，增压机叶轮、止推环及压气端蜗壳被打坏，这是由于爆炸产生的侧向推 力将转子推向压气端所至。
同时，排烟管内的爆燃导致排烟管4个膨胀节破裂。
船上原遗留多个损坏的增压器止推环，且排烟管的膨胀节有几个已经被原船东用电焊焊死，说明这个故障在原船上已经发生过不止 1次。
二
故障分析
故障的原因是由于主机扫气箱着火后使气缸燃烧不良，排烟温度升高，主机转速降低，调速器瞬间加大油门以维持主机转速，更加剧气缸燃烧的恶化，产生大量未完全燃烧的可燃油气混合物，这些可燃气混合物在排烟管和增压器的废气端继续燃烧和爆炸，在短时间产生大量的能量导致增压器飞车和损坏。
扫气箱着火必须同时具备三个基本条件：
氧气、大量可燃物积聚及有高温热源存在。
可燃物和氧气主要是由于主机燃烧不良或增压空气中混有油气，高温热源来自气缸燃气漏泄或扫气压力过低的排气倒流。
事故发生后，公司通过安排船舶吊缸检查，帮助船舶分析排除可能引起主机扫气箱着火的因素。
1)该轮每航次都在台湾加装运动粘度为 180mm²／s的燃油 ，及时对船舶保留的油样进行化验，化验数据显示油质没有问题。
在燃油的使用管理方面，船舶也加强了对燃油过滤净化环节的管理，并适当提高了燃油的雾化温度。
柴油机运行过程中测量的热工数据 (排烟温度的变化，纯压缩压力、爆压的变化)显示主机工况是正常的。
2)事故发生后，公司要求船舶轮机部对主机高压油泵进行抽检，定时正确，没有发现明显的问题。
对主机所有喷油器偶件重新研磨、泵压检查，并适当调高了喷油压力，装机使用。
随船供应了3只UEC原厂标准孔径喷油器，原厂喷油器装机后，从实际使用效果看，与国内配套厂的喷油器相比有较大的改善。
船舶配备的雾化试验台过于简陋，无法区别其雾化的效果。
3)事故发生后，安排对主机6个气缸进行全面的吊缸检查，吊缸报告显示主机缸套状态良好，磨损都在0.8mm以内，无明显的圆度误差。
扫气口检查清洁，结炭不严重。
活塞头表面没有明显的腐蚀、穿孔，活塞头状态正常。
吊缸时对活塞进行了泵压试验，活塞表面和环槽处未发现滑油漏泄。
抽取3#缸的活塞头进行解体检查，未发现其内部有异常情况。
活塞无明显的圆度和圆柱度误差，符合说明书要求。
第一道活塞环半干，其余各道活塞环表面湿润，活塞环与环槽活络，状态正常。
4)检查增压器发现，增压器涡轮端喷嘴环有轻微变形，导致增压器转速不足，增压器转速表的读数也显示其转速不足，导致辅助鼓风机长时间持续运转。
UEC52／125H主机供油提前角为7°，气门开启为下止点前70°，扫气口打开为下止点前39°。
UEC系列柴油机对燃油雾化燃烧要求比较高，要求在较短的时间内彻底完成燃烧过程，否则容易引起因后燃导致的扫气箱着火。
由此发现：
由于增压器转速不够，导致增压压力较低，空气量不足，使燃油无法在气缸内完全燃烧；喷油器喷射雾化不良使油雾产生后燃现象，最终导致扫气箱着火。
在船舶主机变工况运行条件下，减速过快会造成增压器与柴油机暂时失去匹配，造成增压器喘振，燃烧不良的情况更加严重。
UEC系列的其他柴油机如UEC52／105D柴油机也经常发生扫气箱着火事故，但由于其采用脉冲增压，排烟管互不干扰，不会引起增压器爆炸。
UEC后续推出的IA和IS系列长行程柴油机，转速降低，行程膨胀充分，已很少发生扫气箱着火事故。
三
预防措施
根据以上分析，认为对UED和UE—H系列柴油机的管理应着重采取以下几点措施：
1)喷油器保持燃油良好的雾化质量。
缩短油头检查周期，喷油器应每月检查、泵压一次，检查油雾的喷射角和贯穿力，确保良好的雾化效果。
对喷油器来源地应有记录，有条件的话尽量使用原厂的喷油器及其配件，对配套厂的喷油器应重点跟踪检查。
对发现扫气箱火星较多的缸更应及时抽检。
2)柴油机保持较高的扫气压力。
注意观察增压器的转速和扫气压力，如有下降应及时报告。
增压器长期工作，轴承磨损，使叶片与喷嘴环间隙过大；喷嘴环的喷嘴会因燃气冲刷而变形扩大。
可通过更换轴承，调小叶片与喷嘴环间隙，调小喷嘴出口或更换内径小的喷嘴罩等方法适当提高透平转速，提高扫气压力，从而改善气缸的换气质量。
还可以采用清洗或更换空冷器，废气锅炉除灰等方式减小扫气和柴油机排气的压力损失。
3)主机运行工况的跟踪管理。
每航次应测量主机爆压并记录，分析主机运行工况；打开扫气箱观察孔，检查扫气箱状况以及气缸和活塞环状况，确保合适的气缸油注油量。
每航次清理主机扫气箱残油，必要时缩短周期，如发现各缸或单缸油泥异常增多或者是油泥的性质(如炭渣增多)不同，应分析并查找原因。
4)轮机部应规范应急操作程序。
运行中加强对主机热工状态的监控，密切观察扫气箱温度变化，并作记录，从操作上防止事故的再次发生。
特别是风浪天值班时应密切注意主机运行工况，当发现：
主机转速突然下降并异常波动、主机负荷升高(因转速下降导致调速器动作)，排烟温度上升、冒黑烟，透平转速突然升高，并带有尖锐异响 (透平喘振或者飞车)，扫气压力明显升高的情况，应迅速慢减油门，按扫气箱着火预案处理。
四
结束语
通过对该轮主机状态进行密切跟踪，对事故发生的根源进行了深入调研，采取合适有效的预防和管理措施，并指导船方对主机运行状态进行相应的调整。
通过对增压器的维修，中冷器清洗，提高扫气压力；使用原厂喷油嘴改善燃油的雾化质量，按维护周期 (800～1000h) 进行更换测试。
目前，该轮主机工况已经有了明显转好。
本文原创作者系：
集美大学 轮机工程学院 俞文胜 林开进
END