在船舶輪機(jī)管理中,，輪機(jī)員一般都比較重視對機(jī)械設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，卻往往輕視對燃油的管理,，特別是疏于對燃油儲存和使用的管理,。船舶燃油作為一種燃料，它的品質(zhì)優(yōu)劣直接影響著船舶柴油機(jī)的動力性,、經(jīng)濟(jì)性,、可靠性、排放特性及啟動加速性能,。船舶使用優(yōu)質(zhì)燃油,，其燃燒過程才能更充分更徹底，柴油機(jī)的工況才能保持最佳狀態(tài)并發(fā)揮最大效能,；相反,，燃用劣質(zhì)燃油，不僅排放超標(biāo),、耗油率增加,、發(fā)動無力，柴油機(jī)性能下降,，甚至還會增加船舶機(jī)械設(shè)備故障的概率,。筆者就曾經(jīng)處理過因燃油問題導(dǎo)致主機(jī)加速故障案例，現(xiàn)將具體分析和排除故障過程與大家分享,，請各位同行批評指正,。1 故障現(xiàn)象某船主機(jī)機(jī)型MAN-B&W 5S60ME-C8.2,額定功率9 010 kW,額定轉(zhuǎn)速99 r/min, 于2015年3月滬東重機(jī)有限公司生產(chǎn)出廠,，總運(yùn)行時(shí)間8 846 h。該船V15航次在卸貨港停泊期間,，大管輪對主機(jī)進(jìn)行了常規(guī)檢查和保養(yǎng)：主機(jī)掃氣道內(nèi)部檢查和清潔,，活塞、活塞環(huán)及缸套檢查,，主機(jī)空冷器氣面化學(xué)浸泡清洗等,。幾天后，船舶完貨離港,，主機(jī)試車正常，引航員登船后港內(nèi)機(jī)動航行主機(jī)工況良好,，約1.5 h后抵達(dá)引航站,，引航員離船。按照租家的指示,，主機(jī)定速后需全速航行至裝貨港,，車令從Dead Slow、Slow,、Full到Navigation Full, 主機(jī)開始進(jìn)入負(fù)荷程序,，像往常一樣，大約每5 min增加1 r, 85,、86,、87r/min, 奇怪的是主機(jī)轉(zhuǎn)速到87 r/min后不再增加，查看MOP(主操作面板),顯示主機(jī)負(fù)荷在62%左右,，透平轉(zhuǎn)速12 850 r/min(額定轉(zhuǎn)速18 790 r/min),輪機(jī)長最大轉(zhuǎn)速限制是99 r/min(當(dāng)前狀態(tài)沒有激活),程序負(fù)荷正在進(jìn)行,，掃氣壓力限制功能正在啟動工作中，掃氣壓力0.145 MPa一直保持不變,。再檢查機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控面板以及機(jī)旁主機(jī)各種參數(shù),，均未發(fā)現(xiàn)異常，可負(fù)荷程序已進(jìn)行了30 min, 主機(jī)轉(zhuǎn)速還是穩(wěn)定為87 r/min,。值班輪機(jī)員分析認(rèn)為可能是駕駛臺車令開始下達(dá)得太快,，加上頻繁轉(zhuǎn)舵，航速還沒上來,，所以加速緩慢,，需要繼續(xù)觀察，但又過了近1 h, 主機(jī)轉(zhuǎn)速仍然不變,。由于屏幕上掃氣限制按鈕還是呈現(xiàn)深藍(lán)色,，綜合考慮當(dāng)時(shí)情況，嘗試在主機(jī)數(shù)據(jù)處理單元(ACP)上按下“CANCEL LIMITS”按鈕,，主機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升,，透平轉(zhuǎn)速,、掃氣壓力明顯升高，但當(dāng)再次按下“CANCEL LIMITS”按鈕復(fù)位時(shí),，主機(jī)轉(zhuǎn)速很快又回到87 r/min上,，故障依舊。2 故障分析從故障現(xiàn)象看,，可以確定故障原因是掃氣壓力限制器在動作,。掃氣壓力燃油限制器作用原理和ME主機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理為：當(dāng)前船用主機(jī)幾乎都采用廢氣渦輪增壓技術(shù)，這種柴油機(jī)在低速高負(fù)荷和負(fù)荷大幅度增加時(shí),，由于燃油增加的速度比增壓器增壓壓力提高的速度快,，增壓器轉(zhuǎn)速的增加落后于主機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，造成燃油和空氣之間不能很好地匹配(油多,、氣少,，α過小),引起氣缸內(nèi)燃燒不完全、排氣冒黑煙,。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生,，在調(diào)速器上便裝設(shè)了掃氣壓力燃油限制器。該設(shè)備根據(jù)掃氣壓力的改變而限制柴油機(jī)的供油量,，保證負(fù)荷變化時(shí),，燃油有足夠的空氣完全燃燒，即便在加速的瞬間它也能根據(jù)相應(yīng)的供氣量而限制燃油,，減少濃煙,，提高柴油機(jī)的加速性能。掃氣壓力燃油限制器曲線見圖1所示,。圖中AB線表示當(dāng)掃氣壓力較低時(shí),，掃氣壓力燃油限制器處于最大限油位置(但該供油量應(yīng)保證柴油機(jī)可靠起動的需要)。當(dāng)掃氣壓力達(dá)到B點(diǎn)時(shí),，隨著掃氣壓力的繼續(xù)提高,，限制器逐步釋放原限定油門，其變化規(guī)律如BC線所示,。其中,，掃氣壓力信號則是通過機(jī)體上的2只壓力傳感器獲得。
ME主機(jī)轉(zhuǎn)速控制過程則是：當(dāng)駕駛臺或集控室的車鐘發(fā)出主機(jī)轉(zhuǎn)速指令,，通過轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)器進(jìn)行調(diào)制,，按照主機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和本身特性參數(shù)對車鐘的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行調(diào)制，如穩(wěn)速過程,、停車減速過程,、最小轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速、定速航行過程,、緊急停車指令,、故障減速、功率與轉(zhuǎn)矩最佳配合(PTO),、起動時(shí)的等速速率加率,、負(fù)荷程序、臨界轉(zhuǎn)速回避,、轉(zhuǎn)速微調(diào)等(見圖2),。這時(shí)車令的發(fā)送是不一樣的，按照對應(yīng)的設(shè)定程序發(fā)送車令,，然后,，這個(gè)車令與主機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行比較，得到偏差值,，送到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(Governor)進(jìn)行比例微積分調(diào)節(jié)或智能控制算法進(jìn)行計(jì)算處理,。所得的信號經(jīng)過主機(jī)性能指標(biāo)的限制器進(jìn)行相應(yīng)限制，不超過限制值,，把現(xiàn)結(jié)果輸出作為當(dāng)時(shí)燃油量的給定值，若超過限制值,，只能以限制值輸出作為當(dāng)時(shí)燃油量的給定值指令,，送到氣缸控制單元(CCU)控制FIVA比例閥，實(shí)現(xiàn)燃油量控制,，使主機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨車令的要求,。
綜合以上原理可知，該船主機(jī)是因?yàn)樵诩铀龠^程中供油與進(jìn)入主機(jī)內(nèi)的空氣量不匹配,，掃氣壓力燃油限制器沒有釋放燃油限定,，導(dǎo)致主機(jī)車令經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處理后所得信號超過限定值，激活掃氣壓力燃油限制器,，限制主機(jī)燃油的供應(yīng),，主機(jī)無法正常加速。當(dāng)按下“CANCEL LIMITS”按鈕時(shí),，掃氣限制取消,，強(qiáng)制加大主機(jī)油門，主機(jī)轉(zhuǎn)速增加,；當(dāng)再次復(fù)位“CANCEL LIMITS”按鈕后,，主機(jī)繼續(xù)執(zhí)行先前的加速程序負(fù)荷，掃氣壓力燃油限制器再次激活,，所以主機(jī)轉(zhuǎn)速又停留在87 r/min上,。影響ME主機(jī)掃氣壓力因素包括以下幾點(diǎn)：1)掃氣系統(tǒng)存在大量泄漏。掃氣總管內(nèi)擋板卡在開啟位置，盤根箱道門出泄漏嚴(yán)重,，空冷器端蓋泄漏,，空冷器放殘閥開得過大等。3)透平濾網(wǎng)、廢氣爐等臟堵,，導(dǎo)致主機(jī)透平效率下降,。4)ECU(柴油機(jī)控制單元，有啟動邏輯指令,、調(diào)速指令及排放模式等三大功能)功能故障,。6)個(gè)別缸不發(fā)火或發(fā)火不均勻等,。7)SCU(柴油機(jī)掃氣控制單元)中EGB(廢氣旁通)和TC-CUT OUT(切斷增壓器)功能起作用。根據(jù)以上幾點(diǎn)分析逐項(xiàng)排查,，由易到難,。首先，該船主機(jī)未配置EGB(廢氣旁通)和TC-CUT OUT(切斷增壓器)設(shè)備,，不存在廢氣旁通和增壓器切斷功能,，排除該項(xiàng)；接著主管人員對主機(jī)空冷器前后端蓋,、掃氣總管,、盤根箱道門進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常泄漏,；鑒于在港期間大管輪對主機(jī)空冷器做過保養(yǎng),，大管輪再次對整個(gè)管路系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，并關(guān)小空冷器冷凝水泄放閥的開度(旁通閥),然后回到集控室在MOP上查看,，發(fā)現(xiàn)掃氣壓力由0.145 MPa上升到0.150 MPa, 主機(jī)轉(zhuǎn)速也增加了0.5 r, 繼續(xù)關(guān)小泄放閥直到全部關(guān)閉,，但掃氣壓力上升不再明顯，主機(jī)轉(zhuǎn)速又停留在87.5 r/min上不再上升,，并很快就有了空冷器泄放液位高報(bào)警,，只得再次打開泄放閥，主機(jī)轉(zhuǎn)速又回到87 r/min,。再次檢查主機(jī)透平狀況,，透平運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，油壓油溫正常,，透平濾網(wǎng)新?lián)Q,，透平壓氣端U形計(jì)顯示壓差數(shù)值為60,同時(shí)大管輪對透平廢氣端進(jìn)行反復(fù)吹灰；順著透平排煙通道檢查廢氣鍋爐U形壓差計(jì)壓差也正常，而且廢氣爐距離上次清洗時(shí)間還不到2個(gè)月,，廢氣爐臟堵的可能性也不存在,。再來檢查掃氣壓力傳感器，其電流信號正常,，機(jī)旁掃氣壓力表讀數(shù)與集控室面板上顯示一致,，觸發(fā)主操作面板(MOP)上輔助鼓風(fēng)機(jī)“Details”控件，每個(gè)掃氣壓力傳感器的指示也正確,，掃氣壓力傳感器是冗余配置,，不存在2只同時(shí)損壞情況，再查看以前記錄,，在當(dāng)前主機(jī)轉(zhuǎn)速下,，掃氣壓力也都是在0.145 MPa左右，排除傳感器本身故障的可能,。再從主機(jī)壓力監(jiān)控指示系統(tǒng)(PMI)系統(tǒng)對各缸燃燒情況進(jìn)行檢測,，測取示功圖，并結(jié)合機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)界面指示,，得出結(jié)論是主機(jī)各缸燃燒正常,，沒有發(fā)現(xiàn)單缸不發(fā)火或發(fā)火不均勻現(xiàn)象。那么只剩下ECU功能故障和掃氣總管止回?fù)醢蹇ㄗ璧目赡芰?，打開ECU控制箱檢查,，內(nèi)部接線良好，絕緣正常,，多功能控制器(MPC)溫度在40 ℃左右，外觀檢查沒有問題,，懷疑MPC本身故障,，只能停車更換板子后才能確定。后來選擇合適時(shí)機(jī)進(jìn)行了停車檢查,，發(fā)現(xiàn)掃氣總管內(nèi)部止回?fù)醢鍫顩r正常,，更換ECU的MPC板，全部恢復(fù)后啟動主機(jī)加速,，故障還是存在,，問題的根源仍然沒有找到。懷疑燃油有問題,，輪機(jī)長在排除前面的可能原因后突然轉(zhuǎn)變思路,，在目前沒有其他更好辦法的前提下進(jìn)行嘗試，按照換油程序?qū)⒅鳈C(jī)系統(tǒng)換成輕油燃燒,。20 min左右主機(jī)掃氣壓力開始上漲,，0.150、0.160、0.170 MPa, 一直到0.210 MPa, 主機(jī)轉(zhuǎn)速從87,、88,、89 r/min一直加到96 r/min。為了再次確認(rèn)故障原因,，將主機(jī)轉(zhuǎn)速降到85 r/min, 然后重新加速,，一切正常，主機(jī)大約經(jīng)過1 h就到96 r/min, 自此基本確定問題已找到,。為何先前不曾出現(xiàn)過這種問題呢?畢竟船存燃油加裝后都試燒過一段時(shí)間,，試燒期間未發(fā)現(xiàn)燃油質(zhì)量有問題，那么供油商所供燃油本身應(yīng)該不存在問題,，只可能是后來保管過程中出現(xiàn)問題,。經(jīng)詢問二管輪得知，因上次在港時(shí)間較長,，二管輪抵港前提前將沉淀柜駁滿,，而所駁燃油來源于3個(gè)地方：溢流柜、No.2 HFO TK(P)艙底殘油,、No.1 HFO TK(S),。這3種燃油加在一起(尤其因?yàn)榍?種幾乎是殘油),造成嚴(yán)重混油現(xiàn)象，導(dǎo)致燃油的品質(zhì)發(fā)生了極大的變化,，影響柴油機(jī)的加速性能,，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)燃油的化學(xué)組成和理化性能指標(biāo)發(fā)生變化，滯燃期延長,，燃油的氧化反應(yīng)變?nèi)?，?dǎo)致燃油的燃燒性能變差，產(chǎn)生的熱量減少,，燃油的熱值大幅度降低,。所以在給定的轉(zhuǎn)速下，調(diào)速器不得不加大油門來彌補(bǔ),，但其實(shí)柴油機(jī)做功并未增大,，因而掃氣壓力也沒有升高，可此時(shí)燃油升壓器反饋信號是油門加大了,，又恰逢主機(jī)在加速過程中,，從而激發(fā)了ECU掃氣限制功能，主機(jī)速受限,。2)燃油的成分更加復(fù)雜,，其中灰分、水分和機(jī)械雜質(zhì)大量增加,，燃油中的瀝青成分平衡狀態(tài)被破壞形成大量泥渣和殘留膠質(zhì),，這些物質(zhì)雖經(jīng)過了沉淀,、放殘、過濾,，但還是有一部分被帶進(jìn)主機(jī),，它們會黏附在管路、濾器,、高壓油泵柱塞等部位,，造成供油壓力降低，同時(shí)它們受熱分解生成積炭堵塞噴油器的噴孔,，造成燃油的霧化質(zhì)量降低,，柴油機(jī)燃燒粗暴，大大影響了加速性能,。3)對于ME主機(jī)而言,，由于其具有更高的燃油壓力，噴油系統(tǒng)更精密,，噴油器的噴孔直徑更小,，使得柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)對燃油中的沉積物變得更為敏感，即使是對傳統(tǒng)柴油機(jī)機(jī)械噴射系統(tǒng)可以忽略的沉積物,，也會對其產(chǎn)生重大影響,。這種柴油機(jī)噴油器的噴嘴就像是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)器，它加速了燃油的氧化和沉積物的形成,，劣質(zhì)燃油中的雜質(zhì)在這樣高噴射壓力情況下運(yùn)動速度更快,，對噴射系統(tǒng)損壞更大。久而久之,，噴嘴處的積炭更多,，使燃油噴射偏離了設(shè)計(jì)范圍，造成缸內(nèi)燃燒惡化,，直接影響柴油機(jī)的燃燒性能和加速性能,。3 故障解決措施為了驗(yàn)證以上推斷，輪機(jī)長讓二管輪停止分油機(jī),，將燃油日用柜,、沉淀柜燃油全部放入1個(gè)專用艙,，再從油艙中撥入新油,，開啟循環(huán)分濾，3 h后主機(jī)換回重油燃燒,，加速試驗(yàn),，一切正常，反復(fù)幾次再沒出現(xiàn)先前故障,。另外輪機(jī)長要求：1)今后無論是在加裝燃油,、還是在使用燃油過程中,，千萬不要輕易混油，在更換油艙時(shí),，應(yīng)將燃油駁運(yùn)泵放在手動駁油位置,，盡量等沉淀柜的液位降到最低后才駁入新油。2)按規(guī)定使用燃油添加劑,，抑制燃油中油泥,、瀝青質(zhì)和淤渣的沉積，改善燃油性質(zhì),，加快燃油在燃燒室反應(yīng)速度,，實(shí)踐證明，按廠家指導(dǎo)使用燃油添加劑(1∶10 000),不僅能將燃油中的油泥減少量降低到70%以上,，而且還能大大提高燃油的經(jīng)濟(jì)性(3%),。3)在更換油品后，務(wù)必將MOP上的估算功率與PMI上的測量功率進(jìn)行比較,，在主機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定時(shí),，對油品進(jìn)行修正，控制二者差異在2%以內(nèi),，見圖3,。但很多船上都不注意界面的調(diào)節(jié)，其實(shí)ME柴油機(jī)引入“Fuel Quality Offset”就是對調(diào)速器輸出油門進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?修正前后調(diào)速器輸出油門刻度改變,，高壓油泵的實(shí)際供油量沒有改變,，即修正的是二者的匹配關(guān)系),事實(shí)證明該船如果當(dāng)時(shí)不換燃油，而是通過修改燃油品質(zhì)參數(shù),，故障很快就能排除,。
圖3 燃油品質(zhì)調(diào)節(jié)界面4 結(jié)束語眾所周知，船用燃油是一種低質(zhì)燃料油,，是由多種有機(jī)化合物組成的極為復(fù)雜的混合物,，具有密度大、黏度高,、發(fā)火性能差等特點(diǎn),。當(dāng)2種不同的油品混兌使用時(shí)，最大的問題就是它們的不相容性,，當(dāng)混兌后發(fā)生不相容情況時(shí),，往往會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，大量的瀝青質(zhì),、淤渣析出,，造成堵塞和柴油機(jī)燃燒不良，大量冒黑煙,，嚴(yán)重時(shí)會引起柴油機(jī)運(yùn)行困難,，同時(shí)燃油本身的熱值大大降低,。所以，在船舶燃油儲存管理中,，應(yīng)注意不同牌號的同一油品以及不同加油港加裝的同一牌號的燃油不可混裝,，否則將直接影響到船舶熱工設(shè)備的工況。主管輪機(jī)員應(yīng)高度重視,，輪機(jī)長更應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督指導(dǎo),，從而杜絕出現(xiàn)不合理用油或發(fā)生混油引起燃油變質(zhì)的現(xiàn)象。同時(shí),，對于ME柴油機(jī),，主管輪機(jī)員要改變對傳統(tǒng)MC-C柴油機(jī)的管理模式和思維，要很好地利用MOP人機(jī)交換界面,，從中讀出大量數(shù)據(jù),，從而為快速解決問題提供便利。[1]胡丁山.ME主機(jī)加速故障及處理實(shí)例[J].航海技術(shù),2022,No.254(02):41-43.胡丁山,，高級輪機(jī)長,，深圳遠(yuǎn)洋運(yùn)輸股份有限公司
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