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本文同時發表在大連海事大學《世界海運》2016年7月第39卷，總第253期， 轉載請注明出處。 MAN B&W ME-C 系列船用電噴柴油機從2003年面世至今，以其優良的性能、更經濟的油耗、低排放、易于操作等特點，得到市場的高度認可。但是，和所有其他產品一樣，該系列船用柴油機也有不完美的地方，使用或管理不當仍然會出現各種問題。本文通過MAN B&W服務工程師實船收集的案例，分析ME-C/B 電噴柴油機在運行過程中常見的問題，并總結使用者和管理者在日常工作中應該注意的要點。 由于MC主機比較普及（1982年引入市場），很多用戶還是覺得MC 機械式噴油系統的主機結構簡單，容易操作和維護，實際上ME電噴柴油機比MC更簡單，更容易操作。認為MC 簡單，主要是因為輪機人員大多對它比較熟悉。相比MC，ME引入了更多的電子控制系統和智能化控制軟件，而90%的機械部件和傳統MC主機是一樣的，事實上，增加的電子控制系統和智能軟件能夠對輪機人員進行故障分析和診斷提供更多的幫助和相關信息。既然ME電噴主機是在MC主機的基礎上升級改進而來的（見圖1和圖2），這里僅針對最常見的并且是由于ME設計改變而帶來的“新”問題進行分析，主要從機和電（控制）兩大方面來列舉和分析其常見問題。 關于MC主機的機械故障，相信有經驗的輪機管理人員已經耳熟能詳，而ME主機的機械故障也大同小異，其中最常見的故障包括缸套低溫腐蝕、高壓油泵柱塞積碳、排氣閥行程不正常等。由于ME系列同時引入了200-300 Bar 的伺服油系統，本文對其帶來的問題也一并作簡單介紹。 1.缸套低溫腐蝕 缸套低溫腐蝕已經不是什么新的課題，但傳統MC主機卻沒有像ME主機這么明顯和普遍。如果將現在的ME主機的爆壓、行程和轉速與傳統MC主機對比一下，就能夠清楚為什么ME主機的缸套低溫腐蝕比MC主機嚴重。與MC相比，ME主機行程更長，導致轉速更低、爆壓更高，直接后果就是燃氣在氣缸里停留時間更長，燃燒室形成的硫酸蒸汽隨著活塞下行溫度降低，最終接近三氧化硫的露點，從而在缸套上形成硫酸液體，造成低溫腐蝕。在沖程更長的G型機上，缸套低溫腐蝕現象尤為明顯。這是不斷追求主機高功率和高效率帶來的負面影響。但是，與其更低的油耗相比，ME主機的這些缺點已然可以被接受，同時設計廠家也在不斷地從設計和制造方面來改進和完善。那么，作為使用和管理者，能夠從哪些方面來盡量降低低溫腐蝕帶來的影響呢？從強酸形成的機理來看，我們可以從這幾個方面入手： （1）提高缸套高溫冷卻淡水出口溫度 很多輪機員還習慣于過去的MC主機的管理理念，把缸套冷卻水的出口溫度控制在80多度，然而對ME主機來說，這是完全錯誤的做法。現在新的G型和S型ME主機建議缸套冷卻水的溫度在88-92 攝氏度之間。為了更好地控制缸套冷卻水溫度，設計者將缸套冷卻水的溫度控制設計在主機的控制系統軟件里，有主機控制系統根據主機負荷來自動調整缸套冷卻水溫度，我們稱它LDCL（Load Dependent CylinderLiner Cooling Water System）。如果當前使用的機器沒有這套系統，可以重新加裝LDHT（Load Dependent HighTemperature Cooling Water System），原理和LDCL 是一樣的，或者改裝缸套冷卻水的控制管系—JBB （Jacket Cooling Water By Pass Basic）。作為主機的設計廠家，MAN Diesel & Turbo 也已經在某些機型上推出新的缸套（RDL，RatingDependent Liner），針對每一臺機器的功率和負荷要求，設計出相對應的缸套單獨用于此臺主機。同時，在很多新的G型機上已經應用兩排汽缸油注油點，即MC機型只有在活塞四分之一沖程處有一排注油點，而新的ME機在活塞八分之一沖程處增加了一排注油點。同時，MARK II電子注油器可以更加精細地控制汽缸油，不再是單純的開關量控制，把燃油的控制理念引入到汽缸油控制。 （2）提高汽缸油的總堿值（TBN，TotalBase Number） MAN在其服務通函SL2014-587中明確指出，對于MARK 8.2以后的機型，燃燒含硫量大于1.5%的重油時，需要使用TBN100的汽缸油，同時注油因子（ACC Factor）最大值已經從原來的0.34 增加到了0.4。船舶公司還可以根據自己每條船的實際情況，進行為期連續144小時的汽缸油用量掃測（Sweep Test），來找到對應每一缸的最合適的注油因子。這種方法能夠準確地找到適合單缸的汽缸油注油量。SL2014-587中推薦的只是一個范圍，這個范圍需要覆蓋所有使用電子注油器的MAN B&W低速主機，但是每臺主機的使用情況各有不同，所以，用掃測是找到適當注油因子的最佳手段。SL2014-587中有詳細的掃測步驟和描述 （3）提高掃氣口檢查的頻率 盡量做到每個航次都進行掃氣口檢查，并且以圖片報告的形式發給公司或者專業的服務廠家。一份完整的掃氣口檢查報告或者缸套狀態報告至少包括如下照片和信息：掃氣總管的總體照片，活塞環天地間隙，活塞環GL-GROOVE 深度（如果有），缸套表面照片（不同位置，掃氣口附近、掃氣口上部到汽缸注油嘴，以及汽缸注油嘴以上部分），活塞裙，活塞環，活塞頭，活塞桿，掃氣箱下部放殘結垢狀態，風機的單向閥，汽水分離器，汽水分離器放殘管系布置，汽缸油的TBN，燃油含硫量，注油因子，各缸注油量，缸套冷卻水的出口溫度，上一個航次信息（從哪里到哪里），上個航次的主機負荷工況點，MOP（Main Operating Panel）里面的FQA設定值，SDA和HFO 分析化驗報告，以及汽缸油24小時的使用量。SDA化驗的殘余TBN推薦控制在15-55，鐵的含量控制在200ppm以下，200ppm對應的缸套磨損率是0.10mm/1000h。船東公司可以根據實際情況來均衡汽缸油的消耗量和缸套磨損率，來選擇最經濟的注油量。當然，如果船上有VAK/LDM（LinerDiameter Measurement，缸套測量工具）的話，還可以在不拆缸蓋的情況下進行缸套測量，那樣最佳。目前很多船上能快速檢測掃氣箱放殘的TBN以及鐵的含量，如果航次比較長的話，可以以此作為調整汽缸油的依據，同時注意保持記錄的完整性。現在不都流行大數據嘛，這個在船上實際上最有用了。 2.高壓油泵噴油柱塞積碳 眾所周知，MC主機的高壓油泵靠旋轉噴油柱塞改變噴油始終點來改變噴油量，噴油柱塞的行程無論在主機任何負荷下都是最大的，并且是一樣的。但是ME主機高壓油泵的噴油柱塞行程可以直接由FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）控制，也就是說它的行程是和單缸的油門刻度成正比例的，是可以變化的，并且柱塞不會旋轉。所以，在目前流行降負荷運行的情況下，主機長時間在部分負荷下運行，會導致噴油柱塞的行程永遠只會是最大行程的一小部分，也就是說，一直在使用噴油柱塞最上面的一小段，大部分的噴油柱塞根本就沒有機會到泵蓋中。漸漸的，未被使用到的噴油柱塞下部就開始積碳，而當需要增加負荷時，噴油柱塞行程加大，有積碳的柱塞部分進入泵蓋，就容易導致柱塞卡死在泵蓋中，回不到原位，最終導致單缸自動停油。MC和ME高壓油泵的設計對比見圖3，圖4為ME 主機高壓油泵部件。圖5是一條實船的照片，該輪低負荷運行6000多小時，開行前試主機，6個缸有4個缸不發火，經檢查噴油柱塞全部卡死，而且很嚴重。 對于這種問題，用戶可以：
那么，如何確定柱塞已經卡死？對于ME-C主機很好判斷，一旦卡死，MOP會報警，即顯示“FuelPlunger didn’t returned”，在主機停機狀態下，去對應報警的那一缸的高壓油泵上把泵蓋中間的反旋螺絲打開，用一根鐵絲就可以去量柱塞在哪個位置。為了確認，可以量另外一個沒有報警的缸，進行對比。正常情況，停機狀態下柱塞在最低的位置，如果卡死，柱塞可能在中間，或者最高的位置。圖 6示出了高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置，紅色圓圈中即為上文提到的反旋螺絲。 Fig 6: 高壓油泵頂部的反旋螺絲的位置 3.排氣閥行程不正常（關閉/開啟行程過小） 相信大部分的ME主機都有過“Exhaust Valve Stroke Two Low” 這個報警，并且會引起主機自動降速，這個報警不光涉及排氣閥本身，還和控制排氣閥的CCU（Cylinder Control Unit）、FIVA以及反饋探頭有關系。在這里我們只討論與機械部分有關的原因，與控制相關的電氣原因將在后面介紹控制系統常見問題的時候再進行探討。從圖 7 可以看出，MC和ME主機在實現排氣閥開關的原理上是一樣的，都是通過液壓頂桿里的系統油頂開排氣閥，靠空氣彈簧關閉。只是用來驅動排氣閥執行機構的介質變了，MC主機用排氣凸輪，ME主機用200-300Bar的伺服液壓油。因為沒有排氣凸輪，所以，ME主機排氣閥的定時就只能通過排氣閥的位置傳感器來檢測其開關位置和行程，當出現故障的時候，就會出現前文所說的報警。MC主機也會出現這樣的問題，只是沒有報警而已，需要輪機員或者工程師根據主機工況先行判斷是否出問題，再去找原因，更為復雜。ME主機的這個報警直接告訴你出現了什么問題，輪機員只需要去分析故障，查明原因，解決問題就可以了。同時在ME主機的MOP中的Alarm Infor里已經把所有有關的可能原因羅列出來，輪機員只需要一個個去印證就可以找出原因。 “Exhaust ValveStroke Low” 這個報警在排氣閥沒有全開或者沒有全關都會出現，如果單純從機械方面下手去找原因，可以從下面幾個方面著手：
Fig 8: 排氣閥和排氣閥執行機構部件結構圖 4.采用高壓伺服油系統帶來的問題 在MAN Diesel &Turbo 2012年出版的服務經驗中提到過有一條船的ME主機高壓油泵（俗稱“油頭”）頻繁損壞的故障，MAN以最快的速度從總部哥本哈根派出四位工程師跟船航行解決問題，才有了那篇寶貴的服務經驗，并且以后再也沒有出現過類似的問題。這篇服務經驗在MAN Diesel & Turbo 的官方網站有免費下載。 ME電噴主機為了保證在任何負荷/轉速下良好的燃油霧化和經濟排放性能，用200-300Bar 伺服油來驅動高壓油泵產生700-1000Bar的噴油壓力。噴油定時和噴油量都是通過主機控制系統中的參數來控制。這些參數都是在主機臺架試驗和試航的時候進行最終調整，如果在這個過程中對參數設置不當，就會導致同一類事故頻繁發生，并且故障現象一模一樣。這個時候輪機員或者船東需要立即聯系造機廠或者設計廠商參與調查，不要一味通過更換備件試圖解決問題。圖10 是油頭故障的各種事故照片采集。這類故障的表現，有時會先出現油頭固定螺栓斷裂，再出現油頭和缸蓋結合面裂紋，油頭內部部件斷裂損壞，甚至還會出現缸蓋裂紋，等等。另外，輪機員在進行維修保養的時候，一定要按照說明書要求的上緊扭矩來緊固所有的固定螺栓，往往小的細節最后會釀成大禍。
受篇幅所限，本文只針對ME電噴主機機械方面的常見問題進行分析，對于控制系統的常見問題和管理要點，將在下篇介紹。 《世界海運》（World Shipping），著名航運雜志，1978年10月創刊。主要在中國大陸地區發行，香港和臺灣地區有少量訂戶。國際標準連續出版物號ISSN 1006-7728，國內統一連續出版物號CN 21-1284/U，郵發代號：8-32，由交通運輸部主管、大連海事大學主辦，國內外公開發行。該刊辦刊宗旨：交流海運信息，傳播海運知識，服務海運發展。主要欄目包括航運經濟與管理、航海技術、船舶機電技術、海事管理、海事公約與法規動態、海商法評論、航海手記等。[1] 是國內發行量最大的航運科技類雜志。刊載內容一部分為學術性文章，更多則是知名專家撰寫的討論航運市場、管理和技術的實務性文章。國內航運界比較知名的專家吳兆麟、吳恒、東昉、初北平等經常在該刊發表文章。 （ 來源于中國知網） 攻城師.愚蠢的地球人.楊永東 2016年6月1日 （祝大家兒童節快樂） 新加坡 |
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