CH輪主機排煙異常高溫的排查

梅小帥ranit93k 2022-05-02 發布于北京

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CH輪是一艘全集裝箱船舶, 1985年建造, 額定載箱量1 300TEU。主機型號MAN B&W 6L70MCE, 額定轉速89.3r/min, 額定功率10 800k W, 營運轉速84.1 r/min, 營運功率1 0147 k W。臨界轉速46~55 r/min, 配NA70型增壓器一臺。

因船齡較老, 近幾年航行于中國沿海, 跑南北航線, 主機轉速在65~70 r/min就能滿足船期。

某年春天, 船舶營運于上海-虎門之間。主機發生故障, 主要表現為主機排溫高、油門大、轉速上不去、掃氣壓力低、增壓器轉速低, 且伴有單缸掃氣箱著火。由于基礎數據不全, 故障排查走了不少彎路。

1 故障的發生

3月下旬船舶開往上海港途中, 主機逐步出現油門加大, 轉速下降, 抵長江口前主機只能開到56r/min, 負荷指示80 (已經是油門最大位置) , 增壓器轉速2 600r/min (明顯偏低) 。30日在長江口拋錨期間, 進行了檢查維護, 水洗廢氣鍋爐煙管 (煙管鍋爐) , 4月1日清潔檢查主機掃氣箱、各缸活塞令和缸套情況基本正常。但掃氣總管檢查時發現總管內底板箱體鋼板朝向主機機體的位置裂開約1m長的裂縫, 寬約1cm。

4月3日, 上海港進港靠泊時, 主機工況進一步下降, 只能開40r/min左右。靠港期間焊補修理了掃氣總管內底板箱體裂紋, 離港開航, 主機依然加不上車, 只能開40r/min。

2 故障的排查

2.1 寧波港的檢查修理

4月8日船抵寧波港, 擴大檢查范圍:

主機所有噴油器解體、清潔檢修, 泵壓試驗;

針對NO.2缸活塞環槽臟污, 進行了吊缸清潔、檢查;

針對NO.3缸排煙溫度高, 將該缸排氣閥整體換備用, 高壓油泵解體、偶件換新;

拆除主機增壓器廢氣進口總管, 檢查噴嘴環, 無臟堵, 解體增壓器更換軸承和氣封;

再次清潔廢氣鍋爐煙管, 用通管機疏通清潔, 清除大量煙灰, 編織袋裝了13袋。

4月12日寧波離港后, 主機工況改善明顯, 能開到58r/min, 唯NO.3缸排溫最高, 500℃左右。

2.2 虎門港的檢查

為了改善主機NO.3缸排溫高的問題, 虎門港解體檢修了該缸排氣閥, 發現狀況還可以, 加上缺乏新備件, 只能重新裝上維持使用。

對主機各缸掃氣箱進行了檢查, 發現有些缸油泥較多, 進行了清潔。

19日開航后主機加速過程中, NO.3缸掃氣箱著火, 停車更換了該缸排氣閥 (上次換下的) , 主機換輕油試車, 轉速最高開到46 r/min, 負荷指示78, 增壓器轉速只有2 500r/min, 在穿越臨街轉速區時, NO.3缸掃氣箱再次著火, 只好減速慢行。

2.3 汕頭錨地的檢修

為了盡快解決CH輪主機故障, 公司決定在汕頭錨地拋錨徹查, 并增派了技術人員和岸基支持。

4月21日, 岸基人員在汕頭錨地登輪, 與船上人員一起共同排查主機故障, 并針對發現的問題進行修理。

(1) 檢查各缸掃氣箱, 只有NO.2缸比較清爽, 其余的下部都有較多油泥堆積 (見圖1) , 尤其NO.3和NO.5下部掃氣空間污物最多, 掃氣口煙灰較多 (見圖2) , 說明燃燒不良存在后燃現象。

圖1 掃氣箱堆積油泥

圖2 掃氣口臟污

分別對臟污比較嚴重的NO.5、NO.3、NO.4和NO.1缸進行吊缸檢修, 活塞吊出發現多數活塞環彈性不足, 表現為第一、二道活塞環卡死, 不能彈出, 第三、四道環油膩粘滯嵌鈍在環槽中難以彈出 (見圖3) , 活塞環外表面光潔度稍差, 部分活塞環有收口現象。對活塞環和環槽進行清潔、測量, 在活塞環備件不足的情況下, 盡量挑狀況好的繼續使用。由于NO.5缸活塞環槽磨損嚴重, 第二道環天地間隙達3.2mm, 遂將活塞頭換新。逐項按序裝復。

圖3 活塞環嵌鈍難以彈出

(2) 進入掃氣總管檢查, 單向翻板、輔助鼓風機吸口單向閥狀況較好。底板箱體有多次覆補鋼板的痕跡, 前次上海港焊補的裂縫重又裂開一條細縫 (見圖4) , 盡管對掃氣影響不大, 在經清潔、通風、測氧測爆后, 再次作了焊補修理。

圖4 掃氣總管底板箱體裂縫

(3) 拆除增壓器進煙總管接頭, 雖然不是很臟, 還是對噴嘴環和轉子葉片進行了清潔。增壓器前的防護格柵也很干凈, 透過格柵檢查排煙總管內部, 未見異常情況。還清洗了增壓器吸氣濾網。

(4) 由于空冷器差壓水位計損壞, 臨時加接一根塑料管, 灌上水用于監測空冷器壓差 (見圖5) 。

(5) 修復各缸排氣閥指示器, 現場測試排氣閥的開關動作及密封性能:放下排氣閥升降/旋轉指示器, 拆除彈簧空氣管, 接通雜用空氣觀察排氣閥的關閉動作, 泄放彈簧空氣觀察排氣閥的打開動作, 所有排氣閥開關動作活絡無卡阻;再次使排氣閥關閉后, 切斷彈簧空氣供應, 都能保持關閉45min以上, 說明彈簧空氣缸密封性能良好。

圖5 空冷器臨時差壓計

(6) 對所有缸的12只噴油器拆出, 上試驗臺泵壓試驗, 發現啟閥壓力相差較大, 最低的26MPa, 最高的38MPa。全部徹底解體、清潔、檢查, 多數是THRUST FOOT撐腳磨損或磨出凸臺, 經過修整或換新備件, 使所有的啟閥壓力調整在295~310MPa之間。安裝時做到同一缸的兩只噴油器啟閥壓力盡量接近。

(7) 打開廢氣鍋爐上下兩側的煙腔道門, 用照光法檢查煙管的暢通情況。廢氣鍋爐共有煙管約1 300根, 已悶堵了15根, 還有近20根不通。管子內壁有較多浮灰, 用淡水進行了沖洗, 圖6是沖洗前后的情形。

圖6 廢氣鍋爐煙管沖洗前后

(8) 4月23日早晨, 經過上述檢修后進行了主機試運行。主機開正車微速 (34r/min) , 所有排氣閥動作正常, 開度足夠, 關閉及時;各缸排煙溫度相差較大;空冷器差壓約為40cm水柱 (全速航行時正常值應低于20cm) , 明顯異常, 說明空冷器芯子臟堵。拆除空冷器下部的檢查孔道門, 感覺向內吸風強勁 (顯示輔助鼓風機的吸氣量大于增壓器的供應新風) , 同時集控室的油門指示從79格下降到68格, 說明掃氣質量提高, 燃燒改善了。結論是空冷器臟堵嚴重。

于是安排化學清洗專業廠家攜設備上船, 調配清洗劑, 加溫, 對空冷器芯子化學浸泡、沖洗, 有一些油泥和碳渣成分被沖洗出來, 最后用清水漂洗干凈, 裝復。

(9) 24日晚上啟動主機, 準備復航, 主機開46r/min, 工況有所改善, 油門指示只有63格, 增壓器轉速2 200r/min, 但空冷器差壓依然有36cm水柱, 分析認為空冷器芯子的中心存在油泥淤積, 難以清洗, 立即提供型號和尺寸參數, 提請公司定制備件。

通過手拉示功圖測得主要參數如表1:

表1 主機運行主要參數

從數據和示功圖看出, NO.3缸發火嚴重滯后, 觀察該缸高壓油泵換向氣缸的位置已經在正車位。停車, 打開該缸凸輪箱道門檢查發現, 高壓油泵滾輪處于倒車狀態, 滾輪機構的導板脫落 (見圖7) 。

圖7 No.3缸凸輪箱情況

船舶重新拋錨, 解體主機NO.3缸高壓油泵, 吊出滾輪頂升機構, 將脫落的導板裝復 (因定位銷和螺栓斷裂, 只能電焊固定) , 將撥叉機構脫落的銷子 (圖紙備件號90902-33-455) 和布司 (圖紙備件號90902-33-467) 配齊, 裝復。見圖8。

2 5日早晨, 一切準備就緒, 船舶起錨續航, 主機開46r/min, 參照排煙溫度反復調節各缸高壓油泵油門齒條, 使排溫均衡。通過示功圖檢測各缸工況如表2。

圖8 撥叉機構銷子已裝妥

表2 NO.3高壓油泵修復后的工況

主機加車到57rpm, 增壓器轉速3 400 rpm, 空冷器差壓67cm水柱 (見圖9) , 集控室顯示掃氣壓力為13k Pa, 掃氣總管溫度為40℃。各缸主要參數見表3。

圖9 主機開57r/min時空冷器壓差

表3 主機開57r/min時的工況

機艙加強值班巡視, 維持主機在57r/min運行。

3徹底恢復主機工況

28日上午, CH輪順利靠泊上海港碼頭, 在等候空冷器備件期間, 技術人員再次對主機相關部件、掃排氣系統作了全面檢查, 對掃氣總管內底板箱體以前焊補的焊縫部分刨除, 重新用高強度焊條修補;排煙總管內強度支撐架部位破洞修復, 增加加強筋分散應力, 將舊的空冷器芯子提前拆出。在定做的空冷器芯子備件到船后, 順利安裝。

船舶開航后, 主機開到68r/min, 工況正常, 測錄參數:集控室的油門指示61, 增壓器轉速6 000r/min, 掃氣壓力60k Pa, 掃氣溫度38℃, 空冷器差壓計僅有6.0cm, 排溫見下表4。

表4 主機修復后開68r/min時的工況

4 故障機理分析

4.1 主機空冷器臟堵嚴重

主機空冷器差芯子臟堵嚴重, 表面看很清爽, 換熱翅片也沒有倒伏爛損, 實際上當中已經朽爛堆積成坨, 堵塞嚴重, 氣流受阻, 增壓器的壓氣背壓高, 轉速降低。

增壓器輸送來的新鮮空氣不能順利通過, 主機燃燒不完全, 燃油發熱量低, 功率發不出, 主機轉速降低, 調速器增大油門, 噴油量增加而掃氣空氣不能相應增加, 燃燒進一步惡化, 排煙溫度升高。

掃氣壓力降低后掃氣效果變差, 氣缸內未燃盡的煙氣不能有效吹除, 煙粒混雜著未燃盡的油粒粘附在氣缸壁, 在活塞的往復運動中進入活塞環槽、刮入掃氣箱, 活塞環粘滯不活絡, 不能緊貼氣缸壁, 燃氣下竄, 活塞環經受高溫, 彈性減弱, 氣密性變差, 壓縮壓力和壓縮溫度降低, 又導致燃油后燃。

4.2 廢氣鍋爐結煙太厚

廢氣鍋爐煙管積灰太多, 排煙不暢, 也影響了主機的掃、排氣和燃油發火燃燒, 掃氣壓力不足時排出的是不完全燃燒的煙氣, 黏性大, 會快速污染煙道及廢氣鍋爐煙管, 形成惡性循環。

4.3 No.3缸高壓油泵換向失效

主機正車運行時, NO.3高壓油泵換向氣缸位置正確, 觀察換向推桿和反饋信號都已到位, 但由于滾輪機構換向撥叉銷子脫落, 實際高壓油泵滾輪處于倒車位置, 噴油嚴重滯后, 所以該缸掃氣箱多次著火。根本原因是由于滾輪機構的導板脫落, 滾輪機構產生偏轉, 撥叉銷子脫離了換向推桿的滑槽, 主機運行時撥叉銷子滑槽邊沿而損壞。

由于正車航行時, NO.3缸高壓油泵運行在倒車位置, 嚴重后燃, 在掃氣口打開時仍有部分燃氣倒灌進掃氣箱, 造成該缸掃氣箱多次著火。高溫燒灼進一步造成對應位置掃氣總管內底板受熱變形, 焊縫崩裂。