船舶主机排气温度高故障原因分析

一、故障情况“京华11”轮是日照钢铁厂下属子公司——京华海运公司的一艘载重量为5300t的小灵便型近海散货船，由安徽马鞍山江湾造船厂2009年6月建造，主机为一台江苏安泰动力制造厂生产的型号为G8300ZC16B-1，2008年10月出厂)的柴油机。图1江苏安泰G8300ZC柴油机该主机气缸数为8，缸径为300mm，额定功率为1765kW(2400PS)，额定转速为525r/min，配备VTＲ型增压器一台，通过减速齿轮箱与螺旋桨相连。该主机的技术规范要求:

最高燃烧压力≤12.75MPa(允许2次误差为3.5%)，各缸排气温度≤450℃(允许2次误差距5%)，供油提前角为13～15°CA。该主机是一台典型的中速四冲程筒形活塞式柴油机，截止2013年2月13日运行时间为4547h。该轮主要运输的货种为钢卷，航线基本固定。从岚山港到上海港往返，航速为10节左右，无特殊情况(天气、靠泊等原因)一个月往返4个航次左右。该轮在2011年4月坞修过一次，至今没有进行过一次完整的维修保养。该轮常用转速为400r/min，燃料油为120#重油，须经沉淀柜、分油机净化处理，靠离港须要换油操作。2013年元旦之前，该主机各缸排温均正常，测取各缸的最高燃烧压力也基本在正常范围之内。2013年1月18日航行于上海港—岚山港，空载航行，在值班过程中测取主机热工参数如表1所示;

而2013年1月25日由岚山港—上海港，重载(装有货物)，航行中测取的主机热工参数如表2所示。观察发现:

各缸排温较前几个航次平均升高了30～40°左右，同时伴随着增压器喘振，致出现转速域排烟温度相同的状况。对同一台柴油机而言，排温的高低在一定程度上反映了缸内负荷的大小与燃烧质量的好坏。柴油机排温升高不但标志着热负荷升高，而且也标志着柴油机经济性和可靠性下降，是柴油机性能分析的重要依据，是柴油机运行管理中必须重点检测的参数。“京华11”轮在从上海港—岚山港的航行中，由于柴油机排温升高，只能对主机做降速运行。到港后将1、2、4、7、8号缸喷油嘴全部更换，高压油泵出油阀也更换了3只，并且对增压器滤网进行了清理，更换了增压器的透平油，适当地调整了冷却水温度和进气温度，如此，主机排温有所下降。但在紧接着的2013年2月1日的航行中，2#缸和7#缸的排温突然上升，分别为380℃和385℃。二、故障原因分析引起柴油机排温过高的原因有:

燃烧不良造成后燃增加;气缸中未能完全燃烧的燃油在排气管中二次燃烧。排温高分两种情况:

一种情况是整体排温高;另一种情况是单缸排温升高。在几个航次中均出现了这两种情况，针对此种现象进行了故障原因分析及处理。1、柴油机超负荷当船舶满载航行时，因船舶阻力增加，主机负荷增大，柴油机在低转速、高负荷下运行时，气缸耗气量降低而循环喷油量增加，过量空气系数降低，导致燃烧不良，后燃增加或燃油在排气管中发生二次燃烧，致使排烟温度升高。船舶由岚山港—上海港(重载)比由上海港—岚山港(空载)排温略高也是正常现象，但是在相同转速下比以往排温高属于不正常现象。2、喷油定时错误如果喷油提前角减小，即喷油延缓，也可致使可燃混合气形成滞后，燃烧滞后，导致后燃增加，排气温度升高。针对本机供油提前角为上止点前13～15°CA，适当调整供油定时比以往略大一点(表3)，但排温没有下降，还是较高。3、排气阀烧蚀针对2#缸和7#缸排烟温度突然升高，首先考虑到该缸的喷油器是否有故障，因为如果喷油器雾化不良、滴漏均会使后燃增加，造成排温升高。但是，在2014年1月30日对2#缸和7#缸更换了新的喷油嘴，同时也及时调整了喷油定时，但排温高的问题没有得到解决，进一步判断是否是气缸漏气。造成气缸漏气的原因不外乎两种:一种是活塞环密封性失效;另一种是进排气阀密封不良或气阀间隙调整不当，导致缸内空气量减少，缸内混合气形成滞后，燃烧缓慢使后燃增加，排温升高。结合该机现状和轮机日志以往的记录:在2012年10月，曾吊过5#缸，发现5#缸2只排气阀密封锥面有块状大凹坑，及时更换了2只排气阀。据此，初步诊断2#缸和7#缸在相同油门刻度下出现单缸排温高的主要原因是排气阀高温烧蚀，导致密封锥面上形成麻点、凹坑、密封性遭到破坏。对2#缸和7#缸进行吊缸发现:排气阀均严重烧坏(图2)，且阀座也已烧坏(图3)，并且都已失去了研磨的意义;密封面烧坏的面积较大，阀座必须换新。在气阀机构中，气阀和阀座是工作条件最为恶劣的零件，气阀阀盘和阀座底面是燃烧室壁面的一部分，受到燃气高温、高压的作用，特别是排气阀，由于受到排气的加热，温度很高。气阀在关闭时与阀座发生撞击与磨损，在撞击过程中由于阀和座的弹性变形、气阀的振动及气阀弹簧螺旋线的扭转作用，使阀面和阀座产生楔入性和扭转性滑移，这种滑移使阀面和座面之间产生干摩擦，摩擦剥落的金属颗粒、灰分、碳粒可变成磨料加重磨损;同时，燃烧产物对气阀和阀座也有腐蚀作用，特别是燃烧重油时，由于重油中有含有较高的硫、钒、钠等成分，燃料燃烧后产生硫、钒、钠的氧化物及这些氧化物生成的盐和聚合物，一部分会沉淀到气阀和阀座上，使气阀和阀座接触不良，并对金属起腐蚀作用，使阀面和座面上出现凹坑，造成漏气和烧损。至此，及时更换了随船备件后，该主机在从上海返回岚山的途中排温降了下来，转速提高，船舶航速也因此加快。三、结论与建议柴油机排温过高的原因较复杂，须多方面耐心分析排查，找出主要原因，具体的预防和处理措施如下:(1)严格控制柴油机的负荷，避免柴油机超负荷运行。(2)严格管理制度，加强对设备的维护保养和检修，定期清洗空气滤器和增压器的压气机端和涡轮端;定期清洗各燃油的粗