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1、第五章 柴油机系统第一节 燃油系统 一、作用和组成燃油系统是柴油机重要的动力系统之一，其作用是把符合使用要求的燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端。该系统通常由五个基本环节组成：加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给。燃油的加装是通过船上甲板两舷装设的燃油注入法兰接头进行的。这样，从两舷均可将轻、重燃油直接注入油舱。注入管应有防止超压设施。如安全阀作为防止超压设备，则该阀的溢油应排至溢油舱或其他安全处所。注入接头必须高出甲板平面，并加盖板密封，以防风浪天甲板上浪时海水灌入油舱。燃油的测量可以通过各燃油舱柜的测量孔进行，若燃油舱柜装有测深仪表的话，也可以通过测深仪表,然后对照舱容表进行。加装的燃油贮
2、存在燃油舱柜中。对于重油舱，一般还装设加热盘管，以加热重油，保持其流动性，便于驳油。燃油系统中还装设有调驳阀箱和驳运泵，用于各油舱柜间驳油。从油舱柜中驳出的燃油在进机使用前必须经过净化系统净化。燃油净化系统包括燃油的加热、沉淀、过滤和离心分离。图5-1示出了目前大多数船舶使用的重质燃油净化系统。图5-1 重质燃油净化系统1- 调驳阀箱；2-沉淀油柜燃油进口；3-高位报警；3-低位报警；4-温度传感器；5-沉淀油柜；6、16-水位传感器；7-供油泵；8-滤器；9-气动恒压阀；9-流量调节器；10-温度控制器；11、12-分油机；13-连接管；14-日用柜溢油管；15-日用油柜从图可以看出，通过调
3、驳阀箱1，燃油被驳运泵从油舱送入沉淀油柜5，每次补油量限制在液位传感器3与3之间，自动调节蒸汽流量的加温系统加速油的沉淀分离并且可使沉淀油柜提供给供油泵7的油温变化幅度很小。供油泵后设气动恒压阀9和流量控制阀9，以确保平稳地向分油机输送燃油，有利于提高净化质量。燃油进入分油机前，通过分油机加热器加温，加热温度由温度控制器10控制，使进入分油机的燃油温度几乎保持恒定。系统设有既能与主分油机串联也能并联的备用分油机，还设有备用供油泵，提高了系统的可靠性。分油机所分的净油进入日用油柜15，日用油柜设溢流管。在船舶正常航行的情况下，分油机的分油量将比柴油机的消耗量大一些，故在吸入口接近日用油柜低部设有
4、溢流管，可使日用油柜低部温度较低、杂质和水含量较多的燃油引回沉淀柜，既实现循环分离提高分离效果，又使分油机起停次数减少，延长分油机使用寿命。沉淀柜和日用柜都设有水位传感器6、16，以提醒及时放残。燃油经净化后，便可通过燃油供给系统送给船舶柴油机。近年来由于高粘度劣质燃油的使用，其预热温度大大提高。为避免在使用高（700mm2/s）重油时因预热温度过高而汽化，出现了一种加压式燃油系统。如图5-2所示，在日用燃油柜与燃油循环油路之间增设一台输送泵，保证柴油机喷油泵进口处的燃油压力为800kPa（循环泵出口压力为1Mpa），循环油路（回路）中压力为400kPa，防止燃油系统在高预热温度（如150）时
5、发生汽化和空泡现象。图5-2 加压式燃油供给系统二、主要设备与作用1 重油驳运泵重油驳运泵的作用是将任一重油舱中的重油驳至重油沉淀柜中进行沉淀澄清处理；在各重油舱之间相互驳运；特殊情况下可把重油舱中的重油驳至舷外。驳运泵一般使用齿轮泵或螺杆泵。2 重油的净化处理设备重油的净化通常采用沉淀、分离和滤清等净化处理措施。沉淀需在专设的沉淀柜（沉淀柜应设置两个）中进行，按有关规定至少沉淀12h。为提高净化效果，沉淀柜中的重油应预热至5060，并可酌情加入泥渣分散剂和疏水剂，以使油中悬浮杂质易于沉淀。沉淀柜应定期放水排污。滤清由系统这的多个粗、细滤器来完成。净化处理的核心环节是离心分离，其主要设备是离心
6、分油机。关于离心分油机，将在第四节具体介绍。3 雾化加热器和加热温度的控制重油使用前的预热处理是保证柴油机正常运转的重要措施，通常采用分段预热的办法。按有关规定应采用饱和蒸汽作加热源。预热蒸汽压力不应超过0.8Mpa（相当于饱和蒸汽温度175），以防重油中的焦炭析出沉淀在加热器中。雾化加热器是一个重要的预热设备。根据良好雾化的要求，重油进入喷油泵时其粘度应降低到12mm2/S25mm2/S范围内。在根据此雾化粘度确定雾化加热器的预热温度时，还应再提高1015，以抵偿喷油压力及散热对粘度的影响。为避免加热后迅速积垢，预热温度不得超过150。通常，在雾化加热器出口装设燃油粘度发讯器（图5-2中未示
7、出）测量燃油粘度的变化，并通过某种调节机构（如气动薄膜调节阀）调节蒸汽阀的开度，保证燃油粘度与设定的雾化粘度相符。三、燃油系统的维护管理1 燃油的加装和测量、贮存加装燃油是一项十分重要的工作，作业时应特别细心。根据船上存油的牌号和数量，考虑下一航次的运输任务，由轮机长提出加油数量和规格，经与船长商定后，提出加油申请，电告公司主管部门。公司批复后，和船舶代理联系具体加油事宜。加油前应掌握各油舱确实的存油品种和数量，尽量并舱，使新旧油分舱存放。加油油舱和数量确定后，再与大副商定，确保船舶的平衡。二管轮检查装油管系，正确开关阀门，堵好甲板出水孔，对可能发生渗漏的地方重点检查。正式开泵装油前，二管轮应
8、检查供油方的供油质量和数量，记取流量计读数，用验水膏检查油中含水情况。供油和受油双方规定好联系信号，以船方为主，双方均应切实执行。同时与供油方确定好供油速度。装油中，在油气可能扩散到的区域应禁止吸烟和明火作业。泵开动后，立即倾听油流声响和透气管的出气情况，确认油已进入预定的舱位。装油人员要坚守岗位，严格执行操作规程，掌握装油进度，防止跑、冒、漏。停止装油时，应关好有关阀门。拆除输油软管时，应事先用盲板将管口封好或采取其它有效措施，防直管内存油倒流入海。重新测量各舱柜存油数量，并核对供方加油实际数量，索取油样并当场封好，以备发现问题时有据可查。除加装燃油时需测量油舱外，每航次开始和结束都要实测油
9、舱燃油存量，并予以记录。测量时要注意船舶前后吃水差，对照舱容表计算。在燃油的贮存中应注意不同牌号的同一油品以及不同加油港加装的同一牌号燃油不可混舱，必要时需进行试验。当两种不同的油混兑使用时，最大的问题是它们的不相容性，当混兑后发生不相容情况时，往往会发生化学反应，大量沥青质、淤渣析出，造成堵塞和主机燃烧不良，大量冒黑烟。严重时会引起柴油机运行困难。2 燃油加热温度的选择对燃油（尤其是重油）进行加热是一项十分重要的工作。海船上大多用蒸汽加热，为确保安全规定使用饱和蒸汽。加热温度随使用粘度要求而异，一般采用分段加热法。燃油舱中加热是为了便于驳运，因此应确保油管出口附近燃油不发生凝固为原则，将油舱
10、加热至15-20OC，出口附近为35-40 OC即可。在沉淀柜中，要加热到50-70 OC（要比闪点低一定温度）以提高沉淀效果。为了提高分离效果，分油温度不能太低，也不能太高，对于重油，最高温度不准超过98 OC。在日用油柜中，重油温度应保持在70-80 OC。为使喷入气缸中的燃油应有合适的温度以确保燃烧完善，对喷油泵前的燃油加热十分重要。对中低速柴油机而言，雾化加热器的加热温度应使重油粘度降至12 mm2/S-25 mm2/S。考虑到压力增高会使粘度增大，以及经管路到喷油器有温度降，加热温度应再提高10-15 OC，一般加热到100-150 OC。以上各处的加热温度可以通过蒸汽量来调节。3
11、确保燃油清洁主要是在营运中认真掌握好沉淀、分离、过滤等净化环节。定期对沉淀柜和日用油柜进行排污放水，保证油柜清洁，定期清洗燃油滤器。特别是风浪天，要增加放残和燃油滤器的清洗次数。可根据燃油流经滤器前后的压力差来判断滤器的工作情况：若压差增大超过正常值，表明滤器已变脏堵塞，需立即清洗；若无压差或压力差变小，则表明滤网破损或滤芯装配不对，需立即拆卸检查。4 系统放气燃油系统中容易积气，气往往聚集在系统的高处。系统有气后供油压力波动，甚至无法供油而停车。油柜上都有透气管，燃油供给系统又是封闭系统，在正常运转中一般不会有空气进入燃油供给系统。系统中的气大部分是清洗滤器时和维修管路时进入，也可能在停机过
12、程中，由喷油泵偶件间隙进入。因此，清洗完滤器和管路后应注意充油驱气。5 换油时的正确操作当船舶需要较长时间的停泊或燃油管系中某些设备需要拆卸时，应在柴油机停车前改用轻柴油，以便把管系和设备中的重油冲净。此外，当柴油机处于机动操纵状态时，为使柴油机具有机动性能（特别是起动性能），最好也使用轻柴油，而船舶正常航行后应使用重油，以提高经济性。这种在柴油机运行中进行的轻、重油转换操作称为换油。换油操作的基本原则是防止油温突变，以避免喷油泵柱塞卡紧或咬死。由重油换为轻油时：首先关闭燃油雾化加热器的加热阀，关掉粘度计，随后切断燃料油，同时接通柴油。在集油柜中使原来的燃料油和新注入的柴油逐步混合稀释。由于稀
13、释粘度比油温下降得快，所以不需再加温。最后燃油管道、低压燃油输送泵、燃油雾化加热器、回油管充满柴油，以供下次起动。由轻油换为重油时：首先，必须将燃料油日用柜加热至使用状态，同时略为开启燃油雾化加热器使柴油温度上升至40以上，随后再切断柴油，接通燃料油。要在消耗完系统内柴油的时间内将燃油温度加热至燃料油雾化要求的温度。近年来推出的船舶中、低速柴油机，在燃油系统中都采用了能够使燃油经过喷油泵，喷油器循环流动的设计。在正常使用时，厂家要求使用重油这一种单一燃料，除非柴油机预计停车较长时间，否则不必换用轻油。第二节 低质燃油的使用和降速运行低质燃油泛指品质低劣、使用困难、价格低廉的船用燃料油（俗称重油
14、）。通常，低质燃油即指前述的“中间燃料油”及“残渣油”。船舶柴油机使用的低质燃油（重油）多为“中间燃料油”，其最粘滞者质量最差者可称为重质燃料油。目前，随着石油炼制工艺的发展，低质燃油的品质正在逐年下降，对柴油机提出了愈加苛刻的要求。一、 低质燃油的特点低质燃油有下列突出特点。（1） 密度大。劣质油密度可高达0.94g/cm31.06g/cm3 。由此造成燃油净化和雾化困难，同时油滴燃烧时易产生热裂，导致机件结炭增多。（2） 粘度高。低质油粘度约在50mm2/s2000mm2/s之间。由此造成燃油贮存、输送、净化和雾化的困难。（3） 成分复杂。低质油含有较多的水分、灰分和硫、钒、钠、硅、残炭等
15、杂质。油中的杂质加剧了柴油机燃烧室部件和喷油设备元件的腐蚀和磨损。表5-1示出国际内燃机学会（CIMAC）发表的K55燃料油的技术条件。表5-1K55燃料油技术条件粘度(mm2/s)密度(g/cm3)残炭(%)硫分(%)灰分(%)水分(%)钒(10-6)铝(10-6)7001.0102250.2160080（4） 发火性差。低质油CN值很低（一般为25左右）。滞燃期i长，燃烧持续期长，排气温度tr值偏高，且因燃烧不完全，其be和烟度均有所增加。二、 低质燃油的使用1 使用低质燃油的意义低质燃油的使用是船用柴油机发展中的一项重要技术成就。使用这种燃油可以大幅度降低船舶营运成本，同时可以合理使用石油资源。自70年代以来，由于柴油机燃油大幅度涨价，燃油费用支出约占船舶营运成本的50%，使船用柴油机使用低质燃油成为一项普遍采用的技术。目前，不但船用低速柴油主机使用低质燃油，而且船用中速柴油机（主机和发电柴油机）也使用低质燃油。2 柴油机使用低质燃油后出现的技术问题使用低质燃油时，如果处理不当则会导致以下不良后果：（1） 影响喷油设备正常工作。增加喷油设备的机械负荷和热负荷，引起喷油设备偶件过度磨损、腐蚀、喷孔结炭、变形等故障。（2） 恶化燃烧性能。低质燃油雾化困难，自燃性差，使燃烧性能恶化，最高爆发压力降低：后燃严重，排气温度增高，排气烟度增加，缸内结炭
