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1、谭鑫波：轮机工程专业毕业论文10 引言船舶主机扫气箱着火，严重威胁着船舶航行安全和船员的生命安全。现代船用柴油机的设计与制造工艺越来越先进、可靠性日益提高，在日常运行中，如果船员能够进行正确的操作和维护保养，诸如扫气箱着火、曲拐箱爆炸等恶性事故本不该发生，但遗憾的是，此类恶性事故仍屡有出现，实在催人深思。相关机构曾专门进行过统计，80%-90%的海上事故是由人为因素所导致的，经过这段时间的实习，对于船上工作中“人”这一主体因素的作用的认识更加深刻，并且更加坚信，船员因素即“人”的因素是船舶安全运行最重要的因素，也是船舶事故最直接、最主要的导火索，本文后续对于我船事故原因的分析和日常管理的建议都
2、着重阐述了“人”这一关键因素的作用。近年来，出于经济效益考虑，船用低速柴油机大力发展推行减速运行及掺渣并进的节能措施，经济效益较为显著。但是，船舶主机在低速、低负荷工况下运转，其运行点偏离设计工况点较远，如果日常技术管理中技术管理不够系统、细致，没能充分重视燃油质量变差与减速运行二者之间的关系，以及对减速掺渣运转后气缸热负荷偏高、燃烧工况恶化等情况，则容易导致喷油系统匹配工作失调，使得扫气箱着火这一恶性事故的发生几率大增。日常该如何加强日常技术管理，避免扫气箱着火事故的发生？本文对这一问题进行了分析探讨。1 扫气箱着火现象分析大型二冲程低速柴油机扫气箱着火是较为常见的故障之一，其发生时，通常是
3、在某一缸扫气口下方首先发生着火很快蔓延至整个扫气箱。以致使柴油机排气温度明显升高，扫气箱过热，扫气温度升高，烟囱冒黑烟；柴油机转速下降；与相应缸相连的增压器转速升高，发生喘振；严重时可因压力，温度急剧升高发生扫气箱爆炸，增压器也可能因转速过高而导致轴承损坏，甚至压气机叶轮爆炸。关于扫气箱着火的具体原因，因不同船舶，不同机器具体的设计因素、外部运行条件、船员操作习惯的不同而不尽完全相同，但根据燃烧原理分析，其机理都是相通的，谭鑫波：轮机工程专业毕业论文2即扫气箱内积聚了大量可燃物；有高温热源存在。 在船实习期间，通过查阅船上图书室的图书期刊、技术资料及虚心向经验丰富的轮机员请教，理论联系实际，对
4、扫气箱着火的原因进行了归纳总结。扫气箱着火现象，在柴油机于额定工况下运行，并且日常技术管理到位的前提下，是不容易发生的。如果技术管理不当，而柴油机又经常或大部分时间都处于低速、低负荷工况或超速、超负荷工况下运行，则扫气箱着火现象极易发生，本文结合前人的研究成果，对这两种工况下扫气箱着火的常见原因分别进行了分析。1.1 低速、低负荷工况1.1.1 压缩比下降导致燃烧条件恶化近年来，因燃油价格升高，船公司普遍推行降速运行、燃油掺渣或使用较差等级的燃油等措施以实现节能。掺渣后的燃油及低于设计等级的燃油,其自燃性能比原设计燃油要差许多。机器经过长时间使用后，其运动部件（主轴承，连杆大、小端轴承）磨损下
5、沉，活塞组件也会因磨损而出现不同程度的泄漏，这会导致气缸压缩压力下降。此外，在低速、低负荷工况下，气缸漏气的散热损失增加，压缩终点的压力和温度均偏低，导致滞燃期延长，燃烧过程后移。部分老旧船舶的主机由于设计或生产时期较早，其设计理念往往是片面追求高效率，机器的制造、安装、调正都按照额定功率与额定转速条件下进行，以此为依据选择一个最佳的燃油提前角，以后的安装、调整都以此燃油提前角为依据。但在压缩比下降的情况下，如继续使用原设计条件下的喷油提前角，受上述各种因素的影响，往往因燃烧状况不良而引起气缸后燃，这是造成扫气箱着火的根本原因。此时，在增压度一定的情况下，主要通过调整压缩比来提高气缸压缩终点的
6、压力和温度，从而改善低负荷工况下的燃烧情况。1.1.2 换气失效对于定压增压型柴油机而言，由于排气总管容积较大，低负荷时排气总管中压力低，能量较少，在节能减速运转情况下，尤其是输出功率低于额定功率的 50%（转速约为额定转速的 79%）时，增压器转速偏低，增压空气压力下降较多。增压空气压力过低，一方面使进入气缸的空气量较少，造成过量空气系数较小，压缩终点压力温度降低，导致燃烧不良，后燃加剧，容易形成结炭。另一方面，对二冲程柴油机，在其自由排气阶段，当扫气压力过低时，缸内压力超过扫气压力很多，就很容易发生废气通过开启着的扫气口倒冲进入扫气箱，这些高温废气遇到积聚在扫气箱中的可燃物就会导致扫谭鑫波
7、：轮机工程专业毕业论文3气箱着火。1.1.3 喷油提前角失配一般情况下，对喷油始点不变(回油孔式喷油器)的机型而言，低转速对喷油提前角的影响不大。但在减速掺渣情况下，则会导致发火时刻延迟，此时的喷油提前角则不够。尤其对于采用喷油终点不变、始点调节式高压油泵的机型来说，转速对喷油定时的影响更是不容忽视。转速降低，每次的喷油量减少，喷油提前角也随之后移，导致气缸燃烧不良、结炭增多，随着相关技术指标的下降，气缸必然处于严重的后燃状态。当然，在实际中，引起喷油提前角失配的原因很多，如凸轮及滚轮的磨损、紧固件松动、油泵偶件的间隙变大、燃油的品质改变等，这些因素均会导致喷油提前角的延迟。因此，适当的增大喷
8、油提前角，使低负荷工况下最高燃烧压力 达到额定工况zP时的 85%-90%，这样既可改善低负荷工况下的燃烧工况性能，提高了热效率，同时也降低了油耗率。1.1.4 喷油雾化不良柴油机在低转速工况下运行，每循环的喷油量减少，喷油泵柱塞运动速度下降，柱塞偶件的磨损泄漏增多，喷射系统难于适应大幅度供油变化，喷油压力下降，雾束的动能减弱，穿透能力降低，喷油雾滴明显增大，雾化形状及在燃烧室的分布不均匀。这些方面的影响导致燃油不能充分利用空气进行完全燃烧而导致后燃，高压燃气倒冲回扫气箱而着火。改善雾化质量，不仅应定时检查油头喷雾质量，还应选择喷油嘴小孔径截面（内孔边缘倒 R 角）以改善燃烧状况。1.1.5
9、劣质油燃烧不良低速、低负荷运行情况下，由于每循环的喷油量减少及单位时间内燃烧次数减少，气缸热状态变差，热工参数发生变化，压缩终点压力和温度进一步降低，会导致燃油发火困难并阻碍燃烧的进行。这对劣质或掺渣燃油的影响更为严重，会造成滞燃时间延长，燃烧不完全。谭鑫波：轮机工程专业毕业论文4点火延迟/ms 劣质燃油优质燃油温度/图 1 不同燃油的发火滞后由图 1 可知，燃用的燃油品质越低劣，低负荷运行能力就越差；气缸温度越低，劣质燃油的点火延迟时间差别就越大，进一步导致燃烧缓慢，燃烧不充分，后燃加剧，容易形成结炭。从燃油的理化性能角度，掺渣油粘度大、燃点高，因而燃烧困难。减速掺渣运行，要保持正常的热工参
10、数，掺渣燃油的加热、混合等预处理及燃油的雾化质量都很重要。影响雾化质量的主要因素是燃油的粘度，可通过兑入燃油添加剂降低粘度，此外，掺渣比例不同，所对应的燃油加热温度也不同，日常管理中应加以注意。1.1.6 燃油掺渣破坏各缸平衡常规情况下，各缸的工况平衡常在高负荷工况下进行调整。一般规定爆压偏差，排温偏差 ，功率偏差 ，转速偏差 。%Pz4%Tr5%Ne3n2柴油机经过一段时期的运转后，客观条件（供油规律、换气系统、燃油系统、燃油品质）不可避免会发生变化，即使在高负荷工况下各缸的平衡已调好，但在低负荷工况下运转却不一定能保证平衡，匹配会失调，此时主机运行就会因参数和效率较低而不稳定，严重时排气冒
11、黑烟，后燃现象特别严重，未完全燃烧产物形成结炭，污染换气系统甚至引起扫气箱着火。此时，须进行一次相对的平衡调正，适当增大喷油提前角，提高压缩比，使整个燃烧过程前移，使后燃状况得以改善。1.1.7 气缸油过量我们知道，船舶主机转速与功率之间的关系是：（1）3ncPe即主机功率与转速的立方成正比。MAN B&W 型柴油机气缸注油量是根据主机转速而谭鑫波：轮机工程专业毕业论文5不是功率而进行调节，以我船为例，当采用 110rpm 转速时，为额定转速的 83%，此时输出功率降为：（ 为额定功率） （2）bbP.57083可见，因为低转速工况下，柴油机的功率大为减少，气缸注油量就显得相对过多。过量的气缸
12、油容易存积在排气歧管中，如果转速急速升高，会导致积存在排气管中的气缸油迅速着火燃烧，使增压器超速而造成涡轮叶片的损坏。另外，过剩的气缸油也容易被活塞环带入燃烧室而燃烧，因气缸油中含有大量的添加剂，会导致排气系统污染加速，这也是造成扫气箱着火的重要原因。1.2 超速、超负荷工况1.2.1 排气系统脏污，以致燃气倒冲正常情况下，二冲程柴油机在活塞下行过程中，当扫气口开启时， 气缸内的压力仍然稍高于扫气压力，但因扫气口的节流作用和排气的流动惯性，一般不会发生缸内燃气倒冲。当柴油机长时间超负荷运转，或由于喷油设备的技术状况不良造成气缸内燃烧恶化时，未完全燃烧的颗粒会造成排气系统（尤其是废气锅炉盘管）严
13、重脏污，使排气背压升高，涡轮转速下降，增压效率降低，扫气压力也随之降低。当活塞下行露出扫气口时，气缸内的废气压力高于扫气压力，高温燃气会倒冲入扫气箱，导致扫气箱着火。1.2.2 活塞环与气缸壁密封失效柴油机超速、超负荷运转情况下，循环过程较快，每循环的喷油量也较多，活塞环的工作温度更高，润滑条件极差，受到更大的气体压力、往复运动惯性力以及气缸摩擦力的共同作用，另外，由于气缸壁的失圆度和锥度，活塞环在上下往复运动的同时，在自身弹力的作用下，还产生复杂的交变张合运动，很容易产生疲劳断折，使其失去密封作用，造成燃烧室的燃气大量下蹿，引起扫气箱着火。1.2.3 气缸内较高的爆压加剧了燃气倒冲如前所述，
14、柴油机如果长时间超速、超负荷运行，会导致燃烧恶化、润滑不良、排气温度高、冒黑烟，轻者会对排气系统造成污染，严重时更会使活塞、气缸套的热负荷和机械负荷增加，引起“拉缸” 、 “抱缸”等故障。同时，由于气缸内的爆压剧增，在一定程度上也加剧了燃气倒冲，引起扫气箱着火。上文按低速、低负荷和超速、超负荷两种柴油机运行工况，对扫气箱着火的原因进行了归纳分析。但这些原因都可以归结为客观原因，客观原因不可避免或者说很难避谭鑫波：轮机工程专业毕业论文6免，但客观原因并不可怕，完全可以通过采取正确的技术管理措施来消除或减轻客观原因的影响，相反责任心不强、管理措施不当等“主观”原因才是酿成事故的“罪魁祸首” ，后文
15、中关于我船事故的描述中，将重点对这些“主观”因素进行分析。当然，上文所述的原因并不是面面俱到，扫气箱着火现象也不是只在低速、低负荷和超速、超负荷两种“非正常”工况下才会发生。其它情况诸如液压启阀系统发生故障，活塞环因为运行过程中的周向运动而出现所有环的搭口转到同一位置而造成大量燃气下蹿，气缸套严重“失圆”或个别气缸润滑装置发生故障造成“拉缸”导致燃气下蹿，这些情况都可能引起扫气箱着火。2 事故经过及事故原因分析我实习所在的“大庆 76”轮为中国海运集团油轮公司 34600 载重吨系列油轮之一，由广船国际股份有限公司于 1994 年建造，装载货物为原油，船舶总长 185.45m，型宽27.5m，
16、吃水 10.5m，航行国内航线。该轮主机为上海沪东造船厂按德国曼恩公司许可证生产的 MAN B&W 5L50MC 型低速二冲程直流扫气柴油机，可倒转，5 缸，缸径 500mm，冲程 1620mm，额定功率5853KW，额定转速 132rpm。船舶营运过程中，主机功率均在额定功率 60%以下。该轮定速航行时转速为 105110rpm，为额定转速 132rpm 的 79.5%83.3%,按照柴油机的功率与转速成三次方关系可知，正常情况下，该主机输出功率为额定功率的 50.2%57.8%左右。2.1 事故经过今年三月份，我船在绥中舟山航行途中，大管轮发现主机转速突然间自动降低，主机报警系统发出排气高温报警，增压器有喘振声。大管轮立即将情况报告轮机长，并立即采取降速检查的紧急措施。检查中发现五号缸扫气箱道门温度过高，扫气箱本体过热，外部油漆已有变色，打开该缸扫气箱放残阀后有烟雾和火花冒出，大管轮及轮机长判断为扫气箱着火，便切断了五号缸的燃油供给，同时加大了该缸的气缸油注油量，并在与驾驶台协商后进一步降低主
