某船發(fā)電柴油機(jī)高溫冷卻淡水低壓故障原因分析與解決

湯明

摘 要：本文介紹某船發(fā)電柴油機(jī)高溫冷卻淡水低壓故障的發(fā)生過(guò)程，根據(jù)故障表現(xiàn)形式和冷卻水系統(tǒng)的特性，結(jié)合冷卻水系統(tǒng)原理圖，分析了冷卻水低壓故障的原因。闡述了故障的排除方法和處理措施，并就故障產(chǎn)生的直接原因，提出了一些預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：高溫淡水冷卻系統(tǒng) 低壓 排查 處理 預(yù)防

1.故障概況

某船交流電站的三臺(tái)發(fā)電機(jī)組采用DAIHATSU 5DK-20e柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)容量：660KW×900 RPM。氣缸冷卻采用閉式高溫淡水冷卻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由柴油機(jī)自帶離心式冷卻水泵、高溫淡水冷卻器、膨脹水箱、管路、閥件等組成。冷卻水進(jìn)機(jī)壓力：2.5-4.0kg/cm2，出機(jī)壓力：1.0-2.0 kg/cm2。出機(jī)水溫：70-75℃，高水溫報(bào)警值85℃，高水溫自動(dòng)停車(chē)值：90℃。

故障發(fā)生前，二號(hào)機(jī)組正在單獨(dú)運(yùn)行供電。主管輪機(jī)員值班期間，啟動(dòng)三號(hào)機(jī)組，確認(rèn)正常后，將電網(wǎng)負(fù)載切換至三號(hào)機(jī)組，一號(hào)和二號(hào)機(jī)組備用。大約10分鐘左右，機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)顯示“三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)氣缸高溫冷卻淡水出口高溫”，繼而又迅速上升至90℃，觸發(fā)柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)而停車(chē)，機(jī)艙供電中斷。輪機(jī)員重新啟動(dòng)二號(hào)機(jī)組恢復(fù)供電。但是，二號(hào)機(jī)組供電約1分鐘左右，出現(xiàn)氣缸冷卻水進(jìn)機(jī)壓力波動(dòng)并下降至0.2-0.3kg/cm2。緊接著水溫上升至90℃，柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)停車(chē)，機(jī)艙電力中斷。輪機(jī)員馬上啟動(dòng)一號(hào)機(jī)組供電。然而，一號(hào)機(jī)組剛剛投入運(yùn)行，也出現(xiàn)了冷卻水壓力降低、溫度升高，機(jī)艙供電力再次中斷。至此，可以斷定機(jī)艙三臺(tái)發(fā)電柴油機(jī)都因其氣缸高溫冷卻淡水低壓，引起冷卻水溫度升高，觸發(fā)柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)停車(chē)，最終導(dǎo)致機(jī)艙供電中斷。

2.故障原因分析

根據(jù)管路系統(tǒng)及離心泵的工作特性，將高溫淡水冷卻系統(tǒng)水壓過(guò)低的可能原因列舉如下：

（1）膨脹水箱缺水

膨脹水箱水位過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致離心泵吸入壓力降低，繼而造成排出壓力相應(yīng)降低，即冷卻水進(jìn)機(jī)壓力降低。

（2）管路破損

冷卻水管路在淡水、空氣中的鹽霧，高頻振動(dòng)等因素影響下，會(huì)產(chǎn)生腐蝕而破損，導(dǎo)致空氣漏入冷卻水系統(tǒng)，離心泵水力性能下降，泵的工作壓力波動(dòng)、降低。

（3）水循環(huán)管路堵塞

冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢或進(jìn)入異物等，會(huì)造成淡水冷卻器、循環(huán)管路發(fā)生堵塞，從而導(dǎo)致冷卻水循環(huán)受阻，無(wú)法進(jìn)入柴油機(jī)氣缸冷卻水腔，引起冷卻水壓力下降，水溫升高。

（4）冷卻系統(tǒng)透氣管堵塞

冷卻水中溶解有少量空氣，隨著水溫升高，空氣的溶解度降低，部分空氣從冷卻水中析出，經(jīng)透氣管、膨脹水箱排出，如果透氣管路不暢通，析出的空氣就會(huì)積存在冷卻水系統(tǒng)中，形成“氣栓”導(dǎo)致離心式冷卻水泵水壓降低。

（5）離心式冷卻水泵損壞

提高液體的機(jī)械能，是泵的基本功能之一。如果泵出現(xiàn)故障，冷卻水系統(tǒng)壓力必然降低。

（6）柴油機(jī)燃燒室漏氣

柴油機(jī)燃燒室部件在高溫高壓的燃?xì)獾母g和燒蝕以及熱應(yīng)力的作用下，可能會(huì)產(chǎn)生裂紋、穿孔等缺陷導(dǎo)致燃?xì)飧Z入冷卻水系統(tǒng)，影響離心式冷卻水泵的水力性能，使系統(tǒng)水壓下降。

3.故障位置排查

（1）膨脹水箱水檢查

當(dāng)發(fā)電柴油機(jī)高溫淡水冷卻系統(tǒng)水壓波動(dòng)、降低時(shí)，首先應(yīng)確認(rèn)膨脹水箱是否缺水。經(jīng)檢查，膨脹水箱水量充足，水位與以往無(wú)異，但有些渾濁。

（2）管路系統(tǒng)破損位置排查

發(fā)電柴油機(jī)高溫淡水冷卻系統(tǒng)，因接入高置膨脹水箱，整個(gè)系統(tǒng)在靜置時(shí)，壓力高于大氣壓，泵運(yùn)行時(shí)亦是如此。只有在船舶劇烈搖擺時(shí)，才有可能導(dǎo)致泵的吸入管路偶爾出現(xiàn)壓力低于大氣壓的狀況。此時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致空氣吸入。因此，如果管路破損，會(huì)有冷卻水漏出。然而，管路檢查并未發(fā)現(xiàn)漏水跡象。說(shuō)明管路無(wú)破損。

（3）循環(huán)管路堵塞位置排查

該高溫淡水冷卻系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，且冷卻水都經(jīng)過(guò)化學(xué)投藥處理。因此，落入異物和結(jié)垢堵塞的可能性不大。基于冷卻水低壓故障同時(shí)發(fā)生在三臺(tái)機(jī)組中，即便堵塞，也應(yīng)堵在共用管道。然而對(duì)公用管道的拆檢，證實(shí)管路系統(tǒng)不賭。

（4）氣管堵塞位置排查

該系統(tǒng)的透氣管連接在柴油機(jī)冷卻水氣缸出口總管與膨脹水箱之間，管徑較細(xì)，且冷卻水處理時(shí)在膨脹水箱投藥。如果過(guò)量投藥，將造成過(guò)剩的化學(xué)藥品於結(jié)在透氣管中，形成堵塞。然而對(duì)透氣管路拆檢后，根據(jù)其出水狀況，判斷透氣管路暢通。

（5）離心式冷卻水泵損壞故障排查

此次故障中，機(jī)艙三臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，同時(shí)出現(xiàn)冷卻水低壓。如果是泵的原因，導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)壓力降低，必須是三臺(tái)水泵同時(shí)損壞。這種可能性幾乎沒(méi)有。故不考慮離心式冷卻水泵損壞。

（6）燃燒室漏氣位置排查

柴油機(jī)燃燒室產(chǎn)生裂紋、穿孔等缺陷時(shí)，柴油機(jī)運(yùn)行中，燃?xì)鈮毫Ω哂诶鋮s水壓力，燃?xì)鈺?huì)竄入冷卻水系統(tǒng)。但停車(chē)時(shí)，冷卻水處于正壓狀態(tài)，而燃?xì)鈮毫ο?，此時(shí)冷卻水可能會(huì)漏入氣缸。然而，柴油機(jī)盤(pán)車(chē)、沖車(chē)檢查，并未發(fā)現(xiàn)氣缸有水跡。

綜合以上排查結(jié)果，輪機(jī)人員分析認(rèn)為膨脹水箱缺水、管路破損、水循環(huán)管路堵塞、冷卻系統(tǒng)透氣管堵塞、離心式冷卻水泵損壞等故障都能確定排除。但燃燒室是否泄漏，不易在較短時(shí)間內(nèi)被確定。同時(shí)，考慮到第一次冷卻水低壓是發(fā)上在剛剛投入運(yùn)行的三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)。故初步判斷，三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)燃燒室漏氣。

4.故障處理與預(yù)防

（1）故障的處理過(guò)程

根據(jù)故障排除的初步結(jié)論，輪機(jī)長(zhǎng)決定采取以下行動(dòng)：

①三臺(tái)發(fā)電柴油機(jī)及鍋爐燃油系統(tǒng)，立即切換到輕柴油模式。endprint

②關(guān)閉三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)冷卻水進(jìn)機(jī)和出機(jī)截止閥。

③冷卻系統(tǒng)水溫下降到正常值后，啟動(dòng)一號(hào)發(fā)電柴油機(jī)，開(kāi)啟水泵出口處的放氣考克放氣，結(jié)果有氣體排出。隨著氣體排出，水壓逐漸上升，并恢復(fù)至正常范圍。

④一號(hào)發(fā)電柴油機(jī)冷卻水壓力上升后，在水溫升高至90℃之前，迅速恢復(fù)機(jī)艙供電，并立即啟動(dòng)低溫淡水及海水冷卻系統(tǒng)。

⑤啟動(dòng)二號(hào)發(fā)電柴油機(jī)。同時(shí)，緩慢打開(kāi)離心式冷卻水泵出口處的放氣考克放氣，結(jié)果也有氣體排出。隨著氣體排出，二號(hào)機(jī)恢復(fù)正常。

⑥二號(hào)機(jī)組并入電網(wǎng)，機(jī)艙備車(chē)?yán)m(xù)航。

采取以上措施后，船舶恢復(fù)到了正常航行狀態(tài)。輪機(jī)人員進(jìn)而對(duì)三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)進(jìn)行了下列檢查：

①數(shù)小時(shí)后，再次對(duì)三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)盤(pán)車(chē)和沖車(chē)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四號(hào)缸示功考克有水冒出。

②將三號(hào)柴油機(jī)四號(hào)缸頭吊出，作水壓試驗(yàn)（6kg/cm2），發(fā)現(xiàn)四號(hào)缸頭的噴油器座漏水。

③更換損壞的噴油器座。水壓試驗(yàn)正常。

據(jù)此故障位置，明確定位。導(dǎo)致三臺(tái)發(fā)電柴油機(jī)因氣缸高溫冷卻淡水低壓，引起冷卻水溫度升高，觸發(fā)柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)停車(chē)，最終導(dǎo)致機(jī)艙供電中斷的直接原因是，三號(hào)發(fā)電柴油機(jī)四號(hào)缸頭的噴油器座泄漏，柴油機(jī)工作時(shí)，燃?xì)飧Z入氣缸高溫淡水冷卻系統(tǒng)，引起冷卻水壓力下降，溫度升高，并波及到其他兩臺(tái)柴油機(jī)，致使發(fā)電柴油機(jī)組自動(dòng)保護(hù)停車(chē)。

（2）故障的預(yù)防措施

輪機(jī)人員對(duì)拆下的噴油器座檢查后發(fā)現(xiàn)，噴油器座觸火面嚴(yán)重腐蝕，出現(xiàn)多個(gè)貫穿性細(xì)孔。就此提出以下防范措施：

①嚴(yán)格控制燃油和柴油機(jī)進(jìn)氣空氣的的含水量，確保燃油噴入柴油機(jī)氣缸后，完全燃燒，以減少燃?xì)庵兴嵝愿g物的產(chǎn)生。

②適當(dāng)提高高溫冷卻淡水的進(jìn)機(jī)溫度，避免燃燒室低溫腐蝕。

③柴油機(jī)停車(chē)后，應(yīng)開(kāi)啟示功考克，盤(pán)車(chē)、沖車(chē)，以免腐蝕性燃燒產(chǎn)物、來(lái)自空氣的冷凝水殘留在氣缸中，造成燃燒室部件腐蝕。

④介于上述故障發(fā)生時(shí)，船舶發(fā)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間才5000小時(shí)左右，建議柴油機(jī)制造商，優(yōu)化、改進(jìn)噴油器座等燃燒室部件的表面耐腐蝕性能。

5.總結(jié)

通過(guò)上述故障原因分析和排查，說(shuō)明發(fā)電柴油機(jī)燃燒室部件的裂紋、穿孔等缺陷會(huì)造成燃?xì)飧Z入柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)，致使全船電力系統(tǒng)失效，危及船舶安全。輪機(jī)人員應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電柴油機(jī)燃燒室部件的管理和維護(hù)，以確保燃燒室部件的使用性能，確保發(fā)電柴油機(jī)組的工作可靠性。

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