“XXX”輪主機缸套異常磨損分析及應對措施

謝文勝 福建省海運集團有限責任公司

1.故障情況

“ X X X ”輪主機型號：6S46ME-B8.3，額定功率7200KW，額定轉(zhuǎn)速112 RPM/MIN，營運轉(zhuǎn)速99RPM/MIN，說明書指導缸套磨損率0.03-0.05 mm/千小時，說明書指導吊缸周期每16000小時。在第一個吊缸周期對主機6個缸進行正常的維護保養(yǎng)吊缸檢修，6個缸套測量數(shù)據(jù)正常符合說明書要求。2019年連續(xù)幾次，每月一次對主機掃氣口檢查發(fā)現(xiàn)：各缸活塞環(huán)偏干，活塞頭有灰白色沉積物，缸套磨損量增大，決定對第二缸進行吊缸檢修，缸套測量數(shù)據(jù)顯示缸套磨損率超過說明書要求；擴大檢查對第四、第六缸進行吊缸檢修，缸套測量數(shù)據(jù)顯示缸套磨損率超過說明書要求。缸套測量數(shù)據(jù)如表1、表2；主機第二缸第二次吊缸缸套狀況如圖1。

圖1 主機第二缸第二次吊缸缸套照片

表1 第一次主機吊缸缸套測量數(shù)據(jù)

表2 第二次主機吊缸缸套測量數(shù)據(jù)

2.原因分析及排查

影響缸套異常磨損的機理有：磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損。

2.1 磨料磨損主要因素

2.1.1 燃油中的雜質(zhì)（主要是催化粉末）

磨損發(fā)生后，船上把近1年的燃油油樣送岸檢驗，根據(jù)化驗結(jié)果顯示燃油中主要成分指標符合最新的ISO8217標準，排除燃油質(zhì)量原因造成的異常磨損。

2.1.2 進氣中的雜質(zhì)

根據(jù)日常的維護保養(yǎng)記錄、主機的運行情況及結(jié)合掃氣口的檢查情況，排除進氣中的雜質(zhì)引起的異常磨損。

2.1.3 被污染的汽缸油

根據(jù)汽缸油加油記錄：船上把近2年的氣缸油油樣以及從氣缸油儲存柜取得油樣送岸檢驗，化驗結(jié)果正常，排除此項因素造成的異常磨損。2.1.4 其他磨損產(chǎn)生大量鑄鐵磨粒

從缸套的異常磨損情況及送岸化驗的汽缸油殘油指標：含鐵量>200mgkg（正常值要小于200mgkg）。因此其他磨損產(chǎn)生大量鑄鐵磨粒又進一步加劇了缸套的磨粒磨損，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

2.2 影響粘著磨損的主要因素

2.2.1 活塞環(huán)與缸套材料不匹配及材料中的雜質(zhì)

本輪第一次吊缸檢修未更換活塞環(huán)，結(jié)合第一次吊缸測量數(shù)據(jù)正常，排除是此原因造成的粘著磨損。

2.2.2 熱負荷過高使得活塞環(huán)斷裂或者其他形式的損壞

由于船舶的營運轉(zhuǎn)速是99 RPM/MIN，此主機轉(zhuǎn)速下主機排溫低于350℃，熱負荷低，排除是此原因造成的粘著磨損。

2.2.3 進入氣缸的空氣含水量過高

異常磨損發(fā)生后拆檢了空冷器，無漏水現(xiàn)象、空冷器氣液分離裝置及液位報警裝置正常、冷凝水泄放管路正常、各密封條正常。但是根據(jù)掃氣箱檢查結(jié)果顯示進入氣缸的空氣含水量偏高，查找輪機記錄發(fā)現(xiàn)本輪從2018年9月-2020年8月主機運行經(jīng)濟轉(zhuǎn)速94 RPM/MIN，前后一些參數(shù)變化如表3：

表3 主機在不同轉(zhuǎn)速下的部分參數(shù)摘要

根據(jù)說明書要求，在主機降速處于低負荷運行時要提高掃氣溫度到40-43℃，缸套冷卻水出口溫度提高到88-90℃。而船上人員沒有及時調(diào)整，造成了氣缸的空氣含水量偏大給粘著磨損提供條件之一。

2.2.4 缸套工作表面磨光產(chǎn)生“鏡面”現(xiàn)象

此現(xiàn)象原因來自化學性和機械性兩方面。一是汽缸油中總堿性與燃油實際含硫量不匹配而中和過度（總堿性過高），產(chǎn)生化學反應形成灰白色(通常含鈣鹽類，此現(xiàn)象從掃氣口檢查中得到證實），此沉積物加快缸套表面的磨損，此為“化學性鏡面”。二是活塞頂部過多的燃燒沉積物將氣缸表面的油膜破壞，此為“機械性鏡面”。本輪于2018年6月起從外貿(mào)航線轉(zhuǎn)為內(nèi)貿(mào)航線而當時國內(nèi)實行SECA（燃油含硫量小0.5%的硫氧化物排放控制區(qū)），使得主機頻繁在高硫燃油與低硫燃油之間切換使用，而主機在切換到低硫燃油使用時仍然使用高堿性型號HT70汽缸油沒有使用低堿性型號HT40汽缸油，使得缸套發(fā)生“化學性鏡面”現(xiàn)象。表4是說明書在不同燃油含硫量下推薦使用的氣缸油牌號。

表4 在不同燃油含硫量下建議使用的氣缸油

2.2.5 注油定時不正確

結(jié)合主機的運行狀態(tài)并咨詢廠家工程師及查找檢查主機注油定時，確認注油定時正常。

2.3 腐蝕磨損的主要因素

2.3.1 過高的熱負荷

如2.2.2，已排除此原因引起的腐蝕磨損。

2.3.2 燃油中或者空氣中鹽份過高引起燃燒產(chǎn)物存在HCL

根據(jù)燃油化驗結(jié)果及空冷器等狀態(tài)檢查排除此因素引起的腐蝕磨損。

2.3.3 注油定時不正確

如2.2.5，已排除此因素引起的原因。

2.3.4 缸套水溫度過低

在主機94rpmmin運行時根據(jù)說明書要求缸套冷卻水出口溫度應提高到88-90℃而實際只有84℃沒有及時調(diào)整（本輪機型沒有裝備LDCL系統(tǒng)-Load Dependent Cylinder Cooling Water System即主機控制系統(tǒng)根據(jù)主機負荷來自動調(diào)整缸套冷卻水溫度），給缸套低溫腐蝕提供了條件。

2.3.5 汽缸注油量不足

汽缸注油量不足造成燃燒產(chǎn)物中的H2SO4中和不足引起而又在缸套冷卻水溫度過低時引起的腐蝕磨損。主機汽缸油參數(shù)設定如圖2、圖3。

圖2 主機汽缸油參數(shù)設定 1

圖3 主機汽缸油參數(shù)設定 2

根據(jù)燃油化驗報告及說明書要求，圖3、圖4汽缸油設定參數(shù)設定正確。但是根據(jù)掃氣箱檢查情況--活塞環(huán)偏干說明汽缸油注油量偏少，活塞頭有灰白色沉積物又說明汽缸油注油量偏多，這種情況又互相矛盾。

3.故障原因

隨后在主機機動航行時重點觀察了主機汽缸油運行模式，圖3中LCD模式欄（此工作欄在主機啟動、機動操縱和負荷變化中，汽缸油供油速率通過LCD模式增加25%氣缸油量，并在負荷穩(wěn)定之后維持運行半小時后轉(zhuǎn)成正常模式），主機航行時LCD模式應處于ON工作狀態(tài)但是實際機動運行中LCD工作模式處于時斷時續(xù)狀態(tài)工作不穩(wěn)定，造成主機在啟動、機動操縱和負荷變化中汽缸油供油速率無法通過LCD模式增加25%氣缸油量，造成機動航行時汽缸油注油量不足。觀察主機定速航行時汽缸油注油量正常。至此導致主機缸套異常磨損的原因基本明確。

（1）主機汽缸油LCD運行模式故障造成主機在啟動、機動操縱和負荷變化中汽缸油供油速率無法通過LCD模式增加25%氣缸油量，造成機動航行時汽缸油注油量不足---解釋了掃氣口檢查時活塞環(huán)偏干的原因（掃氣口檢查在主機完車后第一時間進行的，一般都是在機動航行后完車的）。而且船舶轉(zhuǎn)成內(nèi)貿(mào)航線機動航行頻繁，加快了氣缸磨損。

（2）在主機換用低硫燃油時，汽缸油沒有及時使用與之相匹配的低堿性汽缸油，造成汽缸油堿性過大使汽缸油中總堿性與燃油實際含硫量不匹配而中和過度（總堿性過高），產(chǎn)生化學反應形成灰白色(通常含鈣鹽類，此現(xiàn)象從掃氣口檢查中得到證實），此沉積物加快缸套表面的磨損，此為“化學性鏡面”。

（3）在主機處于低負荷運行時沒有相應的提高掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度，為缸套產(chǎn)生粘著磨損及腐蝕磨損提供條件。

4.故障排除

（1）更換了控制主機汽缸油運行模式的ECU控制主板，隨后主機汽缸油運行模式LCD模式運行正常，LCD模式故障排除

（2）船舶重新加裝一批低堿性汽缸油TARO SPECIAL HT LS40，在主機換用低硫燃油時使用，避免汽缸油堿性過大使汽缸油中總堿性與燃油實際含硫量不匹配而中和過度產(chǎn)生“化學性鏡面”現(xiàn)象。

（3）提高主機掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度，避免為缸套產(chǎn)生粘著磨損及腐蝕磨損提供條件。

采取以上措施后一段時間觀察主機運行正常，每月一次的掃氣口檢查發(fā)現(xiàn)缸套異常磨損率正常。

5.減少缸套異常磨損的管理措施

（1）避免主機長期低負荷運行，使主機工況變差增加缸套磨損幾率。

（2）加強冷卻水系統(tǒng)管理，按照說明書要求根據(jù)不同的負荷正確調(diào)節(jié)主機掃氣溫度及缸套冷卻水出口溫度。

（3）加強燃油管理，確保燃油質(zhì)量及燃油在使用過程中的符合要求。

（4）掃氣口檢查的重要性：掌握正確的檢查方法與判斷標準，根據(jù)說明書提供的檢查表如實記錄并根據(jù)實際檢查結(jié)果及時調(diào)整主機工況及檢修。

（5）加強汽缸油系統(tǒng)的管理。

①根據(jù)不同的燃油含硫量正確使用與之相匹配的汽缸油，尤其使用低硫燃油時。

②經(jīng)常通過掃氣口檢查，依據(jù)經(jīng)驗及說明書判斷及時調(diào)整汽缸油注油率。不能僅憑偶爾停車狀態(tài)時缸套壁及活塞環(huán)表面的潤滑情況就貿(mào)然調(diào)節(jié)注油率，因為主機停車前，往往會激活汽缸油模式中LCD模式增加注油量，此時狀態(tài)不具有代表性。

③日常管理中需要定期測量汽缸油實際消耗量與MOP上流量計消耗量，其誤差一般不超過5%。

④有條件船舶定期化驗氣缸中汽缸油殘油，根據(jù)殘油中BN值及Fe含量及相關(guān)參數(shù)指標進行汽缸油注油率調(diào)整。

⑤充分利用MANME系列的PMI系統(tǒng)，實時掌握主機工況并及時各調(diào)整工況參數(shù)，使各工況參數(shù)在偏差之內(nèi)。

6.結(jié)束語

缸套產(chǎn)生異常磨損的可能因素很多，輪機管理人員不僅要了解產(chǎn)生異常磨損的機理及影響因素，更要結(jié)合實際細心查找異常磨損原因。日常管理在于精細化，重點在防范，結(jié)合廠家說明書要求加強管理避免產(chǎn)生異常磨損。