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        淺談低負(fù)荷工況下船用主機(jī)低溫腐蝕的預(yù)防

        2017-11-16 14:04:30湯明
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年33期
        關(guān)鍵詞:預(yù)防措施

        湯明

        摘 要:文章分析了低負(fù)荷工況下,船舶二沖程主柴油機(jī)低溫腐蝕的形成原因,低溫腐蝕對(duì)柴油機(jī)的危害,并闡述了防止低溫腐蝕的管理措施。

        關(guān)鍵詞:船舶主柴油機(jī);低負(fù)荷;低溫腐蝕;預(yù)防措施

        中圖分類號(hào):U664.81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)33-0174-02

        Abstract: This paper analyses the causes of low temperature corrosion in the marine two-stroke diesel engines under the low load condition and its hazards to the marine diesel engine as well. Finally, it also expounds some precautions to avoid the low-temperature corrosion.

        Keyword: marine main diesel engine;low load;low-temperature corrosion;precaution

        引言

        國(guó)際航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)處于低谷階段,為節(jié)約燃油費(fèi)用船東和租船人要求船舶使用“最低安全經(jīng)濟(jì)航速”。因而,大多數(shù)船舶主柴油機(jī)長(zhǎng)期處于40%-60%的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),從而引起低溫腐蝕造成主機(jī)零部件損壞,增加船舶維修保養(yǎng)費(fèi)用。

        1 低溫腐蝕的成因

        船舶柴油機(jī)低溫腐蝕必須具備三個(gè)要素:硫化物、水、低溫環(huán)境。由此形成的液態(tài)硫酸是低溫腐蝕的主要原因。

        1.1 硫化物的來源

        船舶主柴油機(jī)燃用高硫燃油,燃油燃燒后,生成二氧化碳、二氧化硫、水以及釩、鐵、鈉的氧化物等燃燒產(chǎn)物。高溫環(huán)境中釩、鐵、鈉的氧化物的催化作用,促使二氧化硫進(jìn)而氧化成三氧化硫。

        1.2 水的來源

        氣缸中的水分有三個(gè)來源:(1)燃油中含有的水分;(2)燃油燃燒生成的水分;(3)掃氣中攜帶的水分。因此,燃油品質(zhì)和掃氣空氣的處理質(zhì)量決定了氣缸內(nèi)水分的含量。

        1.3 低溫環(huán)境的產(chǎn)生

        柴油機(jī)低負(fù)荷工況下,按高負(fù)荷工況設(shè)計(jì)的冷卻水系統(tǒng)工作參數(shù)與氣缸實(shí)際工況不匹配,冷卻水量過剩,水溫低,造成氣缸壁溫度降低,同時(shí),過量的低溫冷卻水造成掃氣溫度降低,促使氣缸溫度進(jìn)一步下降。

        柴油機(jī)高負(fù)荷工況下,三氧化硫與水蒸汽結(jié)合產(chǎn)生硫酸蒸汽,僅極少量的硫酸在缸壁上凝結(jié),大部分硫酸蒸汽隨柴油機(jī)排氣排出氣缸。少量液態(tài)硫酸遇到高堿性氣缸油,氣缸油中的碳酸鈣與硫酸產(chǎn)生中和化學(xué)反應(yīng)生成少量硫酸鈣和水。活塞環(huán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)能將少量硫酸鈣從氣缸壁刮下,形成粉末排出燃燒室。然而,柴油機(jī)低負(fù)荷工況時(shí),缸壁溫度低于硫酸蒸汽的露點(diǎn),硫酸以液態(tài)形式大量附著于氣缸壁。液態(tài)硫酸與氣缸油中的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng),生成大量硫酸鈣,在活塞頭、環(huán)槽和缸壁上聚集,在燃?xì)飧邷刈饔孟?,形成黑色殘留物粘在氣缸壁表面。掃氣口檢查時(shí),可見到氣缸壁上有明顯的黑色殘留物(見圖1)。黑色殘留物不是柴油機(jī)腐蝕和拉缸的產(chǎn)物,用棉紗蘸上輕油用力擦拭,可以去除。然而,這種狀況是低溫腐蝕的前兆。黑漆狀殘留物說明氣缸中的硫酸已經(jīng)大量形成。

        2 低溫腐蝕的危害

        2.1 氣缸壁磨損

        附著在氣缸壁上的液態(tài)硫酸與氣缸表面的鐵及鐵合金產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化鐵,并在磨損中從氣缸壁上剝落,使氣缸壁布滿細(xì)小的空穴,這是氣缸套腐蝕磨損的典型表現(xiàn)。金屬剝落形成空穴,破壞了氣缸油油膜的形成和分布,使氣缸套磨損加劇。

        2.2 活塞環(huán)磨損

        低溫腐蝕生成的細(xì)小的氧化鐵及氧化亞鐵顆粒,從氣缸壁剝落,夾雜在氣缸套和活塞環(huán)之間形成磨粒?;钊\(yùn)動(dòng)時(shí),加劇了氣缸套和活塞環(huán)的異常磨損。此外,大量硫酸存在,使得氣缸內(nèi)硫酸鈣(積碳的主要成分)增加,在低負(fù)荷工況下,活塞頭及活塞環(huán)槽嚴(yán)重積碳,阻礙活塞環(huán)在環(huán)槽中的運(yùn)動(dòng),造成活塞環(huán)粘著磨損(如圖2所示)。

        3 低溫腐蝕的預(yù)防措施

        為防止低溫腐蝕的發(fā)生,輪機(jī)人員必須采取措施,加強(qiáng)主機(jī)維護(hù)管理,確保主機(jī)正常運(yùn)行。

        3.1 氣缸油管理

        柴油機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行,附著在氣缸壁上的液態(tài)硫酸增多。通過下列措施,可以去除硫酸:(1)適當(dāng)提高氣缸油注油率。氣缸油注油率增加,可提高氣缸油中和硫酸的能力。然而,過多的氣缸油會(huì)導(dǎo)致掃氣口、活塞頭及活塞環(huán)槽嚴(yán)重積碳,掃氣口堵塞、活塞環(huán)粘著。因此,提高氣缸油注油率后,應(yīng)加強(qiáng)柴油機(jī)掃氣口檢查,定期化驗(yàn)掃氣箱殘油,根據(jù)檢查和化驗(yàn)結(jié)果,合理調(diào)整氣缸油注油率,防止氣缸過度潤(rùn)滑,積碳增加。(2)換用更高堿性的氣缸油。氣缸油堿性越高,去除硫酸的作用越強(qiáng)。然而氣缸油堿值過高,柴油機(jī)氣缸內(nèi)出現(xiàn)大量灰白色或微黃色沉積物,造成缸套和活塞環(huán)磨損。因此,提高氣缸油堿值應(yīng)充分考慮柴油機(jī)制造商和潤(rùn)滑油廠家的推薦,并定期化驗(yàn)掃氣箱殘油。根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果和廠家的推薦合理選擇氣缸油。

        3.2 缸套冷卻水管理

        低溫腐蝕是在氣缸壁溫度低于硫酸露點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的。下列措施有利于提高缸套內(nèi)表面的溫度:(1)適當(dāng)提高缸套冷卻水溫度。低負(fù)荷運(yùn)行的柴油機(jī)燃燒室平均溫度低,導(dǎo)致缸套內(nèi)表面溫度下降。提高柴油機(jī)缸套水進(jìn)機(jī)溫度,缸套內(nèi)表面溫度將上升,從而阻止低溫腐蝕。然而,現(xiàn)代大型船舶柴油機(jī)缸套冷卻水出口溫度達(dá)到90℃時(shí),柴油機(jī)會(huì)自動(dòng)保護(hù)降速(即slow down),實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)說明書推薦的冷卻水溫度范圍,將缸套冷卻水溫度控制在正常范圍上限附近,確保柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。(2)適當(dāng)減小缸套冷卻水流量。實(shí)驗(yàn)表明,減小冷卻水流量,可提高柴油機(jī)低負(fù)荷工況下氣缸壁表面溫度。管理中可通過旁通調(diào)節(jié)法和節(jié)流調(diào)節(jié)法來實(shí)現(xiàn)。然而,過度調(diào)節(jié)冷卻水流量可能會(huì)引起冷卻水系統(tǒng)低壓報(bào)警。冷卻水壓力不足亦可引起缸套外表面穴蝕。對(duì)于定流量冷卻系統(tǒng)來說,變量調(diào)節(jié)只能作為輔助控制方法。

        3.3 控制燃?xì)庵械乃?/p>

        氣缸中的水分來自燃油、掃氣及燃燒產(chǎn)物。因此,管理中必須注意以下問題:(1)加強(qiáng)燃油管理。首先,在燃油加裝時(shí),要注意檢查燃油的水含量,使之符合ISO的標(biāo)準(zhǔn)。其次,燃油使用過程中,加強(qiáng)燃油分油機(jī)的管理,做好燃油凈化處理,降低燃油進(jìn)機(jī)前的含水量。(2)加強(qiáng)主機(jī)空冷器管理。空冷器冷卻效果越好,掃氣溫度越低,可促進(jìn)掃氣空氣中水分分離,使掃氣含水量降低。然而,掃氣溫度越低,對(duì)缸套的冷卻作用就越強(qiáng),缸套內(nèi)表面的溫度就越低。因此,適當(dāng)提高掃氣溫度,對(duì)預(yù)防低溫腐蝕有利。通常,根據(jù)柴油機(jī)說明書推薦的掃氣溫度范圍,適當(dāng)調(diào)節(jié)空冷器冷卻水量及冷卻水的溫度,在保證柴油機(jī)排氣溫度的前提下,盡量提高掃氣溫度。

        4 結(jié)束語

        船舶主柴油機(jī)在低負(fù)荷工況下運(yùn)轉(zhuǎn),引起低溫腐蝕。造成主機(jī)危害,輪機(jī)人員必須加強(qiáng)船舶主機(jī)及附屬設(shè)施和油料管理工作,嚴(yán)格控制主機(jī)運(yùn)行參數(shù),避免低溫腐蝕要素形成。

        參考文獻(xiàn):

        [1]杜榮銘.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,1996.

        [2]鄧建星,吳亞飛,李漢潤(rùn).船用柴油機(jī)氣缸套低溫硫酸腐蝕分析及策略[J].機(jī)電設(shè)備,2016.

        [3]孫培廷.船舶柴油機(jī)變流量冷卻系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)航海,1998.

        [4]孟慶泉,徐峰.低速航行如何確保主機(jī)安全[J].中國(guó)船檢,2013.

        [5]吳建強(qiáng).淺析船舶柴油機(jī)主要機(jī)械故障診斷和排除[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(13):121.endprint

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