大庆轮主机扫气箱着火原因分析与技术管理建议.docx

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大庆轮主机扫气箱着火原因分析与技术管理建议

1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。

2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，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

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，适当的增大喷油提前角，使低负荷工况下最高燃烧压力

达到额定工况时的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。

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

。

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）

即主机功率与转速的立方成正比。

MANB&W型柴油机气缸注油量是根据主机转速而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）

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，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。

3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，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MANB&W5L50MC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105─110rpm，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机转速，微速航行。

之后，轮机长决定首先用高温热水喷淋扫气箱外壁以降低其表面温度，之后开启蒸汽阀用蒸汽灭火，经上述处理之后，火被扑灭。

火势被扑灭后，为彻底查明原因，避免再次发生类似事故，轮机长将情况报告船长后进行了停车检修。

2.2事故原因分析

事故发生后，轮机长和大管轮进行了冷静分析，针对我船主机长期低负荷运行的情况，重点考虑了低负荷情况下扫气箱着火的原因。

首先从寻找扫气箱内的可燃物入手，对各缸扫气室的放残阀逐一检查看是否通畅，前四缸情况尚好，但发现第五缸放残阀已基本被残油、污泥的混合物所堵塞，根本无法流出，导致扫气箱积聚大量可燃物。

之所以是第五缸的放残阀堵塞，有其主观原因，第五缸的放残阀位于主机应急控制台和扫气箱道门的“夹缝”间，空间非常狭小，放残时要侧身、低头、小心翼翼方能进入，非常不便，每次放残时该缸都被“安排”在最后，并且时间也最短。

另外，在定期打开扫气箱道门清理内部油泥、污物时，因其位置不便，该缸也总是不可避免“遭殃”，相比于其它四缸，该缸每次的清理都显得不够彻底，久而久之，该缸放残阀被堵塞也就不足为怪了。

针对我船主机长期低负荷运行的实际情况，大管轮和轮机长进行了深入的查找分析，通过查看最近一段时间的轮机日志，他们注意到近期增压器透平油循环柜的油位有明显减少，之前曾以为是由于吃水差及船舶横摇引起的而未在意，这次事故发生后，对增压器进行拆检，发现压气机端油封、气封的密封圈严重老化，已失去密封作用。

废气涡轮增压器中，在压气机和废气涡轮两端分别有两个油池，采用轴环飞溅或泵压注油，润滑油受到增压器轴环每分钟几千甚至上万次的冲击，使润滑油凝聚的油珠破碎而生成油雾。

散布在两个油池中的油雾，因受到压气机端高速流动的气流的影响，向油封和气封运动，由于两个密封圈已失去密封作用，油雾随着压气的气流混入扫气中，而后随扫气运动，碰撞到扫气箱壁上，油雾分子结聚在一起，落在扫气箱底部，另外，第五缸扫气室放残阀又已堵塞，两方面原因导致扫气箱中积聚大量可燃物。

其次，分析高温热源的来源。

再进一步对主柴油机第五缸进行吊缸检查，发现第五缸活塞环严重烧灼，活塞环粘着现象严重，且气缸套磨损尤其严重。

经分析得知，由于主柴油机长期采用减速节能措施，再加上长期使用掺渣燃油，低负荷时，柴油机的运行工况远离设计工况，而使燃烧质量变差，燃烧缓慢不充分，后燃加剧，极易形成结炭。

气缸内结炭的增加使活塞环粘着结炭。

引起活塞环异常磨损，造成高温燃气下窜，这是扫气箱内存在高温热源的根源。

4日常技术管理注意事项

综上分析可知，造成扫气箱着火的原因主要是由于管理不当引起的，尤其是采用减速航行，更增加了管理的困难，下面结合在船实习期间的实践，以及日常观察到的我船在技术管理中的不足，对预防扫气箱着火的日常技术管理措施加以分析。

（1）开航前用蒸汽进行充分暖缸，使之缩短自行发火的滞燃期，这一点我船做的较好，每次完车后都会马上停掉主海水冷却泵，并开启缸套水加热器的蒸汽阀对缸套水进行加热保温，使缸套水温度保持在75℃左右，这不仅利于缩短燃油自行发火的滞燃期，也避免因热胀冷缩而使缸套和缸头、密封圈之间产生漏水。

（2）主机动车前应开动鼓风机增加风源，扫除气缸内残余废油气。

这点，我船并没有执行，只是每次动车前用启动空气冲车，扫除气缸内残余废油气，在机动操车及微速、慢速航行时将辅助鼓风机控制开关打至“自动”，由主机自动控制程序自动启、停辅助鼓风机。

（3）定期清洗增压器吸口滤网，定期调整喷油泵的喷油定时。

（4）勤检查活塞杆填料面磨损程度，防止曲柄箱中的滑油泄漏到扫气箱中。

（5）定时测取气缸压缩压力

和最高燃烧压力

，根据示功图判断气缸燃烧情况，同时了解喷雾质量，并判断活塞环密封程度。

（6）勤检查扫气箱内部，若发现扫气箱内有较多聚集树脂漆状碳粒，应检查该缸的喷油提前角及油头喷雾质量。

定时去除油污。

对于（3），（4），（5），（6）项，应该说我船都认真执行了，但“定期”、“勤”、“定时”这些时间概念，主观性及随意性太强，并不具体，究竟该多长时间执行一次，跟轮机员的主观判断、个人水平及责任心也有很大关系，并且因为我船只在国内航行，有些航线如渤海湾内的葫芦岛、天津、龙口、蓬莱及石油平台之间航程很短，定速航行时间较短，只有十个小时甚至七、八个小时，机动操车相对较多，尤其是靠泊石油平台，机动操车尤其复杂，整个过程需要一个多小时，有些时候，我船会在渤海湾内各港口之间航行很长时间，如去年冬季曾在该区域内航行达两个月，经常跑这种短航线，就更需要加强上述检查，此时，“人”的主观性就尤其重要。

（7）扫气箱及各缸的扫气室放残阀，每两小时至少打开一次，进行放残，直至放出积存的油污为止。

该项在我船的执行非常不好，主要是个人责任心的问题，另外也与交接班时的沟通有关。

关于责任心，根据我的实习经历，不同轮机员之间的差别的确很大，有些轮机员在一个班次会严格执行，每班至少放残两次，但也有轮机员每班只放残一次，更有甚者，有时夜间值班，较疲乏或者与值班机工聊天，一个班次中根本不放残。

此外，两个轮机员在交接班时，交班轮机员应将上次放残的具体时间告知接班者。

比如我船，我在跟班过程中发现，新任三管轮习惯在接班时放残一次，之后就不再放残，而接班二管轮往往习惯在自己交班时放残一次，这样，两次间隔近8个小时之多，带来了极大的事故隐患。

此外，每次放残的时间，不同轮机员之间差别也较大，有时并不能确保残油及污水泄放彻底。

（8）控制适当的扫气温度。

该项我船执行情况也较好，大管轮会根据外界温度的变化情况及时调整主机冷却海水的流量，保持适当的扫气温度。

（9）低负荷运转时，适当减少气缸油的注油量。

我船所用的MANB&WLMC系列柴油机，气缸油注油器的泵浦按照柴油机的运行转速对输送的气缸注油量进行调节，按照说明书中的介绍，每缸每分钟的气缸油注油量为：

（3）

其中：

：

气缸油注油器的泵浦行程

：

每缸的气缸油进油孔数

：

柴油机的转速（rpm）

:

液压效率

这样，可计算出每缸每日的气缸油消耗量（升）为：

（4）

其中（

=

，为常数，即：

（4）

按照说明书中的介绍，气缸油供给量也可以按照柴油机的负荷进行调整，但调整须根据厂家的指导性供给率进行，并且与平均有效压力成正比。

在实际运行过程中，因为主机是在低负荷下运行，可通过调整

值即气缸油注油器的泵浦行程来适当减少气缸油注油量，但具体减少多少，要根据对扫气箱检查时对活塞环、缸套的润滑情况，各缸扫气室中的污油数量等来判断，但总体的原则还是宁可注油量稍微多些，也不可不足，否则会造成活塞环润滑不良。

另外，低速、低负荷运行情况下气缸油的消耗量也不是绝对的少，在机动操车情况下，柴油机转速变化频繁，气缸油消耗量反而较大。

（10）定期检查活塞、活塞环及环槽的技术状态，不合要求时及时更换或修复；定期检查气缸套的磨损、圆度及圆柱度情况，超过极限时应及时更换或修复。

对于该项，我船基本是在吊缸时进行检查，平时并没有为了防止扫气箱着火而对其进行检修。

（11）扫气系统放残管路的畅通尤为重要，这是扫气筒及各缸扫气室中的油水残物能够顺利放出的前提。

日常技术管理中，应定期或视情对各缸扫气室连接到横向总管之间的管路、横向总管、扫气筒的放残管路、连接泄放柜的泄放总管进行清通。

例如横向总管，可拆开两侧的闷板进行清通--用手工机械、压缩空气、热水或蒸汽清通冲洗。

这一点，在我船好像也没有得到充分重视。

另外，我船每次备车时，从不用盘车机对主机盘车及手动注入气缸油对活塞环和缸套进行预润滑，这也是一个事故隐患，这样容易使活塞环和缸套产生异常磨损，容易造成燃气下泄，甚至发生“拉缸”事故。

此外，我船燃油辅锅炉不运行而使用废气─燃油组合锅炉，且用废气加热时，当外部气温又较低时，此时所产生的蒸汽往往不太够用，此时需要对控制燃油进机温度的蒸汽阀的开度进行调节以保持足够的燃油温度，当进港卸油前，燃油辅锅炉运行后蒸汽充足，此时又需要及时调小蒸汽阀的开度，这个问题也经常被值班轮机员和机工所忽视，正常情况下，我船燃油进机温度在116℃左右，但在轮机员值班过程中，曾多次发现因值班人员疏忽而导致燃油在较大温度范围内波动，比如最低温度曾在108℃，最高温度曾达126℃，燃油温度的大幅变化，除了对喷油泵柱塞、喷油嘴等有损害之外，对于燃油的发火时刻、气缸内燃烧情况也有直接影响，进而也会影响到扫气箱着火。

结论

综上所诉，柴油机运行管理不当，违章操作是造成扫气箱着火的主要原因,因此,在柴油机运行管理中,平时要加强对柴油机的运行监测和管理，严格按照说明书的要求进行维护，为了确保船舶设备和人员生命财产安全，将船舶轮机故障控制在较低的水平，以及良好的轮机管理技术，是每一位轮机管理人员必须十分重视的事情。

致谢语

本论文是在我的指导师傅杨宇康的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

杨师傅不仅在论文撰写上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨杨师傅致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

我还要感谢集美大学的领导和老师的精心培育和教导，以及一起度过大学生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

  在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始选题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我极大的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！