船舶主机曲轴箱爆炸事故的预防及应急管理

船舶主机曲轴箱爆炸事故的预防及船舶主机曲轴箱爆炸事故的预防及 应急管理应急管理 引言 上世纪 50 年代 在内燃机船 瑞那 德尔 帕西菲哥 号上发 生了曲轴箱爆炸的重大事故 造成 28 人死亡 1 这个事件使人 们对曲轴箱爆炸有了深刻的认识 同时也将控制曲轴箱油雾浓 度作为预防爆炸的一个重要手段 各种油雾浓度的监测方法的 应用虽然大大的降低了曲轴箱爆炸的发生概率 但仅仅是起到 一种抑制作用 并未从根本上消除隐患 此外 随着人们的环 保意识的不断增强 针对航行船舶造成大气污染的问题也逐渐 得到重视 尽管主机废气排放问题一直是人们关注的焦点 但 船上工作人员尤其是轮机部门的人员更为关注其周边的环境 这主要是由于曲轴箱内的油气是通过排气管直接排放到大气中 未被稀释 从而造成其周边环境较高的油气浓度 因此如何有 效的解决主机曲轴箱爆炸的问题同时又能兼顾环保 便成为船 舶设计和管理者共同面对的挑战 本文在充分分析船用主机曲 轴箱爆炸的基本原因以及对当前预防曲轴箱爆炸的措施和方法 的基础上 提出了预防曲轴箱爆炸事故发生的日常管理注意事 项及应急措施 1 曲轴箱爆炸的原因分析曲轴箱爆炸的原因分析 在正常条件下 船舶主机曲轴箱内的温度低 油雾浓度也 远远低于爆炸极限 因此不会发生曲轴箱着火或爆炸 但当船 舶主机曲轴箱内出现高温热源 200 时 就会造成曲轴箱 内滑油的 汽化 现象 形成油蒸汽 这些油蒸汽进一步冷凝形 成大量的微小油滴而悬浮在空气中 形成所谓的乳白色油雾 0 005 0 01ml 油雾是一种极易爆炸的物质 大量的油雾会 使曲轴箱内的油雾密度 油雾浓度 急剧升高 在高温热源达 到 850 以上时将被点燃并迅速燃烧 使曲轴箱内的温度和压力 急剧升高乃至爆炸 多数情况下曲轴箱爆炸对设备的损害仅限 于柴油机本身 但当大量油雾从曲轴箱进入到机舱内 发生爆 炸时危害将更为严重 造成曲轴箱爆炸的根本原因 主要是曲轴箱内存在高温热 源 这些热源主要来自以下几个方面 2 1 船用主机导板与滑块出现局部干磨擦 2 十字头轴承烧熔 3 曲柄销轴承烧熔 4 链传动装置轴承烧熔 5 上述各轴承润滑油供给不足或中断 6 润滑油进水被乳化 被腐蚀或被磨粒污染 7 活塞环和填料函干摩擦 8 扫气箱的火源通过填料函窜入曲轴箱 9 曲轴箱内伸缩套管过热等等 2 曲轴箱爆炸的预防措施和方法曲轴箱爆炸的预防措施和方法 如以上所述可见 由轴箱爆炸的影响因素多种多样 做好 预防工作十分必要 预防措施在日常工作中主要从以下两个方 面着手 2 1 日常维护 曲轴箱的爆炸事故的发生 在一定程度上也反映了船舶日 常管理工作中存在着疏忽和大意 劳埃德船级社通过对其入级 船舶的曲轴箱爆炸事故进行数据分析表明 在二冲程柴油机中 引发曲轴箱爆炸的因素中因主轴承 主轴颈 十字头故障占 43 活塞占 33 其他因素占 19 因此在日常管理中应重点对这 些部件的工作情况进行检查 以尽早发现故障隐患 避免更大 事故发生 同时在维修中应按照说明书的要求 调整好相关参 数 并保证使用合格产品部件 不可忽视任一零部件的重要性 如某轮主轴承在 2005 年 2 月 12 日起开始发现滑油压力不断下 降 且逐日加重 但由于管理人员疏忽大意 未能注意各设备 工作参数的变化情况 对主机的主轴承未能及时进行检查和更 换 没有按规定时间检查主轴瓦与曲轴的贴合情况 或没有及 时进行拐挡差测量 使曲轴处于轴瓦贴合情况较差的状态下工 作 引起主轴承高温 引发曲轴箱爆炸 主轴承烧蚀 曲轴报 废的恶劣后果 2 2 监测和报警 对于曲轴箱爆炸 仅仅重视日常管理是不够的 为及时掌 握和控制曲轴箱内的状况 避免爆炸事故发生 对曲轴箱实施 油雾浓度监测和报警十分必要 根据 solas 公约对预防火灾的 强制要求 各船级社均明确提出了在功率大于 2250kw 和 或 缸径超过 300mm 的船用主机必须装有油雾探测器 油雾探测器 作为大型柴油机运行的重要保护装置 其主要功能是探测柴油 机曲轴箱内的油雾 水雾浓度 从而监测柴油机的主要运行部 件 曲轴和气缸的工作状况是否正常 润滑油的含水量是否超 标 避免柴油机事故的进一步扩大 solas 公约同时也指出应 采用主轴承温度监测以作为油雾浓度探测的补充 当前船上所采用的曲轴箱油雾浓度监视报警器种类繁多 但工作原理相近 通常是采用吸收法或光散射法来监测油雾浓 度 3 前者主要检测经由发射器穿透油雾到接受器上光的数量 即直射光的强度 当油雾浓度增大时 阻光度增加 测量 通道一端的受光器 另一端为红外光发射器 感受到的红外光 就减少 输出的光电流也减少 当主轴承等发生故障时 曲轴 箱内的油气浓度急剧增加 达到一定浓度时 受光器输出的电 流低于设定报警值时 便发出报警信号 并控制主机紧急停车 而后者则是通过检测由于油雾而散射光的数量 强度 但这 两种方法都不适于长期使用 这是因为油雾探测器在运行中时 常会由于监测管路受到油气的污染而发生 误报 频繁的误动 作不仅会造成主机降低负荷而引起的零件材料疲劳 缩短零部 件的使用寿命 也会使运行和检修人员产生麻痹心理 这样当 曲轴箱运动部件真正出现故障时 不能及时排除隐患而造成事 故 此外 由于运行时间的增加 电子元件老化和机器零部件 的磨损 也可能造成频繁的误动作 油雾探测器是大型柴油机 正常运行的保护装置之一 因此要确保其正常工作 不可随意 退出运行 平时要做好维护保养工作 遇到问题要积极排除 不可大意 油雾探测器运行一段时间后 要检测其动作的可靠 性 3 油气分离技术在船用主机曲轴箱中的应用油气分离技术在船用主机曲轴箱中的应用 根据目前的技术水平 在柴油机上安装监测运动部件的自 动油雾探测系统来对即将发生的事故报警 可以说是避免主要 零部件受损的唯一的可行手段 对于曲轴箱爆炸这一重大事件 更应重视日常的维管 将其消除在萌芽状态 油气分离技术则 是实现这一目标的重要技术之一 这里所说的油气分离技术是 指将曲轴箱内的油气抽出并进行分离 从而有效切除爆炸三要 素之一 可燃物 目前这项技术已广泛应用在汽车 摩托车等 陆用交通工具的发动机上 但在大型船用主机和电站装置中应 用较少 本文将通过对 alfa laaval 公司生产的船用油气分离装 置的介绍 分析其在船上重要的应用价值 3 1 油气分离器的结构及其原理 4 油气分离器的结构如图 1 所示 主要包括分离盘片 立轴 电动机和分离桶体等部件 其原理同分油机相类似 在主机工 作期间电动机通过立轴带动分离盘片转动 在分离桶下部产生 一定真空 使曲轴箱内油气经曲轴箱油气进口被吸入到分离桶 中 并进入盘堆内 在离心力的作用下油气中所含的润滑油以 及烟灰被收集在分离桶体的外周 并经分离油出口泄放至污油 柜或其它接收装置 而经分离后不含油的气体则可直接排放到 大气中 在人们日益重视环境保护和节约能源的今天 减少排 气中的含油量无疑具有重要的环保意义 此外 被分离出的润 滑油如经滑油分油机净化仍可循环使用 从而提高了滑油的经 济性能 这就构成了如图 2 所示的油气分离系统 该系统中将 曲轴箱的排空管与油气分离器的油气进口相联 分离油的出口 与曲轴箱的油底壳相联以实现滑油回流重新净化再利用 油气 分离后的无油空气可通过排气管直接通入大气 3 2 油气分离器的功能及优点 由油气分离器工作原理可以看出 油气分离器具有以下功 能 1 在工作过程中及时将可燃物排除 从根本上排除了发 生曲轴箱爆炸的隐患 2 油气分离技术将实现曲轴箱内排放 至大气中的气体对外部环境无污染 满足国际法律法规针对大 气污染的要求 3 由于采用高速旋转的电动机带动实现离心 式分离 因此能耗少 分离效率高 净化效果好 4 采用离 心式分离取代了陆上传统分离设备中运用滤器过滤分离方式 省去了更换滤芯的麻烦 降低了成本 且使用寿命长 5 由 于滑油的可回收再利用 减少了油污染 降低了油损耗 4 日常管理注意事项及应急措施日常管理注意事项及应急措施 4 1 日常管理 4 1 1 加强操作人员的培训 在航运业呈现出繁荣景象的情况下 一些船员劳务公司为 了提高劳务输出人员的数量 使一些未经系统培训或专业训练 的船员进入船员队伍 由于他们缺乏充分的培训和足够的海上 资历 或者由于语言不通等原因 往往缺乏专业知识 技术能 力和交流能力 因而导致了许多事故和险情 因此 应加强对 设备管理和操作者的岗前技能培训 尤其是新船员的培训 在 对设备管理和操作者进行岗前技能培训过程中 应使其认识有 关曲轴箱爆炸或着火的原因及其危害性 建立严格的操作和维 护规程 并根据不同管理 操作人员级别的特点 制定有针对性 的培训计划 明确培训的目标 内容 渠道 形式及保障措施 等 重点实施有效的预防和控制培训以保证知识的连续和更新 培训中注重理论与实践相结合 注重与实际工作环境相结合 可集中培训也可在工作中利用班前会等形式进行培训 进而提 高操作人员的安全意识和故障应变处理能力 避免因错误判断 而造成恶性事故的发生 4 1 2 做好日常巡回检查 巡回检查是船舶机舱管理中一项重要的工作 巡回检查中 应做到勤看 勤听 勤换 特别对设备的重点部位要勤检查 发现问题及时正确加以处理 运行中曲轴箱道门过热 透气管 有黑烟窜入 滑油温度升高 曲轴箱油雾浓度探测器报警 防 爆门打开等现象 是曲轴箱可能爆炸或着火的典型征兆 应针 对这些情况给予足够重视 并及时记入 轮机日志 4 1 3 定期进行设备检查和维护 设备检查包括机械设备的状况检查和监测设备的检查 机 械设备的状况检查包括定期检查曲轴箱内导板与滑块 十字头 轴承 曲柄销轴承 主轴承 活塞杆与填料函 伸缩套管 链 轮 减振器 透气管道等部件的状态 如曲轴箱内有无白合金 碎片 有无过度磨损 烧熔现象和透气管脏堵状况等 一经发 现应及时查找原因并进行相应修复或清除 检测设备的检查主 要是应针对检测油雾浓度 温度 压力等参数的传感元件的工 作状况及其系统的工况进行检查和校准 监测系统中大多数的 电子元件属于高精度元件 但因其安装在柴油机本体上 温度 高 振动大 工作环境极为恶劣 由此使得电子元件的老化加 剧 产生温度漂移 控制的灵敏度增加 误动率也增加 通常 表现为以下几种现象 1 连接插头接触不良 可以拧紧 2 探头特性变坏 可以更换探头 3 电子控制板需要重新调整 这些故障虽不会引起停机 事故 却会使船舶主机失去重要的保护 因此管理人员应做好 定期维护工作 如定期更换空气滤片 减压空气滤片 排出冷 凝管的水分 清洗阀箱的油污 用酒精清洗探头 用压缩空气 吹扫采样管 油路 气路 并做必要的报警试验及高油雾保护 动作 最简单的方法是从采样管入口处吹一口香烟的烟雾进去 试验 对于油气分离器应按照相关使用说明书进行定期保养 如清洗分离盘 分离筒等以保障分离效果 防爆门的启动压力 设定也应严格遵照安装准则或请设备制造厂家校核 务必使其 正常工作 4 2 应急措施 当值班人员发现曲轴箱道门有打开迹象或曲轴箱内有大量 可燃气体窜出 滑油温度急剧升高等现象时 应立即降速 如 设有降速或停车保护装置 慢车运转若干分钟 使烟气从曲 轴箱通风管等处慢慢排出 并逐步降低机体温度 切不可立即 停车 否则会因停车后机体温度不但不能快速降低反而会继续 升高而引起曲轴箱瞬时爆炸 在曲轴箱大量冒烟和慢车运转期 间 轮机管理人员应迅速判断原因并作出相应处理 待机器温 度下降至正常值时 可停止燃油供应 注意不要立即停止供应 冷却水和滑油 迅速准备好灭火设备 一般采用二氧化碳灭火机灭火 尽 量不用泡沫灭火 因其对机件有损害 事后需做大量清洁工作 甚至使滑油报废 更要注意的是油火不宜用水施救 曲轴箱如已爆炸 并有大量油烟溢出时 值班人员应沉着 冷静 坚守岗位 采取紧急停车措施 并切断启动空气 合上 盘车机 关闭辅助风机 此时严禁任何人员靠近曲轴箱道门和 防爆门 或急于打开道门 曲轴箱发生爆炸事故 在试图打开 任一曲轴箱道门之前应停车至少 15min 待曲轴箱内温度降低 后打开 否则在拆除曲轴箱道门时 会引起新鲜空气进入 而 爆炸后余留的热源将会引起剧烈的二次爆炸 带来更为严重的 机损事故 甚至危及管理人员的人身安全 停车后应彻底检查各轴承 活塞杆 填料函 伸缩套管 链轮 减振器等 查找热源产生的部位 消除产生热源隐