主机扫气箱着火分析

大连海事大学毕 业 论 文 二一三年五月主机扫气箱着火分析 专业班级：轮机工程2011- 姓 名：李 华 玲 指导教师：继续教育学院内容摘要摘要：本文针对柴油机的扫气箱着火原因进行分析，提出一些可能导致扫气箱着火的因素，并提出一些相应的处理办法以及一些预防的措施，以期减少该事故的发生，同时可供其他轮机管理人员借鉴和参考。关键词： 主机 扫气箱着火 故障分析ABSTRACT：This paper is about the cause of scavenging air box firing and the trouble being settled. The author analysis the cause of scavenging air box firing. Lessons should be drawn from this case. The author also lists some precautions about this case. The aim of the paper is to be reducing this accident.Keywords： main engine scavenging air box firing the cause of trouble目 录内容摘要3关键词3目录4序言5正文5 1、导致扫气箱着火的直接原因7 1.1、可燃物（燃料）的来源7 1.2、高温热源（热量）的来源7 2、导致扫气箱着火的间接原因7 2.1扫气压力低，过量空气系数小，造成缸内燃烧状况的恶化7 2.2喷油系统故障，恶化了柴油机的燃烧状况7 2.3燃油温度低，喷油器冷却水太冷8 3、防止扫气箱着火的措施8 3.1切断可燃物（燃料）的来源8 3.2切断高温热源（热量）的来源8 4、总结日常技术管理具体注意事项9 5、 参考文献12 主机扫气箱着火分析序言：船舶主机扫气箱着火是一种大型低速柴油机多次发生的事故，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。作者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，没能充分重视氧气、热量和燃料三者之间的关系，以及对减速运转后气缸热负荷偏高、燃烧工况恶化等情况，则容易导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。正文：关于扫气箱着火，是二冲程柴油机一种常见的事故，它给机器造成的危害却相当严重，轻则减速、停车，严重时造成气缸套裂缝漏水和增压器的损坏。作者实习的船舶4万吨的谋轮为定速主机8缸长冲程低速柴油机，其参数如下：缸径850mm，行程1200mm，功率20580KW（28000HP），转速138r/min。采用了直流阀式扫气，液压启阀机构。自1988年装船使用,设备趋于老化，性能达不到出厂及试航时的动力指标。目前的负荷仅为额定负荷的53%左右。多次发生扫气箱着火事故，已经损坏了一只气缸套和两台增压器，严重威胁着船舶和人身的安全，已经成为船舶安全航行的一大隐患。最近一次着火事故是上月23号在大连到广州的航次中。我当时在机舱做卫生。突然感觉主机转速降低，增压器发出强烈噪音（喘振）。然后发现排气温度升高，输出功率减小，十字头压力下降，扫气箱过热。我帮助二管轮降速，加大着火缸的汽缸油注油量并切断该缸的燃油供应。待半分钟火自动熄灭。慢慢恢复正常运行。为此，保证柴油机安全运转，须对扫气箱着火问题进行深入的探讨和研究，消除扫气箱着火的原因，杜绝着火事故的发生。扫气箱着火的基本条件是扫气箱中存有厚厚的积油。正常情况下，从缸壁刮下的气缸油经污油排出管排至放残柜，由于排污管通径太细，经常脏堵，使活塞下部空间的污油越积越多，当活塞环与气缸壁密封不良时，缸内燃气下窜或当活塞下行打开扫气口时，缸内燃气倒冲，点燃扫气箱中的积油，导致扫气箱内着火、爆燃。着火后换气质量恶化，排气温度升高，输出功率减小，十字头压力下降，扫气箱过热，机器转速降低，由于该主机采用定速调速器，瞬间使各缸供油量大幅增加，更进一步加剧了燃烧的恶化。着火严重时会使增压器吸口冒出黑烟，并伴有砰砰的响声，导致增压器喘振和损坏。当发现扫气箱着火后，减速航行，停止着火缸的燃油供应，适当加大着火缸的气缸注油量，以保证缸内充分润滑，必要时可用蒸汽或二氧化碳灭火，等扫气箱内火焰熄灭后，逐渐慢速停车，等冷却后打开扫气箱盖，盘车检查气缸、活塞组件，看活塞环是否折断，活塞环搭口是否转到上、下同一位置，看气缸套壁面是否有拉伤现象，气缸套水封圈是否漏水等。通过上述检查，未发现异常情况，再次起运主机，继续正常航行。我们都知道火的燃烧需要三个条件：可燃物（燃料），助燃物（氧气）和高温热源（热量）。缺一不可。如图所示图1然而想要防止扫气箱着火事故的发生只要切断一个条件事故就不会发生。而在运行中的柴油机扫气箱中必须随时提供大量的新鲜的扫气空气(氧气)。所以查找扫气箱着火的原因，提出预防事故发生的措施就只能从可燃物（燃料）和高温热源（热量）的来源查起，并提出预防措施。针对此次事故，我请教了大管轮。就船舶扫气箱着火的原因及预防措施进行深入综合分析得出以下结论：1、导致扫气箱着火的直接原因1.1 可燃物（燃料）的来源事后我发现着火缸的扫气箱放残管被沉积物堵住。无法及时排出扫气箱内的可燃物是导致此次事故的最直接原因。活塞下部空间积油太多由于该机型设计的放残管通径太细，加之燃烧不良时，燃烧产物的漏入，使放残管经常脏堵，污油越积越多，奠定了扫气箱着火的物质基础，也带来了事故隐患。1.2 高温热源（热量）的来源主机超速超负荷运行是着火原因之一，因为已脱离了机器设计的最佳状态，处在边界状态下工作，使柴油机燃烧恶化、润滑不良、排气温度高、冒黑烟，轻则会对排气系统造成污染，严重时会使活塞缸套的热负荷和机械负荷加剧，造成拉缸、抱缸事故。由于缸内爆压剧增，也加剧了燃气倒冲现象，也会引起扫气箱着火。活塞下部空间积油太多导致排气背压升高，涡轮转速下降，增压压力降低，当活塞下行露出扫气口时，气缸内废气压力高于扫气压力，造成燃气倒冲，导致扫气箱着火。该主机排气阀的开启时刻为上死点后112，扫气口开启时刻为上死点后134，当扫气口开启时，气缸内压力仍稍高于扫气压力，但因扫气口的节流和排气的流动惯性，一般不会发生倒冲现象。但当主机长时间超负荷运转或由于喷油设备的技术状态不良，造成缸内燃烧恶化，未完全燃烧的碳粒造成排气系统的严重脏污，使排气背压升高，就会导致排气终了的燃气倒冲现象，最终导致了此次的扫气箱着火。另外，液压启阀系统故障也会导致事故的发生。当液压伺服泵定时滞后时, 排气门会滞后打开, 影响气缸内的废气顺利排出。当伺服泵的安全溢流阀发生故障溢流时, 会导致排气门打不开,使气缸内的燃气倒冲回扫气箱, 造成扫气箱着火。高温热源（热量）的来源较多，这就要求轮机员细心观察，精心管理，勤于维护保养。从而切断高温热源（热量）的来源。2、导致扫气箱着火的间接原因2.1扫气压力低，过量空气系数小，造成缸内燃烧状况的恶化由于增压器效率的降低，吸入滤网和空冷器的脏堵，造成扫气压力低，缸内燃烧不良，进而使排气系统造成污染，增压器转速下降，热负荷增加，热效率降低，形成恶性循环。若冷却水温度太低，会使气缸内压缩终了的温度和压力偏低，则将延长燃油燃烧前的物理、化学准备，使燃烧过程后移，造成后燃。2.2喷油系统故障，恶化了柴油机的燃烧状况。喷油系统是柴油机的关键系统，它的技术状况如何将直接影响着柴油机的燃烧质量。若供油正时太晚，延迟到上死点才开始喷油，由于此时活塞已开始下行，气缸内的温度和压力已开始下降，结果使滞燃期延长，燃烧过程后移，将引起严重的后燃。若喷油器在使用过程中雾化不良，会导致油气混合变差，油粒外围接触空气，而油粒中心则由于无法与氧结合，而无法完全燃烧，造成后燃严重，排温升高，碳粒增加，加剧活塞与气缸套的磨损，同时对进、排气系统造成严重的污染。从工作实践来看，凡是着火缸的活塞下部空间都聚集着大量未完全燃烧的碳粒，这些碳粒说明该缸不仅燃烧状况恶化，而且还存在着较严重的燃气倒冲和活塞环泄漏现象，随着量的积累，燃烧的不断恶化，最终导致扫气箱着火。2.3燃油温度低，喷油器冷却水太冷。因燃油粘度与温度成反比，当燃油粘度增加时，由于流动性差，分裂较困难，造成喷入缸内的燃油雾化不良，油气混合不佳，燃烧质量变差，加剧了缸内活塞头的结碳。冷却水温度太低，会使气缸内压缩终了的温度和压力偏低，则将延长燃油燃烧前的物理、化学准备，使燃烧过程后移，造成后燃。明确了扫气箱着火的原因，我们综合分析提出以下预防其着火的措施：3、防止扫气箱着火的措施3.1切断可燃物（燃料）的来源主要是改进柴油机的结构设计。通过这次事故我认为针对这台柴油机应改进放残系统的结构，加粗放残管通径，把放残柜与扫气箱设计成一个联通的封闭空间，而不是定时放残，确保活塞下部空间的污油能顺利、不断地流出扫气箱，尽量减少活塞下部空间的积油存在，消除扫气箱着火的物质条件。这是查找到的具体的故障原因并采取的最实际的措施来解决扫气箱着火问题。3.2切断高温热源（热量）的来源由于该机型原配增压器增压余量偏小，再加上长期使用，运行效率降低，就不能满足需要，长期在一个空燃比偏小，排温偏高的工况下运行，造成缸内燃烧状况的恶化，应选择大一号的增压器，以改良工况，提高柴油机的运行效率。提高液压启阀系统阀件的密封质量，对液压伺服泵高压溢流阀的溢流压力应能方便地监测，确保排气阀开启的有效性，以防排气阀打不开，使满腔燃气倒冲回扫气箱，导致扫气箱着火，定期检查液压伺服泵的几何定时，确保排气阀开启的准确性。定期清洁压气机滤网，空冷器和废气锅炉盘管，保持良好的技术状态。使压气机滤网负压不超过0.98KPa，空冷器压差不超过1.96KPa，涡轮出口背压不超过1.96KPa，提高增压压力，改善换气质量，控制扫气温度不超过150，消除扫箱内的燃气倒冲现象。保证活塞环与气缸壁之间的良好密封性。在吊缸检修时，要认真检查气缸套的锥度和椭圆度以及壁面的拉伤情况，若磨损超限应及时换新。活塞环装入气缸时，应做漏光检查，每处漏光弧长不得超过30，同根活塞环，漏光弧长总和不得超过90，搭口间隙要符合说明书要求，上、下环搭口应错开120，开口左、右30范围内不得漏光，确保活塞环外园工作表面与气缸壁的良好密封，一方面可提高缸内压缩终了的温度和压力，以利发火，改善燃烧；另一方面可防止燃烧产物的下窜。在平时检查时，应注意气缸油的注油情况，气缸套是否有拉伤现象。盘车检查活塞环是否有折断粘住等情况。各道环搭口是否有重合现象发生，一经发现，必须及时吊缸解决，以免高温燃气下窜，导致扫箱着火。定期检查和正确调整高压燃油泵的供油提前角，及时校验和更换不合格的喷油器，确保供油准确，雾化良好，有效提高缸内燃烧质量，控制废气对排气系统的污染。若遇大风浪天气，应该减速运行避免负荷突变范围过大。定期测取示功图，根据缸内工作情况，认真均衡各缸负荷，检查各油泵齿条与总加油杆的弹性连接情况是否正常，确保其供油同步，运动自如，避免个别缸出现超负荷运行。在工作实践中，若认真落实以上措施，发现问题，对症施治，将会对防止柴油机扫气箱着火，提高柴油机工作质量，降低耗油率，减轻排烟对大气的污染具有十分重要的意义。自从我们及时实施了以上措施，已经初见成效。到现在再没有发生着火的事故。以后，我们仍要继续细心观察，争取彻底解决此类事故的发生。4、总结日常技术管理具体注意事项 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和设备老化引起的，尤其是采用减速航行，更增加了管理的困难。下面结合作者在船实习期间的实践，以及日常观察到的本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。4.1开航前用蒸汽进行充分暖缸，使之缩短自行发火的滞燃期，这一点本船做的较好，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。4.2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，本船并没有执行，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。4.3定期清洗增压器吸口滤网，定期调整喷油泵的喷油定时。4.4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。4.5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。4.6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。4.7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。该项在本船的执行非常不好，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，根据作者的实习经历，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。比如本船，作者在跟班过程中发现，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。4.8控制适当的扫气温度。该项本船执行情况也较好，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。4.9低负荷运转时，适当减少气缸油的注油量。4.10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，本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。4.11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，在本船好像也没有得到充分重视。另外，本船每次备车时，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，本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