导读
从2015年1月1日开始，所有船舶在进入北美硫排放控制区（SECA）时，必须使用含硫量不超过 0.1%的低硫燃油。
在船舶所有人的安排下，某船于2015年1月19日在韩国Kwangyang港加装200t含硫量为0.09%的低硫燃油，供船舶航行到北美 SECA 时使用。
一、主机概况
该船主机是由大连船用柴油机厂于2013年9月制造的，型号为MAN B&W 6S50ME-C8，采用电喷技术。
主机额定功率7948kW，额定转速127r/min，经济转速102r/min。
机舱集控室内有 2 个主机操作屏 MOP A 和 MOPB，采用冗余设计的双总线相连接。
主机操作屏与主机信息控制单元（EICU）和主机控制单元（ECU）连接，并通过ECU与辅助控制单元（ACU1，ACU2，ACU3）以及各气缸控制单元（CCU）进行信息交换。
每个气缸都有 1 个独立的 CCU，各缸 CCU 接收安装在曲柄自由端的曲柄角度编码器的脉冲信号， 由此计算出本气缸活塞的位置和工作进程。
同时，CCU 接收主机转速传感器的信号， 计算出活塞的运行速度。
此外，CCU 采集高压燃油驱动泵柱塞和排气阀的位置信号，再根据 ECU 发来的指令进行综合处理，控制主机的启动、停车、喷油、排气等操作。
燃油进油阀的开度是通过 CCU 控制燃油喷射过程以及排气阀开闭组合控制阀（即 FIVA 阀）的作用来调节的， 喷入气缸燃油量的多少由燃油进油阀的开度直接控制。
集控室内配有 1 台主机专用电脑，该电脑上安装主机监控系统基本版（CoCoS-EDS ME BASIC）软件，用于监控主机的各项参数并进行故障分析。
主机和副机共用 1 套供油单元系统。
二、故障现象
该船某航次计划到美国 New Orleans 装运粮食。
2015年3月17日0140时, 值班驾驶员通知机舱将主副机燃油转换为在韩国 Kwangyang 港加装的低硫燃油。
从 0145 时开始主副机使用低硫燃油，当时主机由驾驶台控制操作，主机转速为102r/min，其间主副机各项参数正常，供油单元正常。
18日0155时当主机加车至106r/min时，主机出现1# 缸排温温差大报警，随即恢复正常，轮机长和大管轮到机舱检查主副机供油单元， 除供油单元的油压波动较大外，没有发现其他异常现象。
0309 时驾驶台操纵主机加车至110r/min，主机再次出现 1# 缸排温温差大报警，0324 时排温又恢复正常，但观察到 1# 缸排温波动较大，无法稳定在一定范围内，因此驾驶台取消主机排温温差大自动慢车功能。
0359时主机1#缸再次出现排温温差大报警，而且排温时高时低，同时听到 1# 缸处有敲击声，因此对主机进行机旁检查。
因 1# 缸处的敲击声时有时无，暂时无法判断该敲击声是 1# 缸的排气阀处还是燃烧室处发出的。
继续在机旁倾听，1# 缸处又发生多次敲击，排温波动更加明显。
经过多次倾听、比较和讨论，怀疑是1#缸喷油器出现故障，引起燃烧敲缸。
由于 1# 缸状况持续恶化，0450 时停主机封 1# 缸运行。
在此期间，No.1发电机 1# 缸出现排温偏低、透平轻微喘振、透平后排温偏高的情况，因此更换使用另一台发电机。
0505 时主机加车至 100 r/min，各参数基本正常，但至 0550 时主机 2# 缸开始出现与 1# 缸相似的现象，并且4#缸和6#缸相继由于排温偏高、温差大而报警。
0608 时停车更换主机 1# 缸喷油器，0715 时更换好喷油器，同时取消 1# 缸的封缸， 并恢复主机排温温差大自动慢车功能。
试车后，主机状况正常，加车至102r/min，主机排温等各项参数基本正常。
其间，船长通知机舱船舶直接进港。
0840 时引航员上船。
主机开始加车，主机排温等各项参数基本正常。
0906 时船舶经 SW PASSAGE 进入美国密西西比河。
1005 时主副机供油单元出现一次混油桶液位低报警，经手动放气后混油桶液位恢复正常。
当船舶进入密西西比河后，由于水流湍急，船舶航速变慢，引航员要求加车， 随即主机加车至 112r/min。
1051—1122 时主机各缸相继出现排温温差大报警，1# 缸为排温偏低，其他缸为排温偏高。
为保障航道航行安全， 只能再次取消主机排温温差大自动慢车功能。
1140 时听到主机 1# 缸处有敲击声，随后检查发现1# 缸 FIVA 阀处滑油泄漏，立刻通知驾驶台，要求主机慢车后停车。
由于船舶在美国密西西比河河口转弯处， 船长需与引航员协商后才能作出决定。
在协商过程中，1142 时观 察 到 主 机 MOP 1# 缸 油门检测值（Stroke值 ）达到58.5mm（即最大油门值），同时并网运行的 No.1 发电机跳闸，随后 No.3 发电机也跳闸，导致机舱失电，主机停车。
引航员操纵船舶在航道旁紧急抛锚，约 3min 后全船恢复正常供电。
抢修更换主机 1# 缸的 FIVA 阀以及比例阀接触面处的 O 形圈，主机试车正常，然后将船舶移泊至 Pilpot Twon 锚地抛锚。
1150 时，引航员通知船长船舶已被美国海岸警卫队（USCG）限制移动，需安排 CCS 官员上船核验并报USCG 审批后才可开航。
经CCS官员核验并得到USCG批准后，2015年3月19日1800时船舶开航，主机 1# 缸油门波动仍然较大，主机加车至106r/min 时，1# 缸排温偏差在-26～5 ℃的范围内波动，其他缸的排温偏差相对稳定。
主机燃油压力稳定时为 0.76MPa，但仍较频繁波动，波动范围为0.68～0.98 MPa。
同时，主副机供油单元显示屏偶尔跳出 MT Dearation（集油桶驱气）但没有出现报警，而且流量计读数波动严重。
之后机舱通知驾驶台控制主机转速，主机各项参数相对稳定。
船舶离开美国New Orleans 后， 2015年3月25日2040时主副机供油单元从低硫燃油转换到高硫燃油后，主机 1# 缸燃油油门一直小幅波动且偏小，但排温保持稳定。
三、处理措施
在第一次更换主机 1# 缸喷油器后，对喷油器进行拆检，发现 2 只喷油器的针阀都已断裂，而且断裂面都是新的。
拆检 No.1 发电机 1# 缸喷油器并试压，发现 1 个喷油孔堵塞。
因此，当时判定是喷油器故障引起有关现象，但在更换主机 1# 缸喷油器后船舶进港时再次出现 1#缸排温偏差大报警，于是怀疑使用的低硫燃油有问题。
首先考虑低硫燃油是否按照有关说明使用。
低硫燃油温度控制在50℃（黏度值为5cSt），此温度较低，影响燃油的流动性，因此将燃油温度调整至 60°C（黏度值为4cSt）。
在供油单元混油桶低液位报警后，将手动驱气手柄打开，再也没有出现相关报警。
其间主机变速航行，各项参数相对稳定。
到机舱出现跳电事故、船舶锚泊期间，再次更换主机 1# 缸喷油器，并对拆下的喷油器进行试压，情况正常；
然后在主机操作屏上进行1#缸喷油器和排气阀的开关功能试验， 情况也正常。
此外，燃油供油单元运行正常。
一时无法判断是何原因引起上述故障， 为安全起见，将供油单元的油压调高至上限值，并与船长协商控制主机转速在106r/min以下。
船舶再次起锚进港期间，使用中的 No.1 发电机出现燃油压力低报警。
安排值班轮机员拆检并清洁滤器。
轮机长检查时发现滤器内含有气体， 于是判断可能是因为使用的低硫燃油产生气体而引起有关故障。
为验证此判断，2015年3月20日0200时拆检 No.2 发电机刚使用过的燃油滤器，发现滤器内含有大量气泡， 此时基本可以确定是使用中的低硫燃油产生气体而引起相关故障。
船舶离开美国 New Orleans 时，主机转速较低，虽然排温在波动，但没有出现偏差大报警。
本以为从低硫燃油转换至高硫燃油后情况会恢复正常， 但又出现主机 1# 缸油门波动且偏小的问题。
因此，对主机进行 4 次热工参数 PMI 测试，发现主机各缸热工参数均匀且正常。
特别对 1# 缸的爆压及各参数进行反复比较，发现各项参数均正常。
下载主机 MOP 检测单元 HCU Events 不同时段的信号曲线并进行分析，发现 FIVA 阀的设定信号与反馈信号一致，只是最终的高压燃油驱动泵的油门反馈信号有波动。
更换 1# 缸高压油泵的位置传感器（检测油门的反馈信号），故障仍然存在。
随即互换 1# 缸与 2# 缸的高压油泵的位置传感器并试车， 故障依然存在。
更换 1# 缸CCU 的 MPC 后，问题仍然没有解决。
拆检 1# 缸高压燃油驱动泵后发现，1# 缸高压燃油驱动泵挡油伞连接螺牙处松动，其在柱塞间窜动。
更换备用压盖总成，装复后观察主机 MOP 检测单元，油门电流反馈值恢复正常。
开航后检查油门行程反馈值，各缸基本一致，问题终于得到解决。
四、故障原因分析
1、故障图解
2015年3月17日2100时到2015年3月18日1200时，CoCoS-EDS系统内的Fuel Plunger Stroke（油门）曲线见图1。
▲图1 CoCoS-EDS 系统内的
Fuel Plunger Stroke（油门）曲线
图1中，A 点（3月17日2100时）为主机备车动车点，此后 6 个缸的油门曲线基本重合，各缸状态稳定。
B点（2230时）以后，1# 缸油门曲线开始波动，随后 2# 缸油门曲线也开始波动， 说明低硫燃油内产生的气体开始增加，这将对主机运行产生影响。
在 C 点（0155 时），1# 缸油门曲线陡增，高压燃油驱动泵内气体较多，第一次导致 1# 缸排温偏小、温差大而报警，此后又立刻恢复正常。
在 D 点（0309 时），1# 缸油门曲线再次陡增，第二次导致 1# 缸排温偏小、 温差大而报警。
在 E 点（0324时），1# 缸油门曲线再次陡增， 第三次导致 1# 缸排温偏小、温差大而报警。
此次 1# 缸排温波动较大，经过较长时间才稳定。
在 F 点（0359 时），1# 缸油门曲线再次陡增，第四次导致 1# 缸排温偏小、温差大而报警。
此次 1#缸排温波动严重，1# 缸状况恶劣， 偶尔伴有燃烧敲缸声，且高压燃油驱动泵振动明显。
在 G 点，1# 缸高压燃油驱动泵挡油伞最有可能被振松。
在 H 点（0455 时）， 1# 缸开始封缸运行。
0608 时主机开始慢车，I 为更换新的喷油器后的油门曲线。
在 J点（0715 时），更换好喷油器，主机开始动车续航。
在 K点（0811 时），主机减车后急剧加车，1# 缸油门曲线再次陡增，导致 1# 缸排温偏小、温差大而报警，随即又恢复正常。
在 L 点（1122 时）， 船舶航行在密西西比河河口，主机减车后快速加车，1# 缸油门曲线再次陡增，导致温度偏小、温差大而报警。
此次 1# 缸排温波动较大，无法再稳定下来。
在 M 点（1142 时），1# 缸的油门达到峰值 58.5 mm，其他各缸的油门也较大，低硫燃油气化严重致使供油单元失压，发电机相继跳闸。
明显看出 6 个缸的油门曲线的分布情况：
N 为 1# 缸的油门曲线，O 为 2# 缸的油门曲线，P 为 3# 缸的油门曲线，Q 为 4# 缸的油门曲线，R 为 5#缸的油门曲线，S 为 6# 缸的油门曲线。
船舶首次使用于2015年1月19日在韩国 Kwangyang港加装的200t含硫量为0.09%的低硫燃油。
低硫燃油在使用时，当外部具备一定条件，其内部能分离出大量气体 （见图2）。
▲图2 3 月 20 日 0200 时
No.2 发电机燃油滤器内含有大量气泡
▲图3 主机 1# 缸高压燃油
驱动泵挡油伞与柱塞间存在间隙
此气体导致 1# 缸高压燃油驱动泵挡油伞振松（见图3），并使 1# 缸 FIVA 阀与比例阀间胶圈振松脱落而大量漏油。
当主机急剧加车至 112 r/min 时，低硫燃油大量气化引起供油单元失压， 使发电机跳闸（见图1中 L 处）。
在使用此低硫燃油时，供油单元在耗油量大时经常自动放气，使用其他燃油时就无此种现象，并且在拆检的滤器内没有发现气泡。
通过有关分析和设备拆检验证， 所使用的低硫燃油确实会分离出气体，当耗油量大时更会有大量气体产生。
2、原理分析
该船主副机共用 1 套供油单元系统。
（Alfa Laval 公司生产的型号为FCM 1300SS Fuel Conditioning System的供油系统）
燃油在供油单元系统的循环路径为：
燃油经供给泵至带脱气的混合管，再经增压泵进入主副机，然后回油至带脱气的混合管。
供油单元的放气动作通过带脱气的混合管的浮子开关在低位时产生信号， 触发脱气阀的电磁阀动作实现，另有一个手动放气阀与其并联使用。
等放气时间超过 120s，浮子开关处于低位而没有复位，便产生混合管液位低报警。
从供油单元输送来的低硫燃油首先经过 1# 缸，然后经各缸到主机燃油背压阀后回油至供油单元的混合管， 所以低硫燃油中的气体对 1# 缸的影响最大。
副机也是如此。
（1）当主机转速高、耗油量大时，增压泵出口流量变大，增压泵前的相对真空度变大，而低硫燃油中有气体存在，会在增压泵前产生气化现象，导致混油桶中出现大量气体而放气，并产生混油桶液位低报警。
（2）当液体中含有气体时，在液体中的压力波动形成相对低压的一瞬间，气体会从液体中大量析出；在压力波动形成相对高压的一瞬间， 气体又会大量融入液体内。
因为主机 1# 缸前有增压泵， 6# 缸后有背压阀，所以 1# 缸最先受到气体的影响，情况也最严重，其次是2#，3#，4#，5#，6# 缸（见图1）。
在主机高转速运行时，各缸的油门曲线波动更加剧烈。
当油门曲线相对高时，气缸内油少气多，此时排温偏低；当油门曲线相对低时，气缸内油多气少，此时排温相对上升。
当低硫燃油分离出大量气体、主机各缸燃烧状况恶劣时，各缸的排温就会波动严重，并多次出现排温温差大报警，甚至偶尔伴有燃烧敲缸现象。
（3）在主机使用低硫燃油期间，6 个缸油门曲线分布的总体趋势从上至下依次是 1#，2#，3#，4#，5#，6# 缸（见图1）。
因为低硫燃油内含有气体，而气体有压缩性，因此油泵柱塞行程变大，油门曲线也相对偏大。
1# 缸受低硫燃油中的气体影响最大，所以 1# 缸的油门曲线在最上面。
当由低硫燃油转换为其他燃油时，1# 缸油门曲线总体在其他气缸的油门曲线下部，气缸情况正常，间接说明 1# 缸高压燃油驱动泵挡油伞松动。
（4）当主机用油量较大时，低硫燃油中的气体量更大，主机喷油时压力波动就会更加明显，这对主机影响更大，特别是主机的 1# 缸。
副机燃油进口处有一双联滤器，可起到缓冲器的作用。
在单台副机使用时，低硫燃油中的气体对副机的影响较大， 但后期因为停主机和进港，2 台副机并联使用，每台发电机的负荷较低，所以低硫燃油中的气体对副机的影响也相对变小。
五、结束语
含硫量不超过 0.1%的低硫燃油在船舶上使用较少，轮机管理人员对低硫燃油的使用和管理缺乏经验。
当主机转换为低硫燃油时，轮机管理人员对低硫燃油的认知和准备工作不足，对低硫燃油在供油系统中的维护管理重视程度不够， 也像对其他燃油的使用情况一样，过分关注其温度、压力及滤器的压差情况。
此外，有关使用低硫燃油的说明也要求注意低硫燃油的温度控制和滤器脏堵等问题。
所以，在使用低硫燃油时没有考虑其产生的气体会影响设备正常运行的问题。
轮机管理人员需要加强有关设备的学习， 并熟练掌握各种设备的监控和检测系统的使用， 在出现问题时，能够及时利用监控系统，全面考虑问题产生的原因和可能出现的相关情况，尽量避免故障的发生。
如果碰到类似故障， 可以参考以下 3 点缓解低硫燃油中的气体对主机的影响：
（1）将燃油系统的出口压力适当调高，并加强人工放气；
（2）尽量控制主机转速，不要过高；
（3）尽量保持主机转速平稳，避免急剧加车。
原创作者系：
中海散货运输有限公司
张建城 鄢进波
免责申明：本文来自船机帮；仅代表作者观点，不代表中国海员之家立场。其真实性及原创性未能得到中国海员之家证实，在此感谢原作者的辛苦创作，如转载涉及版权等问题，请作者与我们联系，我们将在第一时间处理，谢谢！联系邮箱：cnisu@54seaman.com