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【专题】船舶柴油机冷却水系统故障分析

  柴油机动力装置中的一些机械设备在正常运行中不断产生热量,这些热量必须及时转移,否则发热件温度将持续上升,以致超过容许的限度。柴油机冷却水系统通过冷却水的循环带走了柴油机运行过程中散发出来的没有转化成机械能的热量,从而避免大量热量的积累,造成金属疲劳脆化,导致活动部件咬死。

  某工程船G轮(总吨251,主机功率184千瓦,船长40.35米)在某水域航行期间因主机冷却系统进水管爆裂,导致主机停车,随水流漂航至码头。经过紧急修复后,主机重新启动。事故无人员伤亡,无污染水域,船舶无损失,事故导致该码头栏杆损坏。

  通过调查,认定G轮主机冷却系统进水管破裂,导致主机紧急停车是造成事故的直接原因。主要原因则是船员对于船舶日常管理的缺失及未及时对船舶设备进行维护修理。

  管路泄漏(该缺陷占浙江辖区国内海船冷却水系统安检缺陷比例为34%)。海水冷却系统中由于海水对管路的持续腐蚀,极易导致管路破裂泄漏。海水管路泄漏时,管路中的海水流量、压力都会下降,相应的淡水温度就会升高。

  某干货船X轮(总吨498,主机功率218千瓦,船长53.80米)航至某水域因主机冷却系统中水泵皮带轮故障,应急抛锚检修,耗时约10分钟,皮带轮更换完毕,主机重新启动。事故无人员伤亡,未污染水域,无货物损失,船舶无损失。

  通过询问X轮船长及查看船方提供的照片,认定X轮因为主机冷却系统水泵皮带轮断裂,导致主机停车故障。

  泵机械故障(该缺陷占浙江辖区国内海船冷却水系统安检缺陷比例为25%)。离心式泵吸入口附近以及叶轮气蚀、泵体和轴承磨损、泵电动机过载等问题会造成泵的吸入压力与排出压力降低,流量随之下降,最终导致冷却水系统冷却效果下降。

  冷却水系统原理是用低温水来冷却主机的高温水。系统一般由海水回路、高温淡水回路和低温淡水回路组成。海水回路的海水泵从海水总管吸入海水后送入冷却器,冷却低温淡水后直接排至舷外。淡水回路是一个封闭系统,高温淡水泵将高温淡水送入主机对气缸、活塞、喷油器等进行冷却,然后从主机的最高点排出。低温淡水泵将低温水送入冷却器进行冷却,再分别前往滑油冷却器、高温淡水冷却器和主机空冷器,最后回到泵的吸入口。小型船舶冷却水系统更为简单,淡水通过海淡水热交换器时被海水冷却,从而带走主机产生的热量。

  冷却水压力过低(该缺陷占浙江辖区国内海船冷却水系统安检缺陷比例为45%)

  典型缺陷:膨胀水箱缺水。膨胀水箱水位过低,会导致离心泵吸入压力降低,继而造成排出压力相应降低。船舶柴油机淡水冷却系统压力过低将造成冷却水的饱和温度下降,从而可能导致冷却水在缸套上部汽化,产生蒸汽空腔。该蒸汽腔压力与冷却水压力相平衡,导致冷却水无法接触并冷却柴油机气缸套。

  船舶柴油机淡水冷却系统冷却水温度过高将不能起到降低柴油机受热部件温度的作用,柴油机受热部件温度过高将导致润滑油膜的蒸发,运动部件润滑油膜遭到破坏将加剧磨损。

  典型缺陷:主机冷却水进口管路堵塞导致主机故障停车。海水冷却系统吸入管路的海底门滤器极易因海洋中的生物、垃圾吸附而造成脏堵故障。当海底门滤器脏堵故障发生时,海水泵的吸入流量和吸入压力都会有较大幅度的下降,从而导致海水泵出口排出压力不足,泵自身排量降低,换热器内用于冷却的海水量不足,其排出口海水温度急剧升高。与此同时,换热器中换热量的下降致使低温淡水排出温度明显升高,冷却效果不明显。

  中央冷却器主要的故障类型为海水温度升高而产生的结垢、堵塞问题。当换热器中海水的一侧发生故障时,将导致海水出口温度升高。同时,换热器的低温淡水的出口温度、压力也会增加。

  高温淡水系统三通阀旁通开度过大,会造成缸套水过度冷却,使流过主机缸套淡水冷却器的缸套淡水量增大。高温淡水过度冷却可能会导致缸套温度低于亚硫酸的露点,加剧缸套腐蚀。反之开度过小,柴油机各部件,如缸套、气缸盖和排气阀得不到充分的冷却,容易导致柴油机部件热损坏。

  柴油机燃烧室漏气(该缺陷占浙江辖区国内海船冷却水系统安检缺陷比例为18%)

  柴油机燃烧室部件在高温高压的燃气的腐蚀和烧蚀以及热应力的作用下,可能会产生裂纹、穿孔等缺陷导致燃气窜入冷却水系统,影响离心式冷却水泵的水力性能,使系统水压下降。

  指示仪表或报警装置故障(该缺陷占浙江辖区国内海船冷却水系统安检缺陷比例为32%)

  典型缺陷:主机冷却水箱低位报警装置故障;冷却水高温报警故障;冷却水温度表故障;主机海水泵压力表故障。指示仪表或报警装置故障时,船员不能及时发现故障隐患,并进行相应维护修理,将导致一系列更为严重的故障发生。

  冷却水中溶解有少量空气,随着水温升高,空气的溶解度降低,部分空气从冷却水中析出,经透气管、膨胀水箱排出,如果透气管路不畅通,析出的空气就会积存在冷却水系统中,形成“气栓”导致离心式冷却水泵水压降低。

  水垢的控制:循环水中最易生成的水垢是碳酸钙垢,水垢控制即是防止碳酸钙的产生。

  加强巡检,值班轮机员定时记录淡水水位。定期对运行的主机测各缸的爆发压力,观察各缸的温度是否变化过大,对各缸的温度曲线进行分析。注意检测主机各缸的排气温度。

  要密切注意海底门滤器的工作情况,定期清理海底门滤器,维持海水冷却系统的正常运行。

  在船舶运行当中,冷却淡水系统对主机的安全可靠运行影响很大。主机在运行当中,柴油机燃油燃烧放出的热量约有30%~33%要经过气缸、气缸盖和活塞等部件向外界散出。为确保船舶柴油机的正常运行,轮机员必须根据冷却水水质的实际情况,有针对性地进行处理。在对冷却水系统管理时,澳门皇冠要严格把控,防止一些小故障转为大故障,要加强管理手段,将故障发生率降到最低。