【船机帮】MAK 12V32主机单缸异常高温故障排查浅析
船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
一、故障描述
MAK12V32原油主机是MAK厂家生产的1２缸、缸径320ｍｍ、汽缸Ｖ型排列、输出功率为4500kW的四冲程主机。
在使用含硫轻质原油连续运行500ｈ后发生单缸排气高温故障。
主机低负载运行时CYl7比其他气缸排气温度高100℃（见图１），随着主机负荷提高 CYl7排气温度升高达到报警值。
图１ 排气温度
二、故障分析及问题排查
１、气缸高温故障分析
故障原因分析过程中调试人员遵循了由外而内、由简至繁的基本原则，并对原油主机缸套水冷却系统、高压油泵喷油压力、气缸爆压曲线进行了细致的故障排查。
（1）缸套水冷却系统检查
启动原油主机冷却水循环泵调节泵出口压力，达到额定压力时，利用便携式电磁流量计测量泵出口流量确定能够达到额定流量。
打开CYl7缸套水排气丝堵并确认缸套水流道畅通水流正常，因此排除冷却效果不佳造成异常高温。
（２）高压油泵标定
拆下CYl7高压油泵并对其喷嘴进行清洁，将其安装在压力测试实验台上后对高压油泵喷油压力进行标定，同时检查高压喷嘴雾化效果（见图２）。
图２ 高压油泵清洁和喷油压力标定
在雾化状态中，燃油雾化均匀，没有明显的肉眼可见的飞溅油粒，连续的油柱和极易判别的浓稀不均匀现象。
因此排除由于高压油泵喷油压力低或喷嘴雾化效果不好导致的燃烧不良，影响原油主机运行稳定性的并非高压油泵方面原因。
（3）爆压曲线数据采集
四冲程原油主机一个做功循环分为四个步骤，包括进气—压缩—做功—排气四个冲程。
启动原油主机使其稳定运行在15％负荷工况下，分别采集12个气缸的爆压数据，分析气缸爆压曲线（见图３），在主机工作负荷较低时气缸Cyl9未发火，气缸工作压力曲线平缓。
图３ 气缸爆压曲线（１５％负荷）
Cyl7压缩冲程升压速度明显低于其他气缸，同时做功冲程发火时间较其他气缸也存在滞后现象。
随后提高主机输出功率达到40％额定负荷，再次采集气缸爆压数据，分析气缸爆压曲线（见图４），此时Cyl7的压缩冲程缸内压力升压速度明显慢于其他气缸。
图４ 气缸爆压曲线（40％负荷）
做功冲程存在发火时间晚，发火压力低，峰值压力低的异常情况。
经过对气缸爆压曲线几次的综合对比可以发现，气缸Cyl7排气高温的原因主要是气缸密封不严，循环做功过程中高温燃气泄漏造成了气缸内压力下降、排气温度升高。
２、气缸泄漏位置判断
气缸泄漏位置的检查工作同样遵循了由外而内、由简至繁的基本原则，此次排查分别对气缸Cyl7的密封垫片，活塞环，气缸进、排气门进行了检查。
首先，对无需拆解气缸就可以检查到的位置进行排除。
主机运行过程中，可检查缸体确认气缸密封面无损坏泄漏情况。通过检查油雾浓度探测器，确认曲轴箱没有由于燃料气泄露导致润滑油蒸发油雾浓度升高。
然后，逐项检查缸头密封垫片和油雾浓度，基本排除密封垫片和活塞环损坏造成的气缸泄漏。
最终将故障位置锁定在气缸气门。
主机停机冷却后将气缸Cyl7的缸头拆下，发现气缸排气门合金密封面烧蚀严重（见图５），更换新排气门后问题得以解决，测试结果发现Cyl7压力和温度均恢复正常值。
图５ 排气门烧蚀情况
三、排气门烧蚀原因及解决办法
原油主机运行500ｈ后发生了排气门烧蚀，主要原因就是临时使用高含硫燃料油却未对润滑油进行更换。
含硫燃料在燃烧过程中会生成二氧化硫和三氧化硫，它们在低于露点温度时与废气燃烧生成的水分形成了亚硫酸和硫酸，亚硫酸和硫酸对气缸内部件极易造成腐蚀。
排气门被腐蚀的同时受高温高压废气冲蚀又造成了密封面合金脱落，排气门与气门座无法正常闭合密封从而产生泄漏。
解决含硫燃料对主机部件腐蚀的主要方法是采用中和法，选用合适碱值的润滑油中和燃烧反应产生的硫酸和亚硫酸能起到保护机组的作用。
润滑油中碱性化合物和燃料中含硫成分燃烧生成硫化物作用的过程如下：
中和反应生成物主要是CaSO₄，其熔点较高（约1450℃），不致熔融在发动机内部，大部分可以随废气排出，只有少部分留在发动机内部。
而CaSO₄的莫氏硬度只有1.５～２，比气缸壁和活塞环的硬度小得多，因此对设备磨损并不大。
更换合适碱值的润滑油后机组运行平稳，故障得以解决。
四、结 语
本文案例中原油主机单缸排气高温的主要原因是气缸排气门受到含硫燃料燃烧产物中酸性物质的腐蚀，导致密封面合金脱落造成排气门与气门座无法正常封闭，燃烧产生的高温气体在做工冲程通过腐蚀产生的间隙进 入排气道，从而造成排气高温。
更换新排气门后气缸工作压力和排气温度恢复正常。
为避免类似情况再次发生，保证发电机组正常稳定运行，有以下建议：
（１）发电机组运行过程中做好巡检记录，发现异常情况要及时汇报并处理。
（２）发电机燃料更换前必须对新换燃料进行化验，确认燃料组分变化不会影响发电机组正常运行才能更换。
（３）保证发电机组滑油分油机处于运行状态。
定期对润滑油进行化验检查润滑油常规指标，当润滑油指标发生变化时要及时处理。
本文原创作者系：
海洋石油工程股份有限公司 王亚楠 赵 磊
天津博迈科海洋工程有限公司 张 敏
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