某船发电柴油机高温冷却淡水低压故障原因分析与解决

汤明

摘 要：本文介绍某船发电柴油机高温冷却淡水低压故障的发生过程，根据故障表现形式和冷却水系统的特性，结合冷却水系统原理图，分析了冷却水低压故障的原因。阐述了故障的排除方法和处理措施，并就故障产生的直接原因，提出了一些预防措施。

关键词：高温淡水冷却系统 低压 排查 处理 预防

1.故障概况

某船交流电站的三台发电机组采用DAIHATSU 5DK-20e柴油机驱动，柴油机容量：660KW×900 RPM。气缸冷却采用闭式高温淡水冷却系统，其结构如图1所示，该系统主要由柴油机自带离心式冷却水泵、高温淡水冷却器、膨胀水箱、管路、阀件等组成。冷却水进机压力：2.5-4.0kg/cm2，出机压力：1.0-2.0 kg/cm2。出机水温：70-75℃，高水温报警值85℃，高水温自动停车值：90℃。

故障发生前，二号机组正在单独运行供电。主管轮机员值班期间，启动三号机组，确认正常后，将电网负载切换至三号机组，一号和二号机组备用。大约10分钟左右，机舱监控系统显示“三号发电柴油机气缸高温冷却淡水出口高温”，继而又迅速上升至90℃，触发柴油机自动保护而停车，机舱供电中断。轮机员重新启动二号机组恢复供电。但是，二号机组供电约1分钟左右，出现气缸冷却水进机压力波动并下降至0.2-0.3kg/cm2。紧接着水温上升至90℃，柴油机自动保护停车，机舱电力中断。轮机员马上启动一号机组供电。然而，一号机组刚刚投入运行，也出现了冷却水压力降低、温度升高，机舱供电力再次中断。至此，可以断定机舱三台发电柴油机都因其气缸高温冷却淡水低压，引起冷却水温度升高，触发柴油机自动保护停车，最终导致机舱供电中断。

2.故障原因分析

根据管路系统及离心泵的工作特性，将高温淡水冷却系统水压过低的可能原因列举如下：

（1）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，即冷却水进机压力降低。

（2）管路破损

冷却水管路在淡水、空气中的盐雾，高频振动等因素影响下，会产生腐蚀而破损，导致空气漏入冷却水系统，离心泵水力性能下降，泵的工作压力波动、降低。

（3）水循环管路堵塞

冷却水系统结垢或进入异物等，会造成淡水冷却器、循环管路发生堵塞，从而导致冷却水循环受阻，无法进入柴油机气缸冷却水腔，引起冷却水压力下降，水温升高。

（4）冷却系统透气管堵塞

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。

（5）离心式冷却水泵损坏

提高液体的机械能，是泵的基本功能之一。如果泵出现故障，冷却水系统压力必然降低。

（6）柴油机燃烧室漏气

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。

3.故障位置排查

（1）膨胀水箱水检查

当发电柴油机高温淡水冷却系统水压波动、降低时，首先应确认膨胀水箱是否缺水。经检查，膨胀水箱水量充足，水位与以往无异，但有些浑浊。

（2）管路系统破损位置排查

发电柴油机高温淡水冷却系统，因接入高置膨胀水箱，整个系统在静置时，压力高于大气压，泵运行时亦是如此。只有在船舶剧烈摇摆时，才有可能导致泵的吸入管路偶尔出现压力低于大气压的状况。此时，可能会导致空气吸入。因此，如果管路破损，会有冷却水漏出。然而，管路检查并未发现漏水迹象。说明管路无破损。

（3）循环管路堵塞位置排查

该高温淡水冷却系统为闭式循环系统，且冷却水都经过化学投药处理。因此，落入异物和结垢堵塞的可能性不大。基于冷却水低压故障同时发生在三台机组中，即便堵塞，也应堵在共用管道。然而对公用管道的拆检，证实管路系统不赌。

（4）气管堵塞位置排查

该系统的透气管连接在柴油机冷却水气缸出口总管与膨胀水箱之间，管径较细，且冷却水处理时在膨胀水箱投药。如果过量投药，将造成过剩的化学药品於结在透气管中，形成堵塞。然而对透气管路拆检后，根据其出水状况，判断透气管路畅通。

（5）离心式冷却水泵损坏故障排查

此次故障中，机舱三台柴油发电机组，同时出现冷却水低压。如果是泵的原因，导致冷却水系统压力降低，必须是三台水泵同时损坏。这种可能性几乎没有。故不考虑离心式冷却水泵损坏。

（6）燃烧室漏气位置排查

柴油机燃烧室产生裂纹、穿孔等缺陷时，柴油机运行中，燃气压力高于冷却水压力，燃气会窜入冷却水系统。但停车时，冷却水处于正压状态，而燃气压力消失，此时冷却水可能会漏入气缸。然而，柴油机盘车、冲车检查，并未发现气缸有水迹。

綜合以上排查结果，轮机人员分析认为膨胀水箱缺水、管路破损、水循环管路堵塞、冷却系统透气管堵塞、离心式冷却水泵损坏等故障都能确定排除。但燃烧室是否泄漏，不易在较短时间内被确定。同时，考虑到第一次冷却水低压是发上在刚刚投入运行的三号发电柴油机。故初步判断，三号发电柴油机燃烧室漏气。

4.故障处理与预防

（1）故障的处理过程

根据故障排除的初步结论，轮机长决定采取以下行动：

①三台发电柴油机及锅炉燃油系统，立即切换到轻柴油模式。endprint

②关闭三号发电柴油机冷却水进机和出机截止阀。

③冷却系统水温下降到正常值后，启动一号发电柴油机，开启水泵出口处的放气考克放气，结果有气体排出。随着气体排出，水压逐渐上升，并恢复至正常范围。

④一号发电柴油机冷却水压力上升后，在水温升高至90℃之前，迅速恢复机舱供电，并立即启动低温淡水及海水冷却系统。

⑤启动二号发电柴油机。同时，缓慢打开离心式冷却水泵出口处的放气考克放气，结果也有气体排出。随着气体排出，二号机恢复正常。

⑥二号机组并入电网，机舱备车续航。

采取以上措施后，船舶恢复到了正常航行状态。轮机人员进而对三号发电柴油机进行了下列检查：

①数小时后，再次对三号发电柴油机盘车和冲车检查，结果发现，四号缸示功考克有水冒出。

②将三号柴油机四号缸头吊出，作水压试验（6kg/cm2），发现四号缸头的喷油器座漏水。

③更换损坏的喷油器座。水压试验正常。

据此故障位置，明确定位。导致三台发电柴油机因气缸高温冷却淡水低压，引起冷却水温度升高，触发柴油机自动保护停车，最终导致机舱供电中断的直接原因是，三号发电柴油机四号缸头的喷油器座泄漏，柴油机工作时，燃气窜入气缸高温淡水冷却系统，引起冷却水压力下降，温度升高，并波及到其他两台柴油机，致使发电柴油机组自动保护停车。

（2）故障的预防措施

轮机人员对拆下的喷油器座检查后发现，喷油器座触火面严重腐蚀，出现多个贯穿性细孔。就此提出以下防范措施：

①严格控制燃油和柴油机进气空气的的含水量，确保燃油喷入柴油机气缸后，完全燃烧，以减少燃气中酸性腐蚀物的产生。

②适当提高高温冷却淡水的进机温度，避免燃烧室低温腐蚀。

③柴油机停车后，应开启示功考克，盘车、冲车，以免腐蚀性燃烧产物、来自空气的冷凝水残留在气缸中，造成燃烧室部件腐蚀。

④介于上述故障发生时，船舶发柴油机运行时间才5000小时左右，建议柴油机制造商，优化、改进喷油器座等燃烧室部件的表面耐腐蚀性能。

5.总结

通过上述故障原因分析和排查，说明发电柴油机燃烧室部件的裂纹、穿孔等缺陷会造成燃气窜入柴油机冷却水系统，致使全船电力系统失效，危及船舶安全。轮机人员应加强发电柴油机燃烧室部件的管理和维护，以确保燃烧室部件的使用性能，确保发电柴油机组的工作可靠性。

参考文献：

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