港口机械烟度超标原因分析及维护保养方案改进

蓝永进 李国亮 谢汉生

卡尔玛港口机械(深圳)有限公司

1 引言

随着国家对环保工作的日益重视，为进一步减少非道路移动机械污染物排放，改善我国环境空气质量，颁布并实施了最新的国家标准《非道路柴油移动机械排气烟度限值及测量方法》(GB36886-2018)。对目前最新出厂配置国三排放发动机的集装箱空箱堆高机而言，排气烟度限值必须符合Ⅱ类规定，即光吸收系数≤0.8 m-1。另外标准中提到，本地的政府可以划定区域选择按照Ⅲ类标准执行，即光吸收系数≤0.5 m-1。比如深圳市、上海市、广州市等已经划定区域要求按照Ⅲ类标准执行。

沿海某码头用户，自采购一批配备了国三排放柴油发动机的Kalmar集装箱空箱堆高机之后，因担心在长期使用中尾气排放会超标不能达到政府管理部门的要求，所以从新车交付开始定期进行尾气测量和记录，跟踪排气烟度值的变化。该用户发现从新车交付使用到8 000 h左右，排气烟度值存在缓慢上升情况，但都在限值内没有超标。继续使用之后发现数值逐步超出标准(见表1)，故寻求解决方案。

2 集装箱空箱堆高机检查情况

现场使用符合国标规定的不透光烟度计对#724号堆高机进行检查，此时行车钟数为17 644 h。按照规定的方法，共采集了7次尾气烟度值，测得平均烟度值为1.150 m-1，确实超过了0.5 m-1的限值。

检查发现此堆高机存在现行的故障代码107/00，故障代码表示发动机的空气滤芯堵塞。检查机车发动机空气滤芯，发现空滤指示器因滤芯堵塞变红色，同时进气胶管因进气堵塞形成负压导致胶管出现被吸成内陷现象。使用发动机专用诊断工具读取发动机故障信息，发现空气滤芯堵塞故障报警已达186次。检查发动机各柴油滤芯，发现柴油油水格的滤杯中存在大量的油泥杂质，检查柴油细滤芯，发现细滤芯也已严重变黑 。检查同型号的另外3台堆高机，发现的问题基本与#724堆高机相同。

表1 各设备排气烟度值测量数据表

3 原因分析及维修处理

3.1 原因分析

该型号堆高机配备了国三排放的发动机，在出厂时排气烟度值远低于限值，用户记录跟进的结果也已证明这点。在使用8 000 h左右时仍然没有超标，说明在发动机各系统正常的情况下，排气烟度值不会超标。从发动机工作原理分析，通常造成烟度值超标的可能原因有：发动机空气系统的堵塞造成供气不足、燃油系统堵塞/卡滞造成供油比例失调、或消声器堆积了颗粒物等杂质，活塞环等机械部件在长期使用后的磨损也会有影响。

3.2 维修方案

更换新的发动机进气空气滤芯。更换后，空滤堵塞代码消除。

拆除发动机燃油系统油水格总成，并清除滤杯内部油泥，更换发动机燃油系统所有柴油滤芯。

将此发动机6个喷油器交给第三方油泵油嘴检测维修机构进行检修，检测发现：在长期使用后，因燃油油品差，导致喷油器内部很脏、有不同程度的磨损或卡滞。故对故障喷油器进行维修，更换磨损的喷油器针阀、喷油嘴等相关部件。按照要求安装维修后的发动机喷油器，紧固相关部件。

3.3 修后测试

完成维修后启动机车，对发动机尾气进行测试，分别从2个检测点对发动机尾气进行检测。第一个是在消音器之后的排烟管(常用检测点，也是维修前的尾气检测点)；第二个是在消音器之前的排烟管，排除消音器累积的颗粒物及管路对尾气数值的干扰，检测的是真正发动机排出来的尾气烟度值。

分析2个检测点的检测数值，第一个检测点检测了6次，平均值为0.248 m-1，第二个检测点也检测了6次，平均值为0.141 m-1。从2个检测点检测的结果说明，经过以上维修处理发动机尾气排放都远低于0.5 m-1，符合标准。另外检查到发动机排气消音器及管道里面有大量的黑烟颗粒，说明消声器内累积的颗粒会影响尾气烟度的数值。

在另外3台配备国三排放发动机的Kalmar堆高机上采取相同的处理措施后，均取得接近新车排气烟度标准的数值，符合国家标准。

4 维护保养工作的建议

本次案例的发动机都已使用了17 000 h以上，发动机尾气数据超标的主要原因是长时间使用后发动机喷油器出现磨损及卡滞，引起柴油雾化不良，再加上空气滤芯的堵塞引起进气不足，造成燃烧不良、发动机冒黑烟。同时黑烟颗粒在消音器及管道产生聚集、在检测时的急速加油过程中被排气气流带出加大了排气烟度的数值。为避免以上故障的发生，提出以下设备维保建议：

(1)应使用符合规定的柴油。柴油品质的好坏直接影响到发动机喷油器的使用寿命，燃油及燃油系统的不清洁容易导致喷油器卡滞或堵塞；外购柴油很难掌控油品，可以通过自有油库进行精细化的管理保证油品，或在加注之前用额外的过滤装备再净化一次。

(2)严格按照机车维护手册要求，及时清洁/更换发动机空气滤芯。空气滤芯堵塞会导致发动机进气不足，柴油燃烧不充分，导致机车发动机功率下降、冒黑烟。

(3)严格按照机车维护手册要求，定期更换发动机燃油系统各滤芯。建议每次更换柴油油水滤芯时对滤杯一起进行清洁，滤杯中的油泥杂质会缩短滤芯的使用寿命。

(4)建议对机车柴油箱内部每年最少清洁1次，排除杂质，遭遇不清洁燃油污染事件时须缩短清洁燃油箱的周期。

(5)建议对发动机排气消音器及管道每年最少清洁1次，排除碳烟颗粒。

5 新国标新环保要求下的维保工作策略

通过此案例并结合柴油发动机的工作原理和结构特点可知，非道路国三发动机甚至将来的国四、国五发动机在使用一段时间之后，发动机各系统各部件必定有机械及电气损耗、磨损或污染(比如喷油器磨损或堵塞、涡轮增压器磨损、空气滤芯堵塞、活塞环磨损、气门磨损或气门间隙过大、消声器堵塞等等)，再加上燃油的品质、维保工作的质量等因素，都可能会导致排气烟度值超标。将来的非道路国四或更高排放的发动机，还增加了后处理的部件，比如尿素、废气再循环、催化器、或者颗粒收集器(DPF)等等，后续使用中也需要对耗材、配件等进行维护保养或维修。

传统的车辆维护保养工作，无论是设备生产厂家还是用户，在制定维护保养规范时，主要目的是确保设备的使用寿命和使用性能。面对新的国标和法规要求，建议用户对港口机械等非道路柴油移动设备的维保规范及策略进行调整，在传统维保规范的基础上，需要兼顾环保指标，定期检测、留意影响环保数值的系统或配件，定期清洗或更换相关的部件，而不是简单的依照传统的维保规范，甚至只在收到报修、有明显的故障出现或性能下降时才安排维护或维修。

建议除了日常的检查外，每月执行定期的维保工作最少1次，企业的维保规范要符合厂家的规范，并根据自身实际工况来决定是否需要缩短维保周期，以确保符合最新的国家环保标准。

建议有条件的用户配备专业的尾气排放检测工具(不透光烟度计)，以方便进行例行检查。建议在新设备使用的早期、发动机大修后的早期或其他环保措施处理后的早期阶段，安排自行检测尾气烟度值每月最少1次。后期根据检测值变化的趋势，合理的缩短检测的周期，更好的掌控所有设备的最新状况，当发现即将超标时就可以提前安排处理。部分用户有加装颗粒收集器(DPF)的经验，据反馈排气烟度值确实有所提高，但同时也需关注加装后对DPF的定期检查和维护，以避免产生不良后果。

6 结语

通过对集装箱空箱堆高机排放烟度值超标问题的分析，设计了有效的解决方案，并提出了针对非道路国三柴油发动机的维保策略。在对环保要求越来越高的背景下，通过建立科学有效的设备监测和维护保养机制，可有效延长设备发动机的正常工作时长，使其符合环保排放标准，降低设备的维护和维修成本，提升码头作业设备的经济性和环保性。