对某轮主机故障的分析和思考
辛悦
摘要：通过一起因燃油质量问题导致主机故障的原因分析，引伸出对船舶主机管理和人员管理的思考。
关键词：主机燃油喷射单元（ICU） 燃油喷射阀（ICV） 供油单元自清滤器 燃油管理 燃油系统管理 船员
0 引言
某轮主机型号WARTSILA 6RT-flex58T-B，功率：1 3080kW，转速：105rpm，缸径：580mm，冲程：2416mm沪东重机有限公司2010年4月16日出厂。
WARTSILA RT-flex型柴油机是WARTSILA公司推出的电控共轨柴油机，也称为智能柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要组成部分的新型柴油机。根据柴油机燃烧理论，主要应用了电控技术，通过控制燃油喷射定时、喷油量、喷射速率、压力以及排气阀定时，能夠有效地实现柴油机在各种工况下的性能最优化，从而达到满足柴油机在最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。
1主机故障及处理经过
该轮2016年9月11日从厦门开航，执行厦门到澳洲装矿回国内的航线。在正常航行中，2016年9月14日起主机#2、#3、#4缸排温逐渐慢慢升高，至2016年9月16日主机#2、#3、#4缸排温异常不受控升高，在控制电脑上调整各缸油量已经无法控制，主机因各缸排温偏差大（超过50℃）报警并降速，降速后主机#2，、#3、#4缸排温依然很高，超过400℃，并继续有上升的趋势，排气冒浓重的黑烟。根据此情况，船舶停航检修，对于此次故障现象，船员，岸基管理人员，以及WARTSILA工程师均未碰到类似情况，因此在故障排查过程中走了很多弯路，耽误很多时间，最后经过多次检查和测试，确认故障是燃油喷射单元（ICU）的喷射控制阀（ICV）异常腐蚀及磨损，关闭不严，燃油泄漏进入气缸内无序燃烧所致，当时由于船上只有2套ICV备件，无法修复，只能维持航行到就近印尼港口等待备件，备件供船后船员更换主机6个缸的ICV后恢复正常航行。本次主机故障造成延误船期约13天，船东损失严重。
2该轮主机结构原理
该轮主机系电喷柴油机，燃油喷射有别于传统机型，其燃油喷射是由喷射控制单元（ICU）执行，喷射控制阀（ICV）是ICU的核心部件。其工作原理如下：
ICU总成分为伺服油（控制油）端和燃油端，通过共轨电磁阀来精确控制燃油喷射时间。控制系统WECS-9520给共轨电磁阀一个喷油信号，共轨阀动作，控制伺服油进入控制油阀块，推动控制油阀块内活塞动作，然后推动三角形传动杆，继续向前推动ICV阀芯，阀芯克服复位弹簧阻力动作，等候在ICV处的燃油共轨中的高压高温燃油（约50～90MPa）进入ICV并经过高压油管和喷油器喷入气缸，当控制系统给共轨阀一个停止喷射的信号，共轨阀动作，伺服油控制阀块内的活塞复位，使得ICV的阀芯在复位弹簧的作用下复位，喷射结束。ICU上的燃油油量活塞周而复始的进行喷油量的计量工作并反馈给控制系统，调整下个循环的喷油量，以保证实时精准的喷油量。
3 原因分析
3.1 燃油质量方面的原因
后续将损坏的ICV阀芯送至WARTSILA公司进行检测，WARTSILA公司经检验后反馈认为这是由于使用的燃油中含有的催化剂或化学物质造成了阀芯密封面腐蚀磨损，虽然该批燃油油样化验结果显示各指标均未超标，但其中酸值较高，油样中的酸值达2.1mgKOH/g，在实际使用中对主机ICV阀芯密封面产生了腐蚀，并最终导致故障发生。因此本次主机故障的主要原因是主机使用的燃油质量问题造成。
船舶在厦门开航后，换用国内北方港口加装的IFO180cst燃料油，在使用4天后出现以上主机故障，经过拆检ICU，发现ICV阀芯密封锥面腐蚀磨损，造成ICV无法切断燃油，而等候在ICV处的高压高温燃油通过ICV泄漏进入喷油器，而喷油器的启阀压力只有37MPa，远低于燃油共轨压力（50～90MPa），这样就造成燃油喷射失控并持续向缸内喷油，造成缸内不能正常有序燃烧，排温异常升高，冒浓浓黑烟；汽缸油润滑油膜破坏，缸套异常磨损；扫气箱脏污，严重时扫气箱着火等一系列严重后果。
结合该轮前几次主机故障的原因排查，有一个重要的原因是燃油中铝和硅的含量偏高，虽然最终的化验结果未超标，但实际使用中均对ICV产生了严重的影响，铝和硅起到了磨料的作用，加之后续的净油机及供油单元自清滤器工况不正常，加剧了ICV偶件的磨损，因此主机故障也就顺理成章了。
3.2 船舶管理方面的原因
通过对本次主机故障的排查，发现该轮主机存在比较严重的隐患，对主机及燃油系统进行了彻底检查，发现存在一系列设备及管理方面的问题，该轮新船出厂5年多，但主机ICV已经多次更换，本次故障后主机6个缸的ICV全部更换，换下的ICV的使用时间还不到2 000小时，最短的使用时间仅700多小时（说明书中ICV正常检修更换时间最少24 000小时），且在2016年该轮共发生了3起主机ICU故障漂航抢修的险情；吊检主机#1，#5缸测量缸套磨损量，发现均已经严重超限（正常磨损极限为4mm，这两个缸的最大磨损处达5～6mm，尤其在汽缸油注油孔位置处最严重，布油槽基本磨平），但这两个缸套的使用时间分别仅约为25 000小时和6 500小时，使用寿命远低于正常值，比较姐妹船的主机情况，基本确定该轮在管理上存在严重问题。
为了进一步排查故障，邀请Westfalia工程师上船检查净油机工况，经过工程师的仔细排查，认为该轮燃油净油机工况较差，排渣存在严重问题，排渣工作水在排渣时无法保证净油机排渣时水压保证0.2MPa以上的要求（GEA Westfalia说明书要求），造成排渣不彻底或无法排渣，净油机频繁人工拆洗，且使用的备件系国产备件，质量较差。结果是净油机工况很差，进而致使未达到净化要求的燃油进入燃油日用柜并最终进入主机燃油系统。
船员对主机供油单元进行进一步的检查，发现自清滤器虽然能够动作，但没有处于正常工作状态，自动冲洗后的残渣根本没有排出（拆除排渣管路，内部无冲洗的燃油排出），而船员为了能够使用该滤器，人为旁通该滤器，该滤器形同虚设。
通过对净油机及自清滤器的检查可以看出该轮的设备管理存在严重问题，净油机工况较差，燃油无法完全净化，最重要的关键部件自清滤器又处于非正常工作状态，无法保证进入主机的燃油有10 um的过滤精度，这样未达到净化要求的燃油进入主机燃油系统，燃油中的杂质或催化剂直接造成ICV阀芯异常磨损，同时杂质或催化剂进入缸内造成缸套磨料磨损。
而ICV的异常磨损直接造成ICU外漏和内漏，外漏严重时会造成主机起动时因燃油油压无法达到设定值而起动失败，该轮ICV外漏最严重时主空气瓶2.5MPa的气压只能启动一次，严重影响船舶进出港，狭水道等机动航行安全，外漏可以在日常通过检查ICU检漏孔发现，该轮之前的几次故障均是ICV外漏所致；内漏比较麻烦，无法通过外部检查发现，只有通过电脑上的主机各参数及喷油器喷射、排气阀开关等曲线和参数来分析判断，这需要丰富的经验才能做到，但往往我们的轮机长轮机员的能力达不到而无法提早发现问题，等到发现问题往往已经产生比较严重的后果了，根据本次的主机的故障情况，出现ICV内漏时最重要和最明显的表现为“三高”，即排温高，压缩压力高，爆压高。本次主机故障是ICV内漏造成。
杂质进入气缸直接造成了缸套的异常磨损，使得缸套的使用寿命严重缩短，加之ICV异常磨损燃油内漏进入气缸内无序不完全燃烧，也直接破坏汽缸油润滑油膜，进一步加大了缸套的异常磨损，最终导致缸套磨损超限而报废。
3.3 燃油管理方面的原因
本次主机故障主要原因是使用的燃油质量差造成，由于目前国内燃油市场的质量参差不齐，船东往往为了节约费用选用质量更差的燃油，没有保障的燃油质量给主机故障埋下了祸根；在燃油加装，储存，净化及使用等各个环节，船舶未能严格按照公司的体系文件要求执行，体系文件中对于燃油从加装到试用各个环节都有着非常严格细致的操作要求，船员未能认真落实到位，尤其在加装时對油品的检查，以及在使用过程中对主辅机工况的监控方面存在严重缺失，轮机长及轮机员未能对运行中的主辅机参数细小的变化及趋势引起高度重视，未能及时采取有效措施，阻止事态的继续扩大，最终导致故障发生。
4管理措施
通过本次故障的排查及后续对整个燃油系统的排查，暴露出在船员职业道德、技术业务能力的培训和培养，岸基监督和支持，燃油质量监控，重要备件管理等诸多方面存在问题，如果这些环节中有任何一个环节做好，就能减少或避免故障的发生，而在这些环节中最重要的因素的是人，人在任何时候任何环节中都起着决定性作用，因此在管理措施中同样以人为主结合制度共同防范。
（1）加强船员的技术业务能力的培养和培训，提高判断故障及解决问题的能力，技术业务能力是判断故障解决问题的基础；
（2）加强船员对体系文件的学习和理解，重点是提高船员的执行力，用规章制度来保障安全；
（3）提高船员的工作责任心，在巡回检查中及时发现细小的变化和异常，及时采取措施，控制事态扩大，责任心是确保安全的前提；
（4）挑选信誉及质量好的供油商，确保加装的燃油质量，从源头上解决燃油质量问题；
（5）加强船舶设备的维修保养工作，对出现的异常情况及时处理，避免事态扩大，良好的维护保养是设备安全的基础；
（6）加强船舶备件管理，对重要备件要确保足够数量存船，以备应急时使用，充足的备件库存是安全的保障。
5 结束语
分析本次主机故障深层次的原因，还是船舶及岸基管理公司在船舶管理上存在很大问题，其中不可忽视和最大的因素是人，船舶任何工作都离不开船员的落实，在目前的形势下，船员素质日渐走低是不争的事实，尽管公司的安全管理体系文件（SMS）越来越详尽，但缺少最重要的落实和执行等于零，如何提高船员的责任心及技术业务能力是摆在我们航运公司及船舶管理公司面前的一个急需解决的难题，需要我们全体航运人共同思考和解决。
参考文献：
[1]WARTSILA 6RT-flex58T-B说明书
摘要：通过一起因燃油质量问题导致主机故障的原因分析，引伸出对船舶主机管理和人员管理的思考。
关键词：主机燃油喷射单元（ICU） 燃油喷射阀（ICV） 供油单元自清滤器 燃油管理 燃油系统管理 船员
0 引言
某轮主机型号WARTSILA 6RT-flex58T-B，功率：1 3080kW，转速：105rpm，缸径：580mm，冲程：2416mm沪东重机有限公司2010年4月16日出厂。
WARTSILA RT-flex型柴油机是WARTSILA公司推出的电控共轨柴油机，也称为智能柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其重要组成部分的新型柴油机。根据柴油机燃烧理论，主要应用了电控技术，通过控制燃油喷射定时、喷油量、喷射速率、压力以及排气阀定时，能夠有效地实现柴油机在各种工况下的性能最优化，从而达到满足柴油机在最新排放要求下，提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。
1主机故障及处理经过
该轮2016年9月11日从厦门开航，执行厦门到澳洲装矿回国内的航线。在正常航行中，2016年9月14日起主机#2、#3、#4缸排温逐渐慢慢升高，至2016年9月16日主机#2、#3、#4缸排温异常不受控升高，在控制电脑上调整各缸油量已经无法控制，主机因各缸排温偏差大（超过50℃）报警并降速，降速后主机#2，、#3、#4缸排温依然很高，超过400℃，并继续有上升的趋势，排气冒浓重的黑烟。根据此情况，船舶停航检修，对于此次故障现象，船员，岸基管理人员，以及WARTSILA工程师均未碰到类似情况，因此在故障排查过程中走了很多弯路，耽误很多时间，最后经过多次检查和测试，确认故障是燃油喷射单元（ICU）的喷射控制阀（ICV）异常腐蚀及磨损，关闭不严，燃油泄漏进入气缸内无序燃烧所致，当时由于船上只有2套ICV备件，无法修复，只能维持航行到就近印尼港口等待备件，备件供船后船员更换主机6个缸的ICV后恢复正常航行。本次主机故障造成延误船期约13天，船东损失严重。
2该轮主机结构原理
该轮主机系电喷柴油机，燃油喷射有别于传统机型，其燃油喷射是由喷射控制单元（ICU）执行，喷射控制阀（ICV）是ICU的核心部件。其工作原理如下：
ICU总成分为伺服油（控制油）端和燃油端，通过共轨电磁阀来精确控制燃油喷射时间。控制系统WECS-9520给共轨电磁阀一个喷油信号，共轨阀动作，控制伺服油进入控制油阀块，推动控制油阀块内活塞动作，然后推动三角形传动杆，继续向前推动ICV阀芯，阀芯克服复位弹簧阻力动作，等候在ICV处的燃油共轨中的高压高温燃油（约50～90MPa）进入ICV并经过高压油管和喷油器喷入气缸，当控制系统给共轨阀一个停止喷射的信号，共轨阀动作，伺服油控制阀块内的活塞复位，使得ICV的阀芯在复位弹簧的作用下复位，喷射结束。ICU上的燃油油量活塞周而复始的进行喷油量的计量工作并反馈给控制系统，调整下个循环的喷油量，以保证实时精准的喷油量。
3 原因分析
3.1 燃油质量方面的原因
后续将损坏的ICV阀芯送至WARTSILA公司进行检测，WARTSILA公司经检验后反馈认为这是由于使用的燃油中含有的催化剂或化学物质造成了阀芯密封面腐蚀磨损，虽然该批燃油油样化验结果显示各指标均未超标，但其中酸值较高，油样中的酸值达2.1mgKOH/g，在实际使用中对主机ICV阀芯密封面产生了腐蚀，并最终导致故障发生。因此本次主机故障的主要原因是主机使用的燃油质量问题造成。
船舶在厦门开航后，换用国内北方港口加装的IFO180cst燃料油，在使用4天后出现以上主机故障，经过拆检ICU，发现ICV阀芯密封锥面腐蚀磨损，造成ICV无法切断燃油，而等候在ICV处的高压高温燃油通过ICV泄漏进入喷油器，而喷油器的启阀压力只有37MPa，远低于燃油共轨压力（50～90MPa），这样就造成燃油喷射失控并持续向缸内喷油，造成缸内不能正常有序燃烧，排温异常升高，冒浓浓黑烟；汽缸油润滑油膜破坏，缸套异常磨损；扫气箱脏污，严重时扫气箱着火等一系列严重后果。
结合该轮前几次主机故障的原因排查，有一个重要的原因是燃油中铝和硅的含量偏高，虽然最终的化验结果未超标，但实际使用中均对ICV产生了严重的影响，铝和硅起到了磨料的作用，加之后续的净油机及供油单元自清滤器工况不正常，加剧了ICV偶件的磨损，因此主机故障也就顺理成章了。
3.2 船舶管理方面的原因
通过对本次主机故障的排查，发现该轮主机存在比较严重的隐患，对主机及燃油系统进行了彻底检查，发现存在一系列设备及管理方面的问题，该轮新船出厂5年多，但主机ICV已经多次更换，本次故障后主机6个缸的ICV全部更换，换下的ICV的使用时间还不到2 000小时，最短的使用时间仅700多小时（说明书中ICV正常检修更换时间最少24 000小时），且在2016年该轮共发生了3起主机ICU故障漂航抢修的险情；吊检主机#1，#5缸测量缸套磨损量，发现均已经严重超限（正常磨损极限为4mm，这两个缸的最大磨损处达5～6mm，尤其在汽缸油注油孔位置处最严重，布油槽基本磨平），但这两个缸套的使用时间分别仅约为25 000小时和6 500小时，使用寿命远低于正常值，比较姐妹船的主机情况，基本确定该轮在管理上存在严重问题。
为了进一步排查故障，邀请Westfalia工程师上船检查净油机工况，经过工程师的仔细排查，认为该轮燃油净油机工况较差，排渣存在严重问题，排渣工作水在排渣时无法保证净油机排渣时水压保证0.2MPa以上的要求（GEA Westfalia说明书要求），造成排渣不彻底或无法排渣，净油机频繁人工拆洗，且使用的备件系国产备件，质量较差。结果是净油机工况很差，进而致使未达到净化要求的燃油进入燃油日用柜并最终进入主机燃油系统。
船员对主机供油单元进行进一步的检查，发现自清滤器虽然能够动作，但没有处于正常工作状态，自动冲洗后的残渣根本没有排出（拆除排渣管路，内部无冲洗的燃油排出），而船员为了能够使用该滤器，人为旁通该滤器，该滤器形同虚设。
通过对净油机及自清滤器的检查可以看出该轮的设备管理存在严重问题，净油机工况较差，燃油无法完全净化，最重要的关键部件自清滤器又处于非正常工作状态，无法保证进入主机的燃油有10 um的过滤精度，这样未达到净化要求的燃油进入主机燃油系统，燃油中的杂质或催化剂直接造成ICV阀芯异常磨损，同时杂质或催化剂进入缸内造成缸套磨料磨损。
而ICV的异常磨损直接造成ICU外漏和内漏，外漏严重时会造成主机起动时因燃油油压无法达到设定值而起动失败，该轮ICV外漏最严重时主空气瓶2.5MPa的气压只能启动一次，严重影响船舶进出港，狭水道等机动航行安全，外漏可以在日常通过检查ICU检漏孔发现，该轮之前的几次故障均是ICV外漏所致；内漏比较麻烦，无法通过外部检查发现，只有通过电脑上的主机各参数及喷油器喷射、排气阀开关等曲线和参数来分析判断，这需要丰富的经验才能做到，但往往我们的轮机长轮机员的能力达不到而无法提早发现问题，等到发现问题往往已经产生比较严重的后果了，根据本次的主机的故障情况，出现ICV内漏时最重要和最明显的表现为“三高”，即排温高，压缩压力高，爆压高。本次主机故障是ICV内漏造成。
杂质进入气缸直接造成了缸套的异常磨损，使得缸套的使用寿命严重缩短，加之ICV异常磨损燃油内漏进入气缸内无序不完全燃烧，也直接破坏汽缸油润滑油膜，进一步加大了缸套的异常磨损，最终导致缸套磨损超限而报废。
3.3 燃油管理方面的原因
本次主机故障主要原因是使用的燃油质量差造成，由于目前国内燃油市场的质量参差不齐，船东往往为了节约费用选用质量更差的燃油，没有保障的燃油质量给主机故障埋下了祸根；在燃油加装，储存，净化及使用等各个环节，船舶未能严格按照公司的体系文件要求执行，体系文件中对于燃油从加装到试用各个环节都有着非常严格细致的操作要求，船员未能认真落实到位，尤其在加装时對油品的检查，以及在使用过程中对主辅机工况的监控方面存在严重缺失，轮机长及轮机员未能对运行中的主辅机参数细小的变化及趋势引起高度重视，未能及时采取有效措施，阻止事态的继续扩大，最终导致故障发生。
4管理措施
通过本次故障的排查及后续对整个燃油系统的排查，暴露出在船员职业道德、技术业务能力的培训和培养，岸基监督和支持，燃油质量监控，重要备件管理等诸多方面存在问题，如果这些环节中有任何一个环节做好，就能减少或避免故障的发生，而在这些环节中最重要的因素的是人，人在任何时候任何环节中都起着决定性作用，因此在管理措施中同样以人为主结合制度共同防范。
（1）加强船员的技术业务能力的培养和培训，提高判断故障及解决问题的能力，技术业务能力是判断故障解决问题的基础；
（2）加强船员对体系文件的学习和理解，重点是提高船员的执行力，用规章制度来保障安全；
（3）提高船员的工作责任心，在巡回检查中及时发现细小的变化和异常，及时采取措施，控制事态扩大，责任心是确保安全的前提；
（4）挑选信誉及质量好的供油商，确保加装的燃油质量，从源头上解决燃油质量问题；
（5）加强船舶设备的维修保养工作，对出现的异常情况及时处理，避免事态扩大，良好的维护保养是设备安全的基础；
（6）加强船舶备件管理，对重要备件要确保足够数量存船，以备应急时使用，充足的备件库存是安全的保障。
5 结束语
分析本次主机故障深层次的原因，还是船舶及岸基管理公司在船舶管理上存在很大问题，其中不可忽视和最大的因素是人，船舶任何工作都离不开船员的落实，在目前的形势下，船员素质日渐走低是不争的事实，尽管公司的安全管理体系文件（SMS）越来越详尽，但缺少最重要的落实和执行等于零，如何提高船员的责任心及技术业务能力是摆在我们航运公司及船舶管理公司面前的一个急需解决的难题，需要我们全体航运人共同思考和解决。
参考文献：
[1]WARTSILA 6RT-flex58T-B说明书
