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MAN B&W ME-C電噴主機運行過程中的管理要點及心得

時間:2018/11/25 8:47:29 點擊:

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隨著IMO日益嚴苛的船舶排放標準的實施,加上當前全球經濟下行壓力增大和國際油價的不穩定性及船舶的超大型化趨勢。良好的動力性,低油耗,低排放是船東對新造船舶的動力推進系統提出的突出要求。基于此,ME-C電噴主機在當今航運市場中有逐步取代傳統的MC-C主機作為船舶推進系統的趨勢。究其原因,不外乎是ME-C電噴主機具備以下主要優點:
1)高度智能化的電子控制系統。
2)超低的SFOC,良好的經濟性能。
3)動力性好,節能減排。
4)低負荷燃燒下,依然能保持無煙操作且能保持超低轉速運行。RPM低至15左右。
5)各種負荷下,燃油噴射壓力和噴射率均可優化。
6)用于控制燃油噴射,排氣閥開關和HPS,HCU,CCU,EICU等各類軟件均可以升級優化。
 
但是,MAN B&W ME-C電噴主機作為當前最先進的主機類型之一,對輪機員的管理能力提出了新的挑戰和考驗。本文以筆者曾經工作過的MAN B&W 7S70ME-C8.2機型為例,淺談ME-C電噴主機在運行過程中的一些管理要點和心得。

一、ME-C電噴主機超低速運行(Super Slow Steaming)的注意事項
當前全球經濟低迷,航運市場極度不景氣使得各大船東在削減運營成本上大做文章。燃油消耗作為航運業最大的運營成本,降低油耗自然是首當其沖。在這個大背景下,大多數船東都要求旗下船舶進行超低速運行(主機發出的概率Power<25% MCR,甚至低至18%-20% MCR),增加運貨周期以達到削減運營成本的目的。那么,長期Super Slow Steaming對于ME-C型電噴主機有何影響,在管理上又該注意哪些問題呢?
 
1. 長期的Super SlowSteaming將導致掃氣箱和活塞環臟污,排氣閥積碳速度明顯快于高負荷運行時,應縮短掃氣箱清潔周期并經常進行掃氣口檢查以確定活塞環和缸套的狀況。若發現噴油嘴和活塞頭結碳嚴重,有燒蝕的跡象應及時處理更換。建議必須增加燃油系統如Fuel Injector、Fuel Pressure Booster密封圈、活塞環等常用損耗件的庫存。另外,應盡量申請一套鼓風機總成(Aux Blower Full Set Including Motor)放在船上作為備用。
 
2. 主機在超低速運行時,排氣溫度下降。必將使廢氣鍋爐的產汽量下降。此時應盡量減少不必要的蒸汽加熱,如燃油粘度無法保持,應啟動輔鍋爐提升蒸汽壓力。
 
3. 超低速運行使增壓器效率低下并引起渦輪側快速臟污。應增加渦輪側干洗的頻率,清除污垢。
 
4. 考慮到掃氣壓力下降,輔助鼓風機一定要伴隨主機長期運行。輪機員應密切關注鼓風機的電流,軸承溫度,掃氣壓力。應在軸承注油孔加入抗高溫的牛油脂并避免在自動模式下風機頻繁啟停,對馬達造成傷害。
 
5. ME-C型電噴主機的缸套冷卻水的出口溫度盡量保持在靠近上限,并增加缸套冷卻水的壓力以降低冷腐蝕的可能性。
 
6. 值得一提的是,應每隔2-3天對主機進行加速一次(Run-up),加速減速的過程應做到緩慢有序。非緊急情況下,禁止快速大幅度改變主機負荷。待增壓器轉速上升到一定時,干洗透平端(T/C Turbine Side Dry Washing)以減少灰分的排出和沉積。同時,對廢氣鍋爐進行化學品或蒸汽吹灰,即可降低主機的排氣背壓又可防止煙囪冒火星。
 
總而言之,主機在超低速運轉時,應加大維護保養力度,改善燃燒品質。如有必要,縮短排氣閥Overhaul 周期和吊缸周期。視情縮短噴油器噴油壓力的測試周期,還要定期清洗空冷器的空氣端。輪機員要密切關注氣缸注油率應處在最佳狀態。以筆者曾經工作過的一條3600TEU的集裝箱船為例,機型:MAN B&W 7S70ME-C. 應租家要求,主機降速運轉在20%MCR的轉速(RPM=55),但在采取上述六點的注意事項后,并沒有產生任何問題,在技術層面上也沒有遇到大的挑戰,很好的達到了租家的降速要求。

二、動力液壓油供給系統(HydraulicPower Supply)
MAN B&W ME-C電噴主機運行過程中的管理要點及心得
1. HPS提供的20Mpa左右(隨機型而異,有的機型為30Mpa)的動力液壓油作為驅動排氣閥和燃油增壓泵的“液壓凸輪”,HPS被稱作為ME-C電噴主機的“心臟”部位一點也不為過。對其進行專業性的維護保養就顯得尤為重要。 HPS的組成大致有:Filter Unit,Start-up Pumps,Engine Driven Pumps and its Driving system,Valve block等。由于ME-C電噴主機采用系統潤滑油作為HPS的液壓油,必須定期對FilterUnit只有6u的主濾芯進行清潔保養,以超聲波清潔儀對其進行徹底清潔為佳。做到嚴格控制主機油底殼中的含水量(Water Content<1%),每三個月對滑油進行一次送岸做實驗室理化分析。
 
2. 關于Engine Driven PumpInlet Lub. Oil Pressure Sensor,不少輪機員誤以為其存在的意義僅僅類似于安裝在主機其它部位普通的Sensor。該Sensor有兩個主要的作用:第一防止輪機員在對HPS進行維護保養后,忘記開啟Engine Driven Pump的Inlet Valve,從而導致液壓泵的干轉而使液壓泵產生毀滅性的損壞;第二Engine Driven Pump進口油壓是三個Inlet Sensor的平均壓力,當某Sensor或主機系統滑油泵發生故障時,進口油壓必定產生相應變化,當油壓低至0.7 Bar的報警值時,將發出聲光報警。當壓力持續降低至0.5 Bar時,主機將Shut Down而且是Non-cancelable。在主機航行過程中,建議該Sensor必須持有1-2個備件。
 
3. 定期對HPS系統管路的LeakDetector進行測試并定期清潔Waste Oil Collecting Box。不少輪機員認為該LeakDetector僅僅只會產生報警,其實當Waste Oil Collecting Box液位上升到一定高位時,主機將發出可以取消的安全保護停車,即Cancelable Shut Down。
 
4. 定期對HPS和HCU系統的蓄壓器 (Accumulator)進行壓力測試以保證其處于最佳工作狀態。蓄壓器的壓力太高或太低將導致膜片(Membrane)的破裂,從而進一步導致處于膜片(Membrane)中心位置的小圓盤(Disc)撞擊蓄壓器(Accumulator)的殼體(Steel Housing)。值得強調的是,在進行壓力測試時,必須考慮溫度因素。考慮到極微量的N2泄漏是不可避免的,經驗認為蓄壓器(Accumulator)壓力每月下降2-5 Bar是正常的。建議每4個月進行一次加充N2.
 
三、液壓汽缸單元 (Hydraulic Cylinder Unit)
MAN B&W ME-C電噴主機運行過程中的管理要點及心得
HCU包含Distribution Block,FIVA, Accumulator, Cylinder Lubricator and High Pressure Pipes等。
 
1.FIVA(FuelInjection & Valve Actuation)作為最為核心的部件,包含先導閥,主閥芯,液壓閥塊和電路反饋塊等。FIVA作為一種電液比例閥,其作用是控制噴油定時、噴油量、噴油壓力和排氣閥的啟閉。FIVA的啟閉是由汽缸控制單元CCU(Cylinder Control Unit)通過分析來自于曲軸轉角傳感器(Tacho System,Angle Encoders)、轉速傳感器(RPM Detector)和燃油升壓泵(Fuel Pressure Booster)柱塞位置傳感器的綜合信號進而對FIVA發出啟閉指令的。通常來講,FIVA作為精密部件,應在專人指導下拆裝或送岸維修。至少應保持1個FIVA備件在船。
 
2.眾所周知,良好的缸套潤滑對延長主機的使用壽命有著舉足輕重的作用。為使ME-C電噴主機的活塞環與缸套平穩度過磨合期,氣缸油的注油率應進行緩慢多次的調節,大致分三個主要階段進行調節,即Breaking-in(一般指前500小時)、Running-inPhase 1(一般指500-1500小時)和Running-inPhase2(一般指1500-2500小時)。密切結合Liner & Piston Ring 的掃氣口檢查結果來做相應的注油率調節。在磨合期內注入超量的氣缸油主要有兩個主要原因:一是沖刷干凈磨損下來的固態顆粒;二是在尚未完成磨合的缸套內幫助建立潤滑油膜。改變注油率的操作方法對ME-C電噴主機來說是比較簡單的:在MOP界面登錄ChiefLevelàAuxiliariesàCylinder Lubricatorsà輸入在用燃油的含硫量S%,保持Feed RateFactor和Basic Feed Rate不變à調節Min. FeedRate的數值。對于MAN B&W 7S70ME-C機型來說,一個參考的Cylinder Oil Feed-rate值是:0.95g/kwh @ 6500小時。(燃油含硫量S%=2.78%,氣缸油BN=100)。
 
3. 新型ME-C電噴主機多采用電子板塊控制的Alpha注油器以取代傳統的機械式注油器,值得一提的是,該Alpha注油器與安裝在傳統主機MC-C上的注油器并無明顯的不同。但對于ME-C電噴主機來講,其CylinderLubricationBack-up的方式有所不同。當CCU失效且不能及時更換時,可臨時搭建一根電纜連接ECU-A或ECU-B的CH52和CylinderLubricator上的電磁閥(Solenoid Valve)。此時,Cylinder Lubrication的定時將變為隨機定時(Random Timing)。

 
四、燃油系統(FuelOil System)+ 排氣閥(Exhaust Valve)
MAN B&W ME-C電噴主機運行過程中的管理要點及心得
1. 與傳統MC-C主機相比,ME-C電噴主機的燃油系統最大的變化有三點:第一后者的燃油升壓器(Fuel Pressure Booster)的柱塞驅動是由FIVA控制的20Mpa液壓油來實現的;第二后者的Suction Valve做的非常小;第三后者取消了Puncture Valve的設計并對柱塞安裝了位置反饋傳感器(Plunger Position Feedback Sensor),該傳感器若感應到Plunger在壓縮沖程中處于上升的運動狀態時,FIVA將使排氣閥立刻動作到開啟的位置。至少應保持1個FeedbackSensor備件在船。
 
2. 對于調節電噴主機的最大爆炸壓力,因其智能化電子控制系統,這也是非常簡單的操作。只要在MOP界面登錄Chief Level,再進入EngineàCylinder Pressure,然后調節燃油噴油定時便可實現。簡言之,這一過程其實就是相當于MC-C主機的VIT調節。
 
3. ME-C電噴主機的排氣閥與傳統的并無太大的差異,主要變化有三點。第一:ME-C的排氣閥的啟閉是由FIVA控制的20Mpa的液壓油驅動Exhaust Valve Actuator來實現的。第二:用于關閉排氣閥的空氣彈簧,ME-C相比于MC-C設計的更小。第三:ME-C的排氣閥安裝了閥桿的位置反饋信號傳感器(Spindle Position Feedback Sensor)。如本文開篇所述,ME-C電噴主機的最大優點就是集成的智能化控制,想要改變排氣閥的啟閉定時也是非常簡單的。操作方法是:在MOP界面登錄Chief Level,再進入EngineàCylinder Pressure,調節壓縮比(Adjustment of Compression Ratio Offset)即可改變排氣閥的關閉定時。若想改變排氣閥的開啟定時,則需改變Exhaust Valve Open Timing Offset(以角度為單位)就可實現。
 
4. 排氣閥閥桿位置反饋信號傳感器(SpindlePosition Feedback Sensor)是一種近距離傳感器(Proximity Sensor),在ME-C電噴主機中故障率較高而且一旦發出報警,主機將進行自動慢速降車(Auto Slow Down)。當某缸排氣閥的閥桿顯示開啟間隙異常時(在PMI電腦上的排氣閥閥桿沖程界面Exhaust Valve Stroke上可以看到),在排除掉機械方面即排氣閥本身的原因后,應立即檢查該Feedback Sensor。檢查方法是:備車使主機處于Stand-by狀態(手動啟動Electrically Driven Start-up Pumps)à在主操作屏Main OperatingPanel(MOP)上登錄Chief Levelà將MPC模式更換為TESTModeàMaintenanceàTroubleshooting HCUà如1號缸排氣閥有故障,點擊Cylinder1à點擊ExhaustValve Open或者Close,與此同時,輪機員在排氣閥旁傾聽閥桿開啟或關閉的聲音并用萬用表測量該Sensor端頭的電壓值(4-20mA的電流信號,1 V=5 mA)。如有必要,更換該Sensor。鑒于Fuel Pressure Booster Plunger Position Feedback Sensor的檢查方法與排氣閥的FeedbackSensor完全相同,在此不再贅述。需要特別注意的是,當點擊CyclicTest按鍵時將會引起燃油噴射入氣缸,如無必要,切勿點擊此按鍵以免燃油誤噴對燃燒室造成臟污。
 
5. 電噴主機的封缸運行操作相對于傳統主機的也是極其簡單。將主機停車,在MOP界面登錄Chief Level,再進入EngineàChief Limiters,然后降低故障缸的Chief Index Limit至0,最后對排氣閥進行鎖閉在常關或常閉的位置即可。值得注意的是,在恢復該缸運行前,主機必須停車然后再恢復Chief Index Limit。這是為了避免瞬時噴入燃燒室的燃油過多從而產生爆燃,冒黑煙等不良現象。
 
五、ME-C電噴主機運行參數的監測與分析(PMI & CoCoS-EDS)
 
主機的運行參數進行連續監測與分析有利于將主機運行在最優化的運轉狀態下,此舉將使油耗率和CO2及NOx的排放量達到最佳的運行狀態。經驗表明,爆炸壓力Pmax的增加,將使油耗率下降。由此可見,維持Pmax在最優化的狀態對主機運行的經濟性是至關重要的。ME-C電噴主機的運行參數的監測與分析主要是由PMI和CoCos-EDS系統來完成的,該系統也是高智能化的集成板塊。有PMI on-line和PMIoff-line之分。前者能做到持續監控汽缸爆炸壓力Pmax而且自動計算出一套關鍵數據,該數據可以用來描述/分析缸內的燃燒過程。正是基于這個功能,安裝有PMI on-line的電噴主機可以對Pmax進行自動調節使主機始終處在最佳油耗率的運轉狀態下,大大提高其運轉經濟性。同時,減少CO2及NOx的排放量,降低主機維修保養費用并增加主機運轉可靠性。也大大簡少了輪機員的工作量。在當前IMO越來越嚴格的排放標準的實施下,這項技術對未來“綠色船舶”的建造提供了很好的條件基礎。
 
定期更新PMI系統的應用軟件和對汽缸壓力電子分析儀(Cylinder Pressure Analyser)進行恰當的保養是保障電噴主機運行參數監測系統正常運行的重要工作。
 
六、ME-C電噴主機的報警和處理方法(Alarms &Troubleshooting)
1. ME-C電噴主機所有的報警均會同步顯示在ECR報警模擬器和MOP A或MOPB 的ALARMS界面上。其高度智能化設計使得每個報警均有故障分析和原因以及處理意見的描述。操作者只需在MOP的觸摸屏上選擇Alarm再點擊屏幕右下端的Info按鍵,界面將顯示:Alarm Description,Alarm Cause,Effectof Alarm,Action。然后按照系統的指示進行Troubleshooting,成功率都是非常高的。不可否認的是,在接到報警后,認真研讀相關部分的說明書,將大大有助于輪機員盡快的排除故障。
 
2. 輪機員若想轉出報警清單(Alarm List),點擊Export按鍵,在MOP的后面插入一個干凈無病毒的USB,然后點擊“Save”就可以將報警清單儲存下來。文件的格式是:YYYYMMDD-HHMMSS-CCUx-CCUBurstLogger.dat
 
七、集成的智能化多功能控制面板MPC(Multi-PurposeController)+ LOP 操作
 
1. MPC集成電路板塊在ME-C的電噴主機中運用的非常多,每一個CCU、ECU、EICU、ACU均安裝有一塊硬件結構上完全相同但軟件不同的MPC板塊,這些內部裝載有不同的軟件/程序的MPC板塊同時接收和發出不同的運行指令。值得一提的是,每一個MPC均可以互換但必須進行程序下載。特別需要注意的是,禁止隨意交換固定在每個控制箱門上的程序鑰匙。因為該程序鑰匙對于每一個控制箱來講都是獨一無二的。一般來講,每船均會配備一把沒有裝載任何程序的空白鑰匙,以作應急使用。
 
2. MPC板塊的鋰電池(型號CR2032)在電壓低時,系統將發出提示性警報。切忌在主機運行時更換此電池。若要更換,主機必須停車。事實上,該電池僅僅是對MPC內部的時鐘(Internal Clock)供電而并不是作為其它電源的備用。即使電源壓力低也不會影響主機的正常運行。可待船抵達方便港口后再進行更換。
3.需要指出的是,ME-C電噴主機的機器控制單元Engine Control Unit (ECU)就是相當于該主機的調速器,ECU將計算主機在每一個特定轉速需要的燃油量。(Calculate the Needed Fuel Index for MainEngine)。出于安全考慮,所有的應急停車信號(Emergency Shut-down Signal)均設計成直達Engine Control System(ECS-SS)以達到快速停車的目的。該設計與MC-C傳統主機的Safety Air來控制PunctureValve切斷燃油相比顯得高度智能化,提高了主機的可靠性和安全性。
 
4. ME-C電噴主機的當地控制Local Operating Panel(LOP)是類似于傳統MC-C主機的機旁操作系統。當主機切換到LOP時,所有的控制指令將不再經過安裝在控制室ECR的人機交換界面Engine Interface Control Unit(EICU),這一設計使得當EICU失效或者控制室ECR著火的情況下輪機員仍然可以對主機握有操縱權。

5. 定期對ME-C電噴主機的各種軟件/程序進行更新,是管理電噴主機電氣化控制原件最重要的工作之一,同時必須定期檢查各接線箱內的接頭松緊度以防止接觸不良。定期檢查各控制箱的絕緣度和接地線及屏蔽線是否接觸良好,嚴格保持控制箱的清潔度及散熱良好。
 
總而言之,ME-C電噴主機作為一種新型的智能化主機,其發展歷程也僅僅是過去15-20年左右,不管是設計還是技術層面的創新也是在不斷地完善與改進當中。這就需要輪機員在日常管理中認真研讀有關說明書,對出現的問題做到舉一反三,對各系統的維護保養做到全面仔細,提高主機的可靠性與安全性,這樣船舶的安全才有保障。

作者:徐文彬輪機長 來源:信德海事

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