奇怪!ME主机每次从海速降到“前进4”,透平就会出现“喘振”......
根据2011年的MARPOL附则VI修正法案要求,2016年1月1日及以后建造的船舶,在排放控制区航行时,船用柴油机排气中的NO含量必须满足Tier IⅢ排放标准。随着法案的实施,排气脱硝技术应运而生,其中SCR技术,因其经济适用性,几乎成为新一代柴油机的“标配”。本文案例中的油轮为2020年新出厂船舶,主机型号为MAN B&W 6G50 ME-C9.5-HPSCR,额定功率为8500KW,额定转速为82.3RPM,是一款带有HPSCR的极长冲程电喷主。该轮在试航期间,主机运行于TierI模式下,从海速降至“前进四”时,主机增压器出现喘振现象。主机厂家服务工程师在作了参数微调后,情况有所改善,但从海速降至“前进三”或更低转速时,依然会有喘振现象。出厂后,该轮满载进长江,主机一直运行于TierⅡ模式下,几乎每次从海速降至“前进四”时,增压器都会出现喘振;从“前进四”降至“前进三”时,大部分情况下也会如此。增压器喘振是压气机的固有特性。当压气机的流量小于设计流量时,气流就会在压气机叶轮和扩压器叶片前缘产生撞击,使得气流脱离叶片表面并形成涡流区。流量越小,这种情况越严重。当流量低于某一临界值时,流过压气机的气流就形成强烈的振荡,使得压气机出口压力显著降低且大幅度波动,以致流量忽正忽负(出现倒流),机件强烈振动,并发出喘叫声。这种现象被称之为喘振。压气机是不允许在喘振下工作的,因这时不仅达不到预期的增压比,而且会引起压气机叶轮叶片振动,造成叶片疲劳断裂。同时喘振会使增压器转子发生强烈振动,特别是轴向振动,破坏轴承的润滑油膜,影响轴承使用寿命,严重时造成轴承烧损。该轮的主机为超长冲程的电喷主机,设置了一个EGB(Exhaust Gas Bypass)阀和一个CBV(Cylinder Bypass Valve)阀。由于电喷主机的精准供油和极长的工作行程,使得小缸径大功率成为可能。但为了保证低负荷时能有较好的燃烧工况,通常该类主机的增压器会配得较大,使得其在低负荷时产生更多的扫气空气。当主机高转速高负荷时,增压器的配合运行线会更加接近于喘振线,亦即喘振裕量更小。因此,在主机高负荷运行时,通过EGB阀来控制多余的排气,可降低增压器的转速和减小扫气的增压压力;同时,通过CBV阀来泄掉部分扫气,可防止增压器喘振。该轮每次发生增压器喘振时,在SCR系统的MOP屏中都会有一个“RSV Unexpected Opened'的报警。这个报警是喘振出现后导致的还是RSV阀意外开启引起的?要弄清楚这个问题,就要先了解SCR系统的工作原理。(1)该轮采用的是HPSCR(High Pressure Selective Catalytic Reduction)高压选择性催化还原系统,在主机增压器前、排气总管后增加了一套SCR系统。当主机运行于 Tier Ⅱ模式下时,RBV(旁通阀)打开,RSV(混合器密封阀)及RTV(混合器节流阀)关闭,排气直接进入增压器,SCR系统被隔离;当主机运行于TierIⅢ模式下时,RBV关闭,RSV及RTV开启,排气经过SCR系统处理后再进入大气。其工作流程如图1。(2)主机排气经过RSV后,在混合器中与还原剂(该轮提供的是40%的尿素溶液)充分混合,然后进入SCR系统反应器,并在蜂窝式催化剂的作用下,尿素分解出来的氨气与排气中的NO反应,生成对大气无任何伤害的氮气及水汽。(3)在SCR系统中RSV及RTV的运行情况是:①主机运行于TierII模式下时,RSV(SCRReactor Sealing Valve)保持关闭。它受控于超压限制阀,当SCR系统与排气管的压差达到设定值(可在0.5~0.8Bar之间调整)时打开,以泄掉SCR系统内的压力;当主机完车时,由控制系统发出信号打开。②主机运行于Tier II模式下时,RTV(SCRReactor Throttle Valve)保持关闭。当SCR系统与排气管的压差达到0.3Bar时,RTV开启6%;当主机完车时,由控制系统发出信号打开。SCR系统气动控制如图2。当主机从高负荷突降时,主机供油和增压空气消耗减小,但由于增压器的惯性作用,扫气压力并没有马上降到相应值,从而使得压气端的背压增大,且增压器配合运行线会更加接近于喘振线。因为降速,排气管侧的压力下降,所以导致当SCR系统与排气管的压差达0.3Bar时,触发RTV开启6%以泄压:如果排气管侧的压力继续下降,达0.5~0.8Bar时,RSV将受控全部开启,也就是上面提及的MOP屏中报警。从SCR系统泄至排气系统的空气,使得压气端的背压继续增大,原本就已接近于喘振线的增压器配合运行线瞬间进入喘振区,产生喘振。从上面的故障分析中我们得出这样的结论:SCR系统的两个阀开启,增加了排气系统的背压,是该轮主机增压器产生喘振的主要原因。清楚这一点后,故障排除就不那么难了。通过与设备服务商联系,我们做了如下处理:1.在主机控制系统中设置了一个从海速到“前进四”的降速程序,使主机从高负荷降至低负荷有一定的延时缓冲。2.通过修改SCR系统参数值,使RTV在压差值达0.3Bar时开度为0%。3.在RSV控制气源管路中加了一道手动截止阀,通过关闭控制气源防止其开启。4.通过该轮再次满载进长江检验,主机增压器未再发生喘振现象,故障排除。以上处理,是在主机运行于TierIⅡ模式下进行的。如果要换至TierIⅢ模式,只需打开RSV控制气源管路中的手动截止阀就可以了——因为在Tier III模式下,RBV是关闭的,排气经SCR系统就不存在系统泄气而引起主机降速喘振的现象。本案例中所述的主机喘振原因主要由SCR系统泄气所致,所以除了采取上述措施外,也可以考虑以下做法:一是在SRV及STV两个阀处加盲板,完全隔离SCR系统。不过,该方法有一个弊端,即重新使用SCR系统时,需先拆除该盲板,拆、装盲板是一个较大的工程。二是在SCR系统中加装一根直接通大气的泄气管(不是泄往主机排气管)。不过,该改装需在船厂完成。以上案例告诉我们,新技术的快速发展,对船舶管理人员提出了更高的要求。只有不断地学习新知识,才能跟上时代步伐。来源:中远海运安全
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