奇怪！ME主机每次从海速降到“前进4”，透平就会出现“喘振”......

一、引言

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。

二、故障现象

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。

三、故障分析

1.喘振产生的机理及危害

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。

2.该轮废气增压的设置特点

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。

3.SCR系统的工作原理

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。

图1工作流程图

(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。

图2SCR系统气动控制图

4.喘振原因

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。

四、故障排除

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。

五、结语

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