船舶主机曲轴箱爆炸事故的预防及应急管理

　　摘要：近些年来，由船用主机曲轴箱爆炸造成的机损和人员伤亡事故已引起各家船公司的广泛重视。文章首先分析了船用主机曲轴箱爆炸的基本原因，总结了当前预防曲轴箱爆炸的几种方法及其各自特点，指出了油气分离技术在预防船用主机曲轴箱爆炸中的发展方向。文章最后提出了预防曲轴箱爆炸事故发生的日常管理注意事项及应急措施，以期能对轮机管理人员有所借鉴。

　　关键词：船用主机 曲轴箱爆炸 预防 应急管理

　　0 引言

　　上世纪50年代，在内燃机船“瑞那•德尔•帕西菲哥”号上发生了曲轴箱爆炸的重大事故，造成28人死亡。[1]这个事件使人们对曲轴箱爆炸有了深刻的认识，同时也将控制曲轴箱油雾浓度作为预防爆炸的一个重要手段。各种油雾浓度的监测方法的应用虽然大大的降低了曲轴箱爆炸的发生概率，但仅仅是起到一种抑制作用，并未从根本上消除隐患。此外，随着人们的环保意识的不断增强，针对航行船舶造成大气污染的问题也逐渐得到重视。尽管主机废气排放问题一直是人们关注的焦点，但船上工作人员尤其是轮机部门的人员更为关注其周边的环境。这主要是由于曲轴箱内的油气是通过排气管直接排放到大气中，未被稀释，从而造成其周边环境较高的油气浓度。因此如何有效的解决主机曲轴箱爆炸的问题同时又能兼顾环保，便成为船舶设计和管理者共同面对的挑战。本文在充分分析船用主机曲轴箱爆炸的基本原因以及对当前预防曲轴箱爆炸的措施和方法的基础上，提出了预防曲轴箱爆炸事故发生的日常管理注意事项及应急措施。

　　1 曲轴箱爆炸的原因分析

　　在正常条件下，船舶主机曲轴箱内的温度低，油雾浓度也远远低于爆炸极限，因此不会发生曲轴箱着火或爆炸。但当船舶主机曲轴箱内出现高温热源（≥200℃）时，就会造成曲轴箱内滑油的“汽化”现象，形成油蒸汽，这些油蒸汽进一步冷凝形成大量的微小油滴而悬浮在空气中，形成所谓的乳白色油雾（0.005-0.01ml）。油雾是一种极易爆炸的物质，大量的油雾会使曲轴箱内的油雾密度（油雾浓度）急剧升高，在高温热源达到850℃以上时将被点燃并迅速燃烧，使曲轴箱内的温度和压力急剧升高乃至爆炸。多数情况下曲轴箱爆炸对设备的损害仅限于柴油机本身，但当大量油雾从曲轴箱进入到机舱内，发生爆炸时危害将更为严重。

　　造成曲轴箱爆炸的根本原因，主要是曲轴箱内存在高温热源，这些热源主要来自以下几个方面[2]：

　　（1）船用主机导板与滑块出现局部干磨擦；

　　（2）十字头轴承烧熔；

　　（3）曲柄销轴承烧熔；

　　（4）链传动装置轴承烧熔；

　　（5）上述各轴承润滑油供给不足或中断；

　　（6）润滑油进水被乳化、被腐蚀或被磨粒污染；

　　（7）活塞环和填料函干摩擦；

　　（8）扫气箱的火源通过填料函窜入曲轴箱；

　　（9）曲轴箱内伸缩套管过热等等。

　　2 曲轴箱爆炸的预防措施和方法

　　如以上所述可见，由轴箱爆炸的影响因素多种多样，做好预防工作十分必要。预防措施在日常工作中主要从以下两个方面着手：

　　2.1 日常维护

　　曲轴箱的爆炸事故的发生，在一定程度上也反映了船舶日常管理工作中存在着疏忽和大意。劳埃德船级社通过对其入级船舶的曲轴箱爆炸事故进行数据分析表明，在二冲程柴油机中引发曲轴箱爆炸的因素中因主轴承、主轴颈、十字头故障占43%，活塞占33%，其他因素占19%。因此在日常管理中应重点对这些部件的工作情况进行检查，以尽早发现故障隐患，避免更大事故发生。同时在维修中应按照说明书的要求，调整好相关参数，并保证使用合格产品部件，不可忽视任一零部件的重要性。如某轮主轴承在2005年2月12日起开始发现滑油压力不断下降，且逐日加重。但由于管理人员疏忽大意，未能注意各设备工作参数的变化情况，对主机的主轴承未能及时进行检查和更换，没有按规定时间检查主轴瓦与曲轴的贴合情况，或没有及时进行拐挡差测量，使曲轴处于轴瓦贴合情况较差的状态下工作，引起主轴承高温，引发曲轴箱爆炸、主轴承烧蚀、曲轴报废的恶劣后果。

　　2.2 监测和报警

　　对于曲轴箱爆炸，仅仅重视日常管理是不够的。为及时掌握和控制曲轴箱内的状况，避免爆炸事故发生，对曲轴箱实施油雾浓度监测和报警十分必要。根据SOLAS公约对预防火灾的强制要求，各船级社均明确提出了在功率大于2250kw和（或）缸径超过300mm的船用主机必须装有油雾探测器。油雾探测器作为大型柴油机运行的重要保护装置，其主要功能是探测柴油机曲轴箱内的油雾、水雾浓度，从而监测柴油机的主要运行部件—曲轴和气缸的工作状况是否正常，润滑油的含水量是否超标，避免柴油机事故的进一步扩大。SOLAS公约同时也指出应采用主轴承温度监测以作为油雾浓度探测的补充。

　　当前船上所采用的曲轴箱油雾浓度监视报警器种类繁多，但工作原理相近。通常是采用吸收法或光散射法来监测油雾浓度[3]。前者主要检测经由发射器穿透油雾到接受器上光的数量（即直射光的强度），当油雾浓度增大时，阻光度增加，测量通道一端的受光器（另一端为红外光发射器）感受到的红外光就减少，输出的光电流也减少。当主轴承等发生故障时，曲轴箱内的油气浓度急剧增加，达到一定浓度时，受光器输出的电流低于设定报警值时，便发出报警信号，并控制主机紧急停车。而后者则是通过检测由于油雾而散射光的数量（强度）。但这两种方法都不适于长期使用，这是因为油雾探测器在运行中时常会由于监测管路受到油气的污染而发生“误报”，频繁的误动作不仅会造成主机降低负荷而引起的零件材料疲劳，缩短零部件的使用寿命，也会使运行和检修人员产生麻痹心理。这样当曲轴箱运动部件真正出现故障时，不能及时排除隐患而造成事故。此外，由于运行时间的增加，电子元件老化和机器零部件的磨损，也可能造成频繁的误动作。油雾探测器是大型柴油机正常运行的保护装置之一，因此要确保其正常工作，不可随意退出运行。平时要做好维护保养工作，遇到问题要积极排除，不可大意。油雾探测器运行一段时间后，要检测其动作的可靠性。

　　3 油气分离技术在船用主机曲轴箱中的应用

　　根据目前的技术水平，在柴油机上安装监测运动部件的自动油雾探测系统来对即将发生的事故报警，可以说是避免主要零部件受损的唯一的可行手段。对于曲轴箱爆炸这一重大事件更应重视日常的维管，将其消除在萌芽状态。油气分离技术则是实现这一目标的重要技术之一。这里所说的油气分离技术是指将曲轴箱内的油气抽出并进行分离，从而有效切除爆炸三要素之一—可燃物。目前这项技术已广泛应用在汽车、摩托车等陆用交通工具的发动机上，但在大型船用主机和电站装置中应用较少。本文将通过对Alfa Laaval公司生产的船用油气分离装置的介绍，分析其在船上重要的应用价值。

　　3.1 油气分离器的结构及其原理[4]

　　油气分离器的结构如图1所示，主要包括分离盘片、立轴、电动机和分离桶体等部件，其原理同分油机相类似。在主机工作期间电动机通过立轴带动分离盘片转动，在分离桶下部产生一定真空，使曲轴箱内油气经曲轴箱油气进口被吸入到分离桶中，并进入盘堆内。在离心力的作用下油气中所含的润滑油以及烟灰被收集在分离桶体的外周，并经分离油出口泄放至污油柜或其它接收装置，而经分离后不含油的气体则可直接排放到大气中。在人们日益重视环境保护和节约能源的今天，减少排气中的含油量无疑具有重要的环保意义。此外，被分离出的润滑油如经滑油分油机净化仍可循环使用，从而提高了滑油的经济性能，这就构成了如图2所示的油气分离系统。该系统中将曲轴箱的排空管与油气分离器的油气进口相联，分离油的出口与曲轴箱的油底壳相联以实现滑油回流重新净化再利用，油气分离后的无油空气可通过排气管直接通入大气。

 

　　3.2 油气分离器的功能及优点

　　由油气分离器工作原理可以看出，油气分离器具有以下功能：（1）在工作过程中及时将可燃物排除，从根本上排除了发生曲轴箱爆炸的隐患；（2）油气分离技术将实现曲轴箱内排放至大气中的气体对外部环境无污染，满足国际法律法规针对大气污染的要求；（3）由于采用高速旋转的电动机带动实现离心式分离，因此能耗少，分离效率高，净化效果好；（4）采用离心式分离取代了陆上传统分离设备中运用滤器过滤分离方式，省去了更换滤芯的麻烦，降低了成本，且使用寿命长；（5）由于滑油的可回收再利用，减少了油污染，降低了油损耗。

　　4 日常管理注意事项及应急措施

　　4.1 日常管理

　　4.1.1 加强操作人员的培训

　　在航运业呈现出繁荣景象的情况下，一些船员劳务公司为了提高劳务输出人员的数量，使一些未经系统培训或专业训练的船员进入船员队伍。由于他们缺乏充分的培训和足够的海上资历，或者由于语言不通等原因，往往缺乏专业知识、技术能力和交流能力，因而导致了许多事故和险情。因此，应加强对设备管理和操作者的岗前技能培训，尤其是新船员的培训。在对设备管理和操作者进行岗前技能培训过程中，应使其认识有关曲轴箱爆炸或着火的原因及其危害性，建立严格的操作和维护规程。并根据不同管理/操作人员级别的特点，制定有针对性的培训计划，明确培训的目标、内容、渠道、形式及保障措施等，重点实施有效的预防和控制培训以保证知识的连续和更新。培训中注重理论与实践相结合，注重与实际工作环境相结合，可集中培训也可在工作中利用班前会等形式进行培训，进而提高操作人员的安全意识和故障应变处理能力，避免因错误判断而造成恶性事故的发生。

　　4.1.2 做好日常巡回检查

　　巡回检查是船舶机舱管理中一项重要的工作，巡回检查中应做到勤看、勤听、勤换，特别对设备的重点部位要勤检查，发现问题及时正确加以处理。运行中曲轴箱道门过热、透气管有黑烟窜入、滑油温度升高、曲轴箱油雾浓度探测器报警、防爆门打开等现象，是曲轴箱可能爆炸或着火的典型征兆，应针对这些情况给予足够重视，并及时记入《轮机日志》。

　　4.1.3 定期进行设备检查和维护

　　设备检查包括机械设备的状况检查和监测设备的检查。机械设备的状况检查包括定期检查曲轴箱内导板与滑块、十字头轴承、曲柄销轴承、主轴承、活塞杆与填料函、伸缩套管、链轮、减振器、透气管道等部件的状态，如曲轴箱内有无白合金碎片，有无过度磨损、烧熔现象和透气管脏堵状况等。一经发现应及时查找原因并进行相应修复或清除。检测设备的检查主要是应针对检测油雾浓度、温度、压力等参数的传感元件的工作状况及其系统的工况进行检查和校准。监测系统中大多数的电子元件属于高精度元件，但因其安装在柴油机本体上，温度高、振动大，工作环境极为恶劣，由此使得电子元件的老化加剧，产生温度漂移，控制的灵敏度增加，误动率也增加。通常表现为以下几种现象：

　　（1）连接插头接触不良，可以拧紧；

　　（2）探头特性变坏，可以更换探头；

　　（3）电子控制板需要重新调整。这些故障虽不会引起停机事故，却会使船舶主机失去重要的保护。因此管理人员应做好定期维护工作，如定期更换空气滤片、减压空气滤片，排出冷凝管的水分，清洗阀箱的油污，用酒精清洗探头，用压缩空气吹扫采样管、油路、气路，并做必要的报警试验及高油雾保护动作（最简单的方法是从采样管入口处吹一口香烟的烟雾进去）试验。对于油气分离器应按照相关使用说明书进行定期保养，如清洗分离盘、分离筒等以保障分离效果。防爆门的启动压力设定也应严格遵照安装准则或请设备制造厂家校核，务必使其正常工作。

　　4.2 应急措施

　　当值班人员发现曲轴箱道门有打开迹象或曲轴箱内有大量可燃气体窜出、滑油温度急剧升高等现象时，应立即降速（如设有降速或停车保护装置），慢车运转若干分钟，使烟气从曲轴箱通风管等处慢慢排出，并逐步降低机体温度。切不可立即停车，否则会因停车后机体温度不但不能快速降低反而会继续升高而引起曲轴箱瞬时爆炸。在曲轴箱大量冒烟和慢车运转期间，轮机管理人员应迅速判断原因并作出相应处理。待机器温度下降至正常值时，可停止燃油供应，注意不要立即停止供应冷却水和滑油。

　　迅速准备好灭火设备，一般采用二氧化碳灭火机灭火。尽量不用泡沫灭火，因其对机件有损害，事后需做大量清洁工作，甚至使滑油报废，更要注意的是油火不宜用水施救。

　　曲轴箱如已爆炸，并有大量油烟溢出时，值班人员应沉着冷静、坚守岗位，采取紧急停车措施。并切断启动空气，合上盘车机，关闭辅助风机。此时严禁任何人员靠近曲轴箱道门和防爆门，或急于打开道门。曲轴箱发生爆炸事故，在试图打开任一曲轴箱道门之前应停车至少15min，待曲轴箱内温度降低后打开。否则在拆除曲轴箱道门时，会引起新鲜空气进入，而爆炸后余留的热源将会引起剧烈的二次爆炸，带来更为严重的机损事故，甚至危及管理人员的人身安全。

　　停车后应彻底检查各轴承、活塞杆、填料函、伸缩套管、链轮、减振器等，查找热源产生的部位，消除产生热源隐患。在未弄清原因并修复前严禁冒险动车。

　　消除故障后可打开滑油泵，盘车检查滑油供给情况。一切正常后，脱开盘车机，重新起动主机。

　　5 结束语

　　船舶曲轴箱爆炸事故发生的情况较少，而一旦发生其后果却又非常严重，船舶航行在大海上，实施有效的预防性管理十分重要。预防性管理作为一种先进的管理模式，能够实现先进的自动保护，但并不能使运行管理人员高枕无忧。只有正确地认识、维护、使用好这种系统，才能真正为船舶主机的安全运行提供可靠的保障。同时，作为管理者还应做好故障发生后的应急处理预案，避免机损事故的进一步扩大，保障船舶运营和人员安全。