一、故障描述
某 LNG 船使用双燃料柴油机电力推进，电站为5台 MAN8L51 /60DF 四冲程双燃料柴油机，每台双燃料柴油机额定功率8000 kW( 单缸功率1000kW) 。
该双燃料柴油机运行模式可根据燃料不同分为燃气、燃油、油气混烧、备用等 4 种模式。
这 4 种运行模式可根据安全和经济性的需要进行相互转换。
该 LNG 船在码头装载 LNG 后开始进行气体试航，以验证双燃料柴油机能否安全平稳地转换并运行在燃气模式。
试验时，1#双燃料柴油机在燃油模式下运行各参数性能正常，在25%负荷( 约2000kW) 燃油模式下转换为燃气模式，双燃料柴油机经过氮气吹扫和燃气泄漏自检过程，燃气通过每缸上单独的燃气进气阀在进气冲程时与增压空气一起进入气缸燃烧做功，液态燃油在调速器的作用下通过调节各缸高压油泵的油门杆喷油量逐渐减少、燃气量逐渐增加。
当各缸喷油量为零时，全部燃气做功，即实现燃气模式运行的瞬间，立即发生剧烈敲缸，时长约1s，柴油机控制系统发出保护指令快速转换回燃油模式，多次转换试验未成功。
二、故障排除
双燃料柴油机从燃油到燃气模式转换过程需240s，在转换过程中，燃油和燃气比例不断发生变化。
本次故障时的敲缸持续时间非常短暂，约1s，并快速换回燃油模式。
双燃料柴油机控制系统检测到敲缸，其中2#缸敲缸值为62，明显高于其他缸，见表1。
在双燃料柴油机旁边可以听到双燃料柴油机敲缸发出的间断沉闷的声响。
进行故障排查时，首先考虑 2#缸与燃气运行相关的部件。
排查过程如下:
(1) 换新 2#缸点火油油头。点火油系统使用共轨控制: 在燃气模式下，点火油被用来点燃气缸内的燃气; 在燃油模式下，点火油持续喷射以清洁/冷却油头并为下次燃气模式运行做准备。
为减少点火油的消耗，该油头可以在很小喷射量( 引燃油油量大约在满负荷下燃油量的 1% ) 的情况下达到很好的雾化状况。
(2) 换新 2#缸燃气阀。
经过压缩、过滤等过程的燃气通过位于双燃料柴油机每缸缸头扫气支管上的燃气阀，在进气冲程进入气缸，进入气缸燃气的时间和气量由组合在各缸燃气阀上的电磁阀控制。
(3) 检查所有缸敲缸传感器。
每缸燃烧室的外部安装敲缸传感器，以收集燃气模式下缸内燃烧状况。
收集到的敲缸值发送到双燃料柴油机控制系统SaCoSone，控制系统根据敲缸值对双燃料柴油机点火油和进气阀进行调节。
如果敲缸达到一定值，控制系统会发出快速转换指令，柴油机进入燃油模式运行。
(4) 换新2#缸主油头。
考虑到如果主油头状况不良( 如滴漏) ，漏出的燃油在压缩冲程提前点燃燃气，可能导致爆燃敲缸。
(5) 对上述部件进行换新或检查后，再次进行燃油到燃气模式转换，故障依旧，没有任何改善。
(6) 检查所有气缸点火油油头上电磁阀的动作状况。
点火油油头由上部电磁阀和下部油头偶件2部分组成，使用听音棒可听到点火油头上电磁阀动作的声音。
判断所有气缸点火油油头电磁阀工作正常。
(7) 继续更换其他气缸点火油油头。
更换 4#、5#、6#、7#缸的点火油油头后，敲缸状况明显改善，柴油机可以在燃气模式运行，但在增加双燃料柴油机负荷时，因8#缸排气温度偏差过高造成快速转换到燃油模式，各缸排气温度见表2。
(8) 更换剩余的 1#、3#、8#缸点火油油头后，双燃料柴油机可以顺利从燃油模式转换到燃气模式并在燃气模式持续运行，敲缸消失，各缸排气温度基本平均，运行参数正常，见表3。
三、故障原因
经过2d故障判断和处理，最终实现1#双燃料柴油机从燃油模式到燃气模式的成功转换和顺利运行，在后续多次的运行模式转换中也未发生故障。
1、燃烧敲缸和不发火做功
双燃料柴油机的燃气模式是基于点火油点燃燃气的“贫燃”(Lean-Burn) 气体机，工作窗口狭窄，容易造成燃烧敲缸和不发火的状况。
本故障在判断初期只注意到 2#缸的敲缸，但实际原因是其他缸不发火。
MAN 8L51 /60DF 双燃料柴油机额定输出功率为8000kW，单缸功率为1000kW。
当燃油模式转换为燃气模式时，双燃料柴油机负荷设定为 25% 。
图1 双燃料柴油机 1#缸功率输出曲线
查找船舶综合控制系统( IAS) 相关界面中发生模式转换故障的双燃料柴油机功率输出曲线( 见图1) ，可以发现: 在双燃料柴油机从燃油转换为燃气过程中，随着燃油比例的下降，燃气比例上升，从15时47分15秒到15时47分30秒燃气占总的燃料(燃油+燃气) 消耗的比重逐渐加大，双燃料柴油机输出功率开始下降 (从2000kW下降到约1000kW) ，双燃料柴油机2#缸从15时47分30秒开始发生敲缸并转换到燃油模式。
实际上，双燃料柴油机除 2#缸外其他缸都不发火做功，控制系统为维持转速和功率输出，只能加大各缸燃气供给，造成双燃料柴油机的功率输出仅靠 2#缸，2#缸随即发生爆燃敲缸，柴油机快速转换到燃油模式。
2、未考虑双燃料柴油机过往因素
该双燃料柴油机在码头试车期间，点火油系统被水乳化导致点火油系统故障，进而使双燃料柴油机多次进入备用模式运行。
虽然已清洗点火油管路和换油，但大部分气缸的点火油油头喷嘴已损坏，无法有效喷射点火油。
MAN认为，如果点火油油头在没有有效喷射点火油的情况下运行超过15h，容易造成点火油油头不可逆转的故障。
3、无法判断是否发火
该机型缸头未安装示功阀，无法人工测试缸内压力，而且SaCoSone控制系统虽然可以感知判断气缸出现的敲缸，但无法感知判断缸内不发火的不正常状况( 需要 MAN 修改完善其控制软件) ，致使故障查找和解决的时间很长。
如果控制软件能准确感知判断缸内不发火的状况，那么可以大大缩短查找和解决故障的时间。
四、日常管理的建议
(1) 加强点火油质量的控制。
高工作压力和微小喷入量对点火油的要求非常高。
对柴油日用柜勤放残水，使用分油机持续净油，避免柴油被杂质和水分污染。
定时更换点火油过滤模块中的精滤器(滤除直径3μm) 和点火油进机安全滤器(滤除直径5μm) 。
(2) 双燃料柴油机的备用模式仅在影响船舶安全的情况下使用，如果发现其运行在备用模式需要尽快停止运行双燃料柴油机，避免造成点火油油头不可逆转的故障。
五、结束语
双燃料四冲程柴油机是近几年装船的较先进机型，使用和管理的经验积累不多、管理人员对燃气部件相对不熟悉等是管理该类机型的难点。
无论MAN 还是瓦锡兰的双燃料柴油机都是在传统柴油机的基础上发展过来的，以 MAN 51 /60DF 为例，母型机为MAN 48 /60B，沿用 80% 的原部件，只增加燃气系统相关部件。
相关作业人员只有做好燃油、冷却水的质量控制，充分理解双燃料柴油机的工作原理，才能确保双燃料柴油机的安全、高效运行。
原创作者系：上海中远海运液化天然气投资有限公司
王书雷 陈业平
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