油田現(xiàn)場G3512型天然氣發(fā)動機(jī)典型故障處理

孫志琛，趙光鵬

(庫爾勒中加天然氣壓縮機(jī)技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000)

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油田現(xiàn)場G3512型天然氣發(fā)動機(jī)典型故障處理

孫志琛，趙光鵬

(庫爾勒中加天然氣壓縮機(jī)技術(shù)裝備有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000)

針對G3512型天然氣發(fā)動機(jī)在油田現(xiàn)場運(yùn)行中出現(xiàn)的典型故障——大量竄氣和氣門斷裂,從故障現(xiàn)象、故障原因、故障排查、故障清除這4個方面進(jìn)行了研究，為處理油田現(xiàn)場使用其他類型天然氣發(fā)動機(jī)出現(xiàn)的同類型故障提供了借鑒。

油氣田；增壓設(shè)備；天然氣發(fā)動機(jī)；故障分析

1 大量竄氣

1.1 故障現(xiàn)象

2014年11月，長慶油田采氣三廠作業(yè)二區(qū)桃2-1站2#機(jī)組G3512型發(fā)動機(jī)出現(xiàn)耗機(jī)油量大(約30L/d)、呼吸器廢氣量大、呼吸口嚴(yán)重冒白煙等現(xiàn)象。

1.2 故障原因

1)發(fā)動機(jī)工作是靠吸入油氣混合氣體壓縮，然后點(diǎn)燃做功產(chǎn)生動力[1]。從壓縮到燃燒過程中都會產(chǎn)生很高壓力，被壓縮的氣體都會從活塞和缸體間隙、活塞環(huán)開口間隙、活塞環(huán)和缸體間隙等地方竄出去進(jìn)入曲軸箱。因?yàn)榛钊透滋?、活塞環(huán)和缸套之間都不完全密封，活塞環(huán)為了解決熱脹冷縮還留有開口間隙，上述地方都會有被壓縮或被燃燒的氣體泄漏。

2)空氣濾清器安裝不妥或?yàn)V清器太臟，大量灰塵進(jìn)入氣缸，致使氣缸缸套磨損過大。

3)氣門與氣門座密封不嚴(yán)。

4)渦輪增壓器廢氣通過氣封、油封竄入油道，再通過回油管竄至曲軸箱。

5)油環(huán)上孔道堵塞。

6)渦輪增壓器密封環(huán)失效。

7)渦輪增壓器配合間隙過大，發(fā)動機(jī)燃燒后的廢氣經(jīng)過渦輪增壓器時，一部分廢氣會經(jīng)浮動軸承的密封環(huán)竄入機(jī)油道，回油管進(jìn)入曲軸箱，從而產(chǎn)生“大量廢氣”現(xiàn)象。

8)冷卻噴嘴角度不正確，活塞潤滑、冷卻不到位，缸套磨損加速，油環(huán)卡阻。

1.3 故障排查

1)空氣濾清器安裝沒有問題，按期進(jìn)行了更換與保養(yǎng)。

2)測量發(fā)動機(jī)缸壓數(shù)據(jù)：1缸1100kPa、2缸1000kPa、3缸950kPa、4缸1050kPa、5缸600kPa、6缸1150kPa、7缸550kPa、8缸1170kPa、9缸1000kPa、10缸1100kPa、11缸1000kPa、12缸1050kPa。一般情況下，發(fā)動機(jī)缸壓范圍為1171～1350kPa。根據(jù)檢查情況，確定主要是5缸、7缸工作情況受阻，且奇數(shù)缸的缸壓偏低。分析主要原因?yàn)橛伊懈诐櫥?、冷卻不良，導(dǎo)致活塞環(huán)、缸套異常磨損。

3)檢查冷卻噴嘴，目測除5缸、7缸噴嘴角度有輕微偏差，其余各缸噴嘴角度正確。

4)檢查左、右兩邊渦輪增壓器間隙，正常；拆除渦輪回油管，無竄氣現(xiàn)象。

5)檢查進(jìn)氣道，發(fā)現(xiàn)渦輪到中冷器進(jìn)氣管干凈，無油污。

1.4 故障清除

1)更換所有缸冷卻噴嘴，確?；钊?、缸套正確潤滑、冷卻。

2)對奇數(shù)缸缸蓋進(jìn)行吊檢，對氣門桿與氣門導(dǎo)管間隙進(jìn)行檢查，更換磨損件。

3)對活塞、缸套進(jìn)行吊檢，更換磨損件。

2 氣門斷裂

2.1 故障現(xiàn)象

2015年7月3日，塔中外輸增壓站G3512型發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)。維護(hù)人員查看發(fā)動機(jī)控制屏報(bào)警信息為“發(fā)動機(jī)意外停機(jī)”，隨后對發(fā)動機(jī)進(jìn)行盤車檢查，發(fā)現(xiàn)盤車大約1/3圈部位處發(fā)動機(jī)出現(xiàn)卡阻。拆開發(fā)動機(jī)12個火花塞，并對各個缸內(nèi)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4#缸(左列2缸)火花塞已經(jīng)損壞；進(jìn)一步對4#缸進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)散落有排氣門座圈的碎塊和一個斷裂的排氣門頭部，并且活塞也有明顯的傷痕。為徹底排查問題，確認(rèn)發(fā)動機(jī)其他各缸是否完好，維護(hù)人員拆檢了其余11個缸蓋，發(fā)現(xiàn)各部件均完好無損。

2.2 故障原因

發(fā)動機(jī)的工作過程分進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣4個過程[2]。當(dāng)燃料氣中雜質(zhì)過多時，不僅會影響燃料氣燃燒的熱量完全釋放，而且長時間運(yùn)轉(zhuǎn)會在燃燒室、活塞、氣門等地方大量積碳。發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)積碳過多，其容積相對變小，致使壓縮比相應(yīng)變大，積碳的蓄熱和不導(dǎo)熱性使可燃混合氣由于熾熱提前燃燒，同時會降低混合氣在壓縮終了時產(chǎn)生的渦流強(qiáng)度，延長了燃燒時間，增大了自燃傾向，故而極易誘發(fā)爆燃的產(chǎn)生；積碳過多進(jìn)一步影響到氣門的平衡，從而導(dǎo)致氣門斷裂。

2.3 故障排查

1)檢查氣門間隙調(diào)整是否合適。根據(jù)增壓站壓縮機(jī)組修保規(guī)程，維護(hù)人員每720h對發(fā)動機(jī)氣門間隙進(jìn)行檢查或調(diào)整；2015年3月27日，在對機(jī)組進(jìn)行2000h保養(yǎng)時，維護(hù)人員檢查12個氣缸氣門間隙均正常(進(jìn)氣門0.51±0.08mm，排氣門1.27±0.08mm)。

2)檢查氣門是否受到較大的彎曲載荷。彎曲載荷產(chǎn)生的原因?yàn)椋簹忾T、氣門導(dǎo)管及氣門座圈同軸度差；發(fā)動機(jī)長時間處于超速狀態(tài)。首先檢查氣門、氣門導(dǎo)管及氣門座圈的同軸度。通過拆檢氣門，發(fā)現(xiàn)氣門桿外壁有一層薄的油層，且氣門桿上沒有偏磨的痕跡。其次檢查發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是否偏高。根據(jù)以往維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的80%較為合適。發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，則控制在1120r/min較為合適。但發(fā)動機(jī)日常轉(zhuǎn)速一直在1180r/min左右，而轉(zhuǎn)速由1180r/min降到1120r/min影響氣量約200m3/h，因此可能是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速偏高導(dǎo)致氣門受到較大的彎曲載荷。

3)檢查燃燒室內(nèi)是否有積碳。拆開缸頭發(fā)現(xiàn)，除了有已經(jīng)斷裂的氣門和座圈之外，還有大量的積碳；積碳可能脫落，在高速的氣流作用下，勢必會對氣門(特別是排氣門)造成很大的沖擊，使氣門產(chǎn)生一定的變形，從而提高了氣門斷裂的可能性。

4)檢查材料的金相組織是否改變。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行初期，發(fā)動機(jī)12個氣缸的金相組織是一樣的；隨著發(fā)動機(jī)長時間運(yùn)行，每個氣缸所受的外界條件(比如溫度和壓力)有所差異，可能左列4#缸的外界條件讓其金相組織發(fā)生了改變。但是，一種金相組織存在的溫度范圍極大，氣門的金相組織要在溫度至少升高幾十甚至幾百攝氏度后才有可能發(fā)生變化，并且廠家在材料設(shè)計(jì)時不會恰好讓氣缸的工作溫度太接近于金相要改變時的溫度，這是極其危險(xiǎn)的。而檢查4#缸溫度的歷史記錄，并沒有出現(xiàn)如此大的上升幅度，因此該原因可以排除。

5)檢查氣門是否受到強(qiáng)烈的熱負(fù)荷。通過查看4#缸溫度歷史記錄可知，該氣缸溫度一直在580～618℃之間，與其他氣缸的溫差一樣都在20%以內(nèi)，且未超出設(shè)計(jì)報(bào)警值(690℃)，符合設(shè)計(jì)要求，因此可以排除該發(fā)動機(jī)缸氣門熱負(fù)荷過大的原因。

6)檢查是否未按修保規(guī)程規(guī)定更換氣門。根據(jù)發(fā)動機(jī)修保規(guī)程，發(fā)動機(jī)缸蓋修理時間為9000～16000h。而在2014年拆檢了發(fā)動機(jī)的全部缸頭并更換新的氣門，至該次氣門斷裂只間隔6000h左右，未超出規(guī)定保養(yǎng)時間。

7)檢查氣門質(zhì)量。選購的氣門質(zhì)量是否符合要求,故障現(xiàn)場無法判斷，因此該原因不能排除。

8)檢查燃?xì)馐欠窀蓛?。由于之前燃料氣存在含硫現(xiàn)象，因此發(fā)動機(jī)燃燒含硫天然氣可能造成氣門斷裂。

2.4 故障清除

1)清理增壓機(jī)及發(fā)動機(jī)所有燃燒室及缸頭上的積碳。

2)建議聯(lián)系專業(yè)部門對損壞的氣門進(jìn)行檢驗(yàn)，以明確氣門質(zhì)量是否存在問題。若不存在問題，則更換原品牌氣門；若存在問題，則全部更換新品牌氣門。

3)控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1120r/min左右。

4)清除燃料氣中的含硫現(xiàn)象。

5)根據(jù)修改的修保內(nèi)容，調(diào)整動態(tài)庫相應(yīng)配件的備用數(shù)量。

6)按照修保計(jì)劃定期對機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)。

[1]高寒,姜曉.發(fā)動機(jī)原理[M].北京:北京交通大學(xué)出版社,2007.

[2]黎蘇,李明海.內(nèi)燃機(jī)原理[M].北京:水利水電出版社,2010.

[編輯] 帥群

2016-08-22

孫志琛(1986-)，男，助理工程師，現(xiàn)從事天然氣壓縮機(jī)組電氣及自動化設(shè)計(jì)、配套、制造方面的工作，sunzc0606@126.com。

TE974.07

A

1673-1409(2016)32-0092-03

[引著格式]孫志琛，趙光鵬.油田現(xiàn)場G3512型天然氣發(fā)動機(jī)典型故障處理[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(32):92～94.