MAN雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作用及管理

趙金亮

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司,天津 300452)

某油田的動(dòng)力系統(tǒng)是由5臺(tái)MAN 16v32/40型發(fā)動(dòng)機(jī)組成,MAN 16V32/40是德國(guó)MAN原油/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī),額定轉(zhuǎn)速為750 r/min,發(fā)電機(jī)額定功率是7 450 kW,主機(jī)平時(shí)運(yùn)行帶載5.5 MW左右,峰值帶載6 MW,最大帶載率82%。在近幾年的運(yùn)行中,該型號(hào)柴油機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)油霧探測(cè)器報(bào)警,偶爾出現(xiàn)飛濺油溫度高報(bào)警。這些保護(hù)系統(tǒng)受自身裝置的制約,有些時(shí)候是設(shè)備探測(cè)原理受限造成的誤報(bào)警,不僅對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響,也使現(xiàn)場(chǎng)操作人員在操作中帶來(lái)很大的操作風(fēng)險(xiǎn)。如果在故障檢查中判斷失誤,就容易造成設(shè)備損壞事故,產(chǎn)生巨大的財(cái)產(chǎn)損失。為此,總結(jié)曲軸箱檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備出檢查項(xiàng)目,供柴油機(jī)操作維修人員參考借鑒。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)

動(dòng)力值班人員完成 MCC 對(duì)主機(jī)的運(yùn)行檢查,到現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)1#主機(jī)發(fā)生油霧。

探測(cè)器LED指示在1到6上下跳動(dòng) 。主機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),LED指示器是在底端0的位置,不會(huì)波動(dòng)的。在匯報(bào)后,及時(shí)手動(dòng)停機(jī)。隨后對(duì)機(jī)組曲軸箱進(jìn)行檢查,包括連桿瓦及主軸瓦,驅(qū)動(dòng)齒輪,活塞及氣缸。未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,認(rèn)為是滑油中含水造成的油霧探測(cè)器指示波動(dòng),是控制系統(tǒng)誤動(dòng)作,隨后將機(jī)組重新上線。

然而在機(jī)組運(yùn)行2 h左右后,突然控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)報(bào)警,機(jī)組關(guān)停。

首先檢查確認(rèn)機(jī)組檢測(cè)系統(tǒng)中的ESD曲線,通過(guò)記錄曲線發(fā)現(xiàn):①油霧探測(cè)器濃度高于關(guān)停值,控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)停報(bào)警并關(guān)停機(jī)組;②飛濺油監(jiān)測(cè)模塊溫度差大關(guān)停報(bào)警,飛濺有監(jiān)測(cè)模塊顯示曲線顯示第6道連桿瓦溫度比軸瓦高5 ℃。

待機(jī)組停穩(wěn)冷卻后,工作人員隨后對(duì)機(jī)組進(jìn)行隔離,并打開(kāi)柴油機(jī)曲軸箱邊蓋檢查設(shè)備問(wèn)題。檢查發(fā)現(xiàn)在曲軸箱底部有金屬碎屑散落,同時(shí)發(fā)現(xiàn)第6道活塞與氣缸有拉傷跡象。確認(rèn)機(jī)組出現(xiàn)損壞,現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖1。

圖1 金屬碎屑及活塞/氣缸拉缸損傷現(xiàn)場(chǎng)

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及工作原理

雙燃料柴油的保護(hù)系統(tǒng)可分為三類,即曲軸箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)、溫度及壓力監(jiān)控系統(tǒng)。其中曲軸箱保護(hù)系統(tǒng)分為油霧探測(cè)器模塊和飛濺油監(jiān)測(cè)模塊,這兩部分是單獨(dú)的監(jiān)控模塊,有些曲軸箱監(jiān)測(cè)模塊只配備了飛濺油監(jiān)測(cè)模塊[1],而飛濺油監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)轉(zhuǎn)速測(cè)量提供相關(guān)聯(lián)。

2.1 VN87E-1型油霧探測(cè)器監(jiān)控單點(diǎn)

2.1.1 工作原理

油霧探測(cè)裝置的核心部件是光感應(yīng)器,16V32/40型雙燃料柴油機(jī)的油霧探測(cè)器型號(hào)為VN87E-1型,當(dāng)曲軸箱內(nèi)部軸瓦或缸套出現(xiàn)損傷,內(nèi)部齒輪損壞及凸輪軸瓦出現(xiàn)故障等,它能快速發(fā)現(xiàn)滑油過(guò)熱造成的油霧,監(jiān)控曲軸箱重要部件運(yùn)行狀態(tài),從而監(jiān)測(cè)連桿瓦和缸套等部件的運(yùn)行狀態(tài),見(jiàn)圖2。

圖2 油霧探測(cè)器模塊

在設(shè)備運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),裝置通過(guò)壓縮氣驅(qū)動(dòng)射流泵從機(jī)體連接到曲軸箱內(nèi)的硬管抽取氣體,氣體流經(jīng)至一個(gè)油氣濃度檢測(cè)單元。該油氣濃度檢測(cè)單元由紅外線發(fā)射管和光電接收管組成。光電接收管感應(yīng)紅外線的強(qiáng)度,并將紅外光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送至控制器。如果曲軸箱內(nèi)氣體濃度增加,就會(huì)遮擋部分紅外線,光的強(qiáng)度衰減,因而電信號(hào)電流減小。氣體濃度越高電信號(hào)電流越小,當(dāng)電信號(hào)持續(xù)減少,小于極限設(shè)定值時(shí)(即曲軸箱氣體濃度過(guò)高),控制器將觸發(fā)控制系統(tǒng)“油霧濃度高”報(bào)警并關(guān)停[2-3],但該型號(hào)油霧探測(cè)器不能顯示出是哪一部分故障引起的高油霧,造成檢修人員檢查不方便。

2.1.2 VN87E-1型油霧探測(cè)器優(yōu)缺點(diǎn)及穩(wěn)定性

VN87E-1型油霧探測(cè)器具有反應(yīng)速度快、敏感性高等許多優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際的運(yùn)行中,受其工作原理的局限性,不能分辨油霧成分,致使監(jiān)控裝置誤動(dòng)作頻繁。當(dāng)主機(jī)冷卻水泄漏到潤(rùn)滑油中的情況發(fā)生時(shí),主機(jī)啟動(dòng)后的滑油高溫使水份蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣造成油霧濃度的增加而引起關(guān)停。油霧探測(cè)器的元器件還是比較脆弱,主機(jī)周邊環(huán)境使油霧探測(cè)器處于高溫高振動(dòng)中,惡劣環(huán)境不適宜電子元器件的使用,極易造成元件老化,產(chǎn)生濃度數(shù)值不準(zhǔn),誤動(dòng)作造成跳機(jī)的次數(shù)增加[4-5]。根據(jù)維保手冊(cè),該裝置的射流泵需要定期標(biāo)定,否則超出設(shè)定的噴射壓力,機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)出油霧探測(cè)器故障報(bào)警,這反而使油霧探測(cè)器這個(gè)保護(hù)系統(tǒng)脫機(jī)。頻繁的報(bào)警誤動(dòng)作及系統(tǒng)故障,不但會(huì)出現(xiàn)負(fù)載突降引起主要部件磨損,造成設(shè)備故障,而且會(huì)麻痹工作人員心理,認(rèn)為該裝置不可靠,出問(wèn)題誤動(dòng)作可能性大,就容易誤導(dǎo)維修人員對(duì)故障的判斷,而當(dāng)“高油霧”報(bào)警真正發(fā)生時(shí)就會(huì)誤判造成重點(diǎn)設(shè)備損壞。

2.1.3 VN87E-1型油霧探測(cè)器的故障排查

油霧探測(cè)器自身的故障種類很多,這些故障出現(xiàn)時(shí)容易造成關(guān)?；蛘咧鳈C(jī)失去關(guān)鍵的保護(hù)功能。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),以以下三點(diǎn)為切入口,將監(jiān)控模塊故障率大大降低,主機(jī)的誤動(dòng)作關(guān)停幾率也能降低,并為關(guān)停后的檢查提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)。

1)設(shè)備管理時(shí)要?jiǎng)澐趾侠淼谋ｐB(yǎng)周期。及時(shí)更換濾芯,清潔取樣管內(nèi)的液體和探測(cè)器內(nèi)部通道里的凝析液,用清潔劑處理紅外收發(fā)裝置,用U型管標(biāo)定射流泵的壓力。用壓縮氣吹掃采樣管,在停機(jī)狀態(tài)下,測(cè)試油霧探測(cè)器的報(bào)警功能及動(dòng)作是否正常。

2)日常巡檢時(shí),值班人員應(yīng)定期記錄監(jiān)測(cè)探頭的壓力,溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù),在點(diǎn)檢時(shí)多注意觀察油霧探測(cè)器工作狀況,并定期用U形管差壓計(jì)測(cè)量曲軸箱的差值、觀察曲軸箱透氣口煙霧大小等。

3)潤(rùn)滑油混入水分,由于滑油含水,水蒸氣造成油氣濃度增加,射流泵抽出的油氣濃度高造成主機(jī)意外誤關(guān)停。這就需要檢查潤(rùn)滑油中是否含水、主機(jī)缸頭及缸套是否有泄漏情況,機(jī)載冷卻水泵機(jī)封是否損壞等。通過(guò)十幾年的主機(jī)管理,對(duì)油霧高濃度關(guān)停事件統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),實(shí)際高濃度關(guān)停僅為0.5%左右,因滑油含水造成關(guān)停為98%,剩余誤關(guān)停為1.5%(如電子元件故障、零點(diǎn)漂移等)?？梢曰凸芫€上增加一套含水分析儀,這樣在滑油含水過(guò)高時(shí)及時(shí)報(bào)警,值班人員及時(shí)停機(jī)檢查,可避免主機(jī)誤關(guān)停次數(shù),增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2.2 飛濺油監(jiān)控模塊

飛濺油監(jiān)控模塊安裝在機(jī)體曲軸箱外側(cè),通過(guò)測(cè)量連桿瓦處運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛濺的8個(gè)滑油溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)連桿瓦等部件的監(jiān)控。飛濺油監(jiān)控模塊收集每道連桿瓦的溫度,同時(shí)與其他連桿瓦溫度進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)其中一道連桿瓦收集處的溫度超過(guò)設(shè)定最高值,或者所有溫度平均值的偏差過(guò)大,就會(huì)觸發(fā)報(bào)警,如果達(dá)到偏差上線,就會(huì)引發(fā)關(guān)斷。

WAGO飛濺油監(jiān)控模塊可以有效監(jiān)控初始階段的設(shè)備磨損,為早期設(shè)備故障提供預(yù)警,為后期的設(shè)備維修提供便利,也可為設(shè)備檢查提供信息依據(jù)。

其工作原理為:當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其滑油流到曲拐位置,通過(guò)曲拐的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),將滑油飛濺至飛濺油監(jiān)控模塊探頭位置,通過(guò)每道探頭溫度與平均溫度的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的保護(hù)。

在MAN16V32/40機(jī)型中,在B側(cè)共布置8個(gè)溫度探頭,用于檢測(cè)每個(gè)曲拐及缸套位置的飛濺滑油溫度。

WAGO飛濺油監(jiān)控模塊與轉(zhuǎn)速探頭相連,用于監(jiān)控主機(jī)轉(zhuǎn)速,在柴油機(jī)啟動(dòng)初期,各連桿瓦,缸套等位置的潤(rùn)滑情況不一,會(huì)出現(xiàn)每道溫度探頭差別大的情況,所以當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)后,在主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),飛濺油溫度監(jiān)控功能再投入使用。為了有更好更快地監(jiān)控保護(hù),在溫度監(jiān)控設(shè)定中,當(dāng)一個(gè)飛濺油探頭溫度與溫度均值比較,當(dāng)差值超過(guò)4 ℃時(shí),就會(huì)觸發(fā)高溫報(bào)警,當(dāng)溫差超過(guò)5 ℃時(shí),就會(huì)觸發(fā)高溫關(guān)停。

3 觸發(fā)油霧探測(cè)器及飛濺油報(bào)警的柴油機(jī)檢查

油霧探測(cè)器和飛濺油監(jiān)控模塊的作用是監(jiān)測(cè)主機(jī)曲軸箱內(nèi)部件狀態(tài)。比如活塞和缸套運(yùn)行是否正常,主軸瓦和連桿瓦是否正常。

在主機(jī)運(yùn)行,如果觸發(fā)油霧探測(cè)器或飛濺油模塊報(bào)警,首先查看油霧探測(cè)器濃度,確認(rèn)哪個(gè)探頭高溫造成的關(guān)停。同時(shí)為了方式曲軸箱油霧擴(kuò)散到空氣中引起爆炸,在出現(xiàn)報(bào)警停機(jī)后,需要在機(jī)組冷卻10 min后,再打開(kāi)曲軸箱邊蓋確認(rèn)曲軸箱的情況[6],具體檢查內(nèi)容如下:

1)測(cè)量所有主軸瓦,連桿瓦的溫度,排查軸瓦情況。

2)目視檢查傳動(dòng)齒輪情況,檢查油底殼有無(wú)金屬顆粒。

3)檢查活塞及缸套情況,確認(rèn)有無(wú)金屬變色情況,同時(shí)在檢查時(shí),一定要進(jìn)行盤(pán)車檢查,避免損傷點(diǎn)在不同位置不能發(fā)現(xiàn),造成誤判。

4)檢查兩側(cè)凸輪軸瓦是否有損壞,檢查凸輪軸下方有無(wú)金屬顆粒。

5)取樣檢測(cè)滑油含水情況,避免滑油含水霧化蒸汽造成機(jī)組誤報(bào)警。

由于油霧探測(cè)器及飛濺油高溫報(bào)警影響巨大,在問(wèn)題原因沒(méi)有排除前,避免再次啟機(jī),以免產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果。柴油機(jī)氣缸因滑油潤(rùn)滑不良造成活塞和氣缸拉缸問(wèn)題,由于油霧探測(cè)器及飛濺油高溫及時(shí)報(bào)警停機(jī),可避免機(jī)組損傷的進(jìn)一步惡化。

4 結(jié)論

油霧探測(cè)器和飛濺油檢測(cè)模塊作為曲軸箱監(jiān)測(cè)裝置一直是當(dāng)前推薦的設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置,在大型柴油機(jī)控制系統(tǒng)中普遍使用。但先進(jìn)的保護(hù)系統(tǒng)并不能監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的所有方面,由于設(shè)備本身檢測(cè)方式的局限性,在滑油中含水時(shí),很容易造成設(shè)備誤報(bào)警和誤關(guān)停,這就需要維保人員正確地使用設(shè)備和判斷問(wèn)題。

維保曲軸箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可極大降低設(shè)備損壞的程度,減少設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失,同時(shí)對(duì)設(shè)備問(wèn)題檢查、判斷、修復(fù)提供依據(jù)?？傊?監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提前預(yù)判設(shè)備缺陷發(fā)生前的征兆,為主機(jī)的安全可靠運(yùn)行提供保護(hù)。而針對(duì)油霧探測(cè)器誤報(bào)警的問(wèn)題,后續(xù)還需要進(jìn)一步研究將檢測(cè)蒸發(fā)介質(zhì)與濃度相結(jié)合的方式避免誤報(bào)警的情況發(fā)生。