6135AK-6 發(fā)動(dòng)機(jī)LNG改造及應(yīng)用

胡 辛 羅永慶 于國(guó)起 賀曉津 周新華 范 勇 彭明昌

（中油大港油田井下作業(yè)公司 中國(guó) 天津 300283）

0 引言

6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)是上海柴油機(jī)廠(chǎng)自主研發(fā)的為工程機(jī)械提供動(dòng)力配套的重要柴油機(jī)之一，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始裝配在XT-12通井機(jī)上使用，一直是首選動(dòng)力機(jī)配置，XT-12通井機(jī)是目前各油田修井作業(yè)最常用的一種動(dòng)力設(shè)備，它的作用是起下油管、鉆桿（抽油桿），以及井下打撈、抽汲等施工作業(yè)，是一種履帶自行式拖拉機(jī)型（一般不帶井架）的修井動(dòng)力設(shè)備。其越野性能好，適宜于低洼狹小井場(chǎng)，它的缺點(diǎn)是行走速度慢，井場(chǎng)之間搬家需要大板移運(yùn)，不適應(yīng)快速轉(zhuǎn)移施工的要求。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保要求的逐步提高，通井機(jī)和6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)漸漸被修井機(jī)和電控柴油機(jī)所替代，大港油田作為一個(gè)勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期的中小油田，由于歷史、地理?xiàng)l件的原因，XT-12通井機(jī)還是維護(hù)性作業(yè)的主要設(shè)備，日開(kāi)啟臺(tái)數(shù)在七十臺(tái)以上。目前我公司有一半以上是20世紀(jì)80年代末，90年代初投入使用的報(bào)廢延期使用設(shè)備，該通井機(jī)全部裝配上柴6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在該發(fā)動(dòng)機(jī)磨損嚴(yán)重、功率下降、后繼修理配件短缺，排放也大大超標(biāo)；如果全部報(bào)廢更新修井機(jī)，但投入資金無(wú)法解決，且折舊成本過(guò)大，為了滿(mǎn)足老油田的開(kāi)發(fā)并解決設(shè)備修理難題，我們嘗試對(duì)6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行LNG改造，用LNG替代柴油燃燒，既改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能（解決修理難題），又達(dá)到清潔排放的要求。

1 6135AK-6柴油發(fā)動(dòng)機(jī)基本狀況

XT-12通井機(jī)原柴油機(jī)為上柴生產(chǎn)的6135AK-6柴油機(jī)。根據(jù)原柴油機(jī)使用說(shuō)明書(shū)主要技術(shù)參數(shù)如表1：

主要技術(shù)參數(shù)

表1

2 LNG發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

LNG從儲(chǔ)液瓶通過(guò)管路進(jìn)入氣化器加熱氣化,經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后進(jìn)入燃?xì)鉃V清器，之后經(jīng)過(guò)熱交換器加熱后通過(guò)節(jié)溫器進(jìn)入FMV，由FMV控制噴射入混合器中與增壓后的空氣混合。電子節(jié)氣門(mén)控制混合氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，由點(diǎn)火線(xiàn)圈點(diǎn)火燃燒做功。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，LNG儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)的天然氣液態(tài)與氣態(tài)并存，正常工作壓力不低于0.2MPa。當(dāng)瓶?jī)?nèi)壓力低于0.2MPa時(shí)，壓力控制閥開(kāi)啟，自增壓器工作。將一部分氣態(tài)天然氣充入儲(chǔ)液瓶，而使瓶?jī)?nèi)壓力升高到工作壓力?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)控制閥來(lái)改變自增壓器的工作點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，隨著熱量的不斷吸入，LNG會(huì)不斷氣化。當(dāng)LNG儲(chǔ)液瓶中的壓力高于0.6MPa時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，迅速放出部分氣態(tài)天然氣。

3 6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)主要改造的幾個(gè)方面

表2

3.1 改造后的主要技術(shù)參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)的主要調(diào)整技術(shù)參數(shù)

火花塞電極間隙:0.5mm；

火花塞擰緊力矩：20N.m～40N.m；

點(diǎn)火信號(hào)傳感器與傳感器磁盤(pán)間隙：0.5～1.5mm。

6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)LNG供氣系統(tǒng)的安裝。

車(chē)載LNG鋼瓶系統(tǒng)是鋼瓶廠(chǎng)家嚴(yán)格按國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)配置的，有效容積為400L，一次充液滿(mǎn)足壹井次作業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為5.46小時(shí)（圖3）。

表3 LNG氣瓶技術(shù)參數(shù)

為保證氣化能力，采用空溫式氣化器和水浴氣化器串聯(lián)的方案，氣化器整體氣化能力為80 Nm3/h，滿(mǎn)足工作需要。

圖1 LNG發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理圖

根據(jù)整車(chē)底梁尺寸，在框架底部焊接與之對(duì)應(yīng)的安裝方管（如圖2所示），通過(guò)U型螺栓將框架固定在整車(chē)底梁上（圖3）。

圖2 供氣系統(tǒng)流程圖

圖3 LNG氣瓶安裝示意圖

3.2 6135 AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)改裝后位置示意圖（圖4）

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)改裝布置示意圖

3.3 6135 AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)改裝后控制面板（圖5）

圖5 顯示儀表盤(pán)及安裝示意圖

控制柜的制作應(yīng)根據(jù)作業(yè)裝備的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件和操作人員的使用條件，做到簡(jiǎn)易耐用,并能夠?qū)ο到y(tǒng)的一些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（包括LNG泄露報(bào)警裝置）。

3.4 主要改造零部件清單（單臺(tái)）（見(jiàn)表4）

表4

整車(chē)布置的改造金屬穿線(xiàn)管 1 米非金屬穿線(xiàn)管 1 米輔料 1 電焊、螺栓、螺母等

3.5 6135 AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)LNG改造后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及特性曲線(xiàn)

3.5.11800r/min時(shí)負(fù)載特性（見(jiàn)圖6、圖7）

圖6

圖7

3.5.2 速度特性（見(jiàn)圖8、圖9）

圖8

圖9

4 現(xiàn)場(chǎng)使用及效益分析

改裝后的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)除具備原柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)外，增加了以下特點(diǎn)：

4.1 采用電子節(jié)氣門(mén)技術(shù)，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的操作性能；

4.2 燃料供給系統(tǒng)采用電控單點(diǎn)噴射技術(shù)保證任何工況下發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性；

4.3 采用電控高能點(diǎn)火系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度等信號(hào)提供最佳點(diǎn)火時(shí)刻，在加速和減速工況時(shí)ECM也可以對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行調(diào)整，來(lái)保證整機(jī)綜合性能；

4.4 設(shè)計(jì)了滿(mǎn)足氣體燃料特性的燃?xì)饣旌舷到y(tǒng)，可有效組織稀薄穩(wěn)定燃燒，提高熱效率；

4.5 最高轉(zhuǎn)速控制功能，確保行車(chē)安全。

另一方面改裝后的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的操作、維護(hù)與柴油機(jī)基本相同,啟動(dòng)電源仍為24V直流。我們使用改造后的純LNG通井機(jī)連續(xù)在中4-62、紅20-36、港6-16-1井小修作業(yè)，均取得圓滿(mǎn)成功。

6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)12小時(shí)連續(xù)功率為110kW，按照連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，XT-12通井機(jī)一年大約工作3000小時(shí)，則一年的柴油成本為：

110kW×0.23kg/kW.h×7.76RMB/kg×3000h=588984RMB改成LNG燃料系統(tǒng)后，天然氣成本：

110kW×0.23m3/kW.h×4.65RMB/m3×3000h=352935RMB

節(jié)約：236049RMB

一臺(tái)XT-12通井機(jī)6135AK-6發(fā)動(dòng)機(jī)LNG改造成本大概95000RMB左右，大約半年即可收回改造成本。

5 結(jié)論

5.1 6135 AK-6柴油機(jī)LNG應(yīng)用改造后能滿(mǎn)足XT-12通井機(jī)性能要求；

5.2 6135 AK-6柴油機(jī)改造成天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后燃料經(jīng)濟(jì)性顯著提升，排放明顯改善；

5.3 適當(dāng)推廣LNG改造，可以提升大港油田小修作業(yè)裝備現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)水平。

［1］北京生寶力源科技有限公司 6135AK-6型LNG發(fā)動(dòng)機(jī)使用說(shuō)明書(shū)[S].