MAK 12V32原油主機(jī)單缸異常高溫故障排查淺析

王亞楠,張 敏,趙 磊

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300452;2.天津博邁科海洋工程有限公司,天津 300457)

MAK12V32原油主機(jī)單缸異常高溫故障排查淺析

王亞楠1,張 敏2,趙 磊1

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300452;2.天津博邁科海洋工程有限公司,天津 300457)

南海某平臺(tái)MAK 12V32原油主機(jī)調(diào)試階段燃燒含硫燃料發(fā)生排氣高溫故障。使用電子爆壓表監(jiān)測比對(duì)各氣缸壓力曲線對(duì)造成排氣高溫故障的原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)Cyl7缸內(nèi)壓力存在升壓緩慢、發(fā)火時(shí)間晚等異?，F(xiàn)象。分析排查發(fā)現(xiàn)Cyl7排氣門存在燒蝕現(xiàn)象，這也解釋了壓力曲線異常的原因?；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，對(duì)如何避免因使用高含硫燃料造成排氣門燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生給出了建議。

原油主機(jī)，爆壓曲線，排氣門燒蝕，潤滑油堿值

0 引 言

主電站是海上油(氣)田工程的心臟，它為整個(gè)工程的生產(chǎn)和生活等設(shè)施提供電力能源，以保證海上油(氣)田工程正常、連續(xù)、安全地進(jìn)行生產(chǎn)[1]。

南海某平臺(tái)主電站原油主機(jī)在投產(chǎn)前的原油模式穩(wěn)定性測試時(shí)使用高含硫輕質(zhì)原油作為燃料發(fā)生排氣異常高溫故障。為了保證平臺(tái)主電站穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)試人員運(yùn)用多種手段對(duì)故障原因進(jìn)行分析，最終確定故障位置并制定出有效的解決方法及預(yù)防措施。故障分析及處理辦法可為今后處理類似問題起到一定的參考作用。

1 故障描述

MAK 12V32原油主機(jī)是MAK 廠家生產(chǎn)的12缸、缸徑320 mm、汽缸V型排列、輸出功率為4 500 kW的四沖程原油主機(jī)。在使用含硫輕質(zhì)原油連續(xù)運(yùn)行500 h后發(fā)生單缸排氣高溫故障。主機(jī)低負(fù)載運(yùn)行時(shí)Cyl7比其他氣缸排氣溫度高100 ℃(見圖1)，隨著主機(jī)負(fù)荷提高Cyl7排氣溫度升高達(dá)到報(bào)警值。

圖1 排氣溫度Fig.1 Exhaust temperature

2 故障分析及問題排查

2.1 氣缸高溫故障分析

故障原因分析過程中調(diào)試人員遵循了由外而內(nèi)、由簡至繁的基本原則，并對(duì)原油主機(jī)缸套水冷卻系統(tǒng)、高壓油泵噴油壓力、氣缸爆壓曲線進(jìn)行了細(xì)致的故障排查。

2.1.1缸套水冷卻系統(tǒng)檢查

啟動(dòng)原油主機(jī)冷卻水循環(huán)泵調(diào)節(jié)泵出口壓力，達(dá)到額定壓力時(shí)，利用便攜式電磁流量計(jì)測量泵出口流量確定能夠達(dá)到額定流量。打開Cyl7缸套水排氣絲堵并確認(rèn)缸套水流道暢通水流正常，因此排除冷卻效果不佳造成異常高溫。

2.1.2高壓油泵標(biāo)定

拆下Cyl7高壓油泵并對(duì)其噴嘴進(jìn)行清潔，將其安裝在壓力測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上后對(duì)高壓油泵噴油壓力進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)檢查高壓噴嘴霧化效果(見圖2)。在霧化狀態(tài)中，燃油霧化均勻，沒有明顯的肉眼可見的飛濺油粒，連續(xù)的油柱和極易判別的濃稀不均勻現(xiàn)象[2]。因此排除由于高壓油泵噴油壓力低或噴嘴霧化效果不好導(dǎo)致的燃燒不良，影響原油主機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的并非高壓油泵方面原因。

2.1.3爆壓曲線數(shù)據(jù)采集

四沖程原油主機(jī)一個(gè)做功循環(huán)分為四個(gè)步驟，包括進(jìn)氣—壓縮—做功—排氣四個(gè)沖程[3]。啟動(dòng)原油主機(jī)使其穩(wěn)定運(yùn)行在15%負(fù)荷工況下，分別采集12個(gè)氣缸的爆壓數(shù)據(jù)，分析氣缸爆壓曲線(見圖3)，在主機(jī)工作負(fù)荷較低時(shí)氣缸Cyl9未發(fā)火，氣缸工作壓力曲線平緩。Cyl7壓縮沖程升壓速度明顯低于其他氣缸，同時(shí)做功沖程發(fā)火時(shí)間較其他氣缸也存在滯后現(xiàn)象。

圖3 氣缸爆壓曲線(15%負(fù)荷)Fig.3 Cylinder pressure curve (15% load)

隨后提高主機(jī)輸出功率達(dá)到40%額定負(fù)荷，再次采集氣缸爆壓數(shù)據(jù)，分析氣缸爆壓曲線(見圖4)，此時(shí)Cyl7的壓縮沖程缸內(nèi)壓力升壓速度明顯慢于其他氣缸。做功沖程存在發(fā)火時(shí)間晚，發(fā)火壓力低，峰值壓力低的異常情況。

圖4 氣缸爆壓曲線(40%負(fù)荷)Fig.4 Cylinder pressure curve (40% load)

經(jīng)過對(duì)氣缸爆壓曲線幾次的綜合對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，氣缸Cyl7排氣高溫的原因主要是氣缸密封不嚴(yán)，循環(huán)做功過程中高溫燃?xì)庑孤┰斐闪藲飧變?nèi)壓力下降、排氣溫度升高。

2.2 氣缸泄漏位置判斷

氣缸泄漏位置的檢查工作同樣遵循了由外而內(nèi)、由簡至繁的基本原則，此次排查分別對(duì)氣缸Cyl7的密封墊片，活塞環(huán)，氣缸進(jìn)、排氣門進(jìn)行了檢查。

首先，對(duì)無需拆解氣缸就可以檢查到的位置進(jìn)行排除。主機(jī)運(yùn)行過程中，可檢查缸體確認(rèn)氣缸密封面無損壞泄漏情況。通過檢查油霧濃度探測器，確認(rèn)曲軸箱沒有由于燃料氣泄露導(dǎo)致潤滑油蒸發(fā)油霧濃度升高[4]。

然后，逐項(xiàng)檢查缸頭密封墊片和油霧濃度，基本排除密封墊片和活塞環(huán)損壞造成的氣缸泄漏。最終將故障位置鎖定在氣缸氣門。主機(jī)停機(jī)冷卻后將氣缸Cyl7的缸頭拆下，發(fā)現(xiàn)氣缸排氣門合金密封面燒蝕嚴(yán)重(見圖5)，更換新排氣門后問題得以解決，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cyl7壓力和溫度均恢復(fù)正常值。

圖5 排氣門燒蝕情況Fig.5 Exhaust valve ablation

3 排氣門燒蝕原因及解決辦法

原油主機(jī)運(yùn)行500h后發(fā)生了排氣門燒蝕，主要原因就是臨時(shí)使用高含硫燃料油卻未對(duì)潤滑油進(jìn)行更換。

含硫燃料在燃燒過程中會(huì)生成二氧化硫和三氧化硫，它們在低于露點(diǎn)溫度時(shí)與廢氣燃燒生成的水分形成了亞硫酸和硫酸，亞硫酸和硫酸對(duì)氣缸內(nèi)部件極易造成腐蝕。排氣門被腐蝕的同時(shí)受高溫高壓廢氣沖蝕又造成了密封面合金脫落，排氣門與氣門座無法正常閉合密封從而產(chǎn)生泄漏。

解決含硫燃料對(duì)主機(jī)部件腐蝕的主要方法是采用中和法，選用合適堿值的潤滑油中和燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸和亞硫酸能起到保護(hù)機(jī)組的作用。

潤滑油中堿性化合物和燃料中含硫成分燃燒生成硫化物作用的過程如下：

CmHnS+XO2→mCO2+nH2O+SO2,

SO2+H2O→H2SO3,

SO2+O2→SO3+nH2O→H2SO4,

H2SO4+CaX→CaSO4+H2X.

中和反應(yīng)生成物主要是CaSO4，其熔點(diǎn)較高(約1450℃)，不致熔融在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，大部分可以隨廢氣排出，只有少部分留在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。而CaSO4的莫氏硬度只有1.5～2，比氣缸壁和活塞環(huán)的硬度小得多，因此對(duì)設(shè)備磨損并不大[5]。更換合適堿值的潤滑油后機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，故障得以解決。

4 結(jié) 語

本文案例中原油主機(jī)單缸排氣高溫的主要原因是氣缸排氣門受到含硫燃料燃燒產(chǎn)物中酸性物質(zhì)的腐蝕，導(dǎo)致密封面合金脫落造成排氣門與氣門座無法正常封閉，燃燒產(chǎn)生的高溫氣體在做工沖程通過腐蝕產(chǎn)生的間隙進(jìn)入排氣道，從而造成排氣高溫。更換新排氣門后氣缸工作壓力和排氣溫度恢復(fù)正常。

為避免類似情況再次發(fā)生，保證發(fā)電機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行，有以下建議：(1) 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中做好巡檢記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況要及時(shí)匯報(bào)并處理。(2) 發(fā)電機(jī)燃料更換前必須對(duì)新?lián)Q燃料進(jìn)行化驗(yàn)，確認(rèn)燃料組分變化不會(huì)影響發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行才能更換。(3) 保證發(fā)電機(jī)組滑油分油機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。定期對(duì)潤滑油進(jìn)行化驗(yàn)檢查潤滑油常規(guī)指標(biāo)，當(dāng)潤滑油指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)處理[6]。

[1] 安維杰，蔡振東，王沛泉，等. 海洋石油工程：機(jī)械與設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007.

[2] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學(xué)[M]. 北京. 高等教育出版社，2004.

[3] 黃全印. 影響噴油器總成霧化性能的原因及分析[J]. 內(nèi)燃機(jī),2010(1):56.

[4] 郭旦，張權(quán)，孫曉蔚. 柴油機(jī)曲軸箱油霧探測系統(tǒng)分析[J]. 機(jī)電設(shè)備,2015(4):25.

[5] 鄧廣勇. 船用柴油機(jī)潤滑油的應(yīng)用[C]. 中國石油潤滑油科技情報(bào)站年會(huì),2002.

[6] 董魏. 柴油機(jī)潤滑油的使用有關(guān)問題探討[J]. 科技風(fēng),2013(2):84.

AbnormalHighTemperatureTroubleshootingAnalysisofOneCylinderinCrudeOilEngineMAK12V32

WANG Ya-nan1, ZHANG Min2, ZHAO Lei1

(1.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.BOMESCOffshoreEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300457,China)

Abnormal high temperature trouble happened in one cylinder of the diesel engine MAK 12V32 on a certain subsea platform in the South China Sea during the commissioning phase. Through the troubleshooting analysis of the data of crude oil engine operation, it is found that the Cyl7 exhaust temperature is too high. Then analysis of the reasons for the high temperature trouble of the exhaust gas by the comparison of pressure curve of each cylinder by using the electronic explosion pressure gauge has found that the pressure in the cylinder Cyl7 rises too slowly and the ignition is delayed. Further inspection shows that ablation phenomenon does exist in the exhaust valve itself, which can explain why the pressure curve is abnormal. Based on the above analysis, suggestions are given to avoid the ablation of exhaust valve caused by using high sulfur fuel.

crude oil engine; explosion pressure curve; exhaust valve ablation; base number of lubricating oil

2016-07-07

王亞楠(1984—)，男，工程師，主要從事海上油氣田設(shè)備調(diào)試。

TE54

A

2095-7297(2016)05-0320-03