6135AK-6 發動機LNG改造及應用

胡 辛 羅永慶 于國起 賀曉津 周新華 范 勇 彭明昌

（中油大港油田井下作業公司 中國 天津 300283）

0 引言

6135AK-6發動機是上海柴油機廠自主研發的為工程機械提供動力配套的重要柴油機之一，從20世紀80年代開始裝配在XT-12通井機上使用，一直是首選動力機配置，XT-12通井機是目前各油田修井作業最常用的一種動力設備，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，是一種履帶自行式拖拉機型（一般不帶井架）的修井動力設備。其越野性能好，適宜于低洼狹小井場，它的缺點是行走速度慢，井場之間搬家需要大板移運，不適應快速轉移施工的要求。隨著技術進步和環保要求的逐步提高，通井機和6135AK-6發動機漸漸被修井機和電控柴油機所替代，大港油田作為一個勘探開發進入中后期的中小油田，由于歷史、地理條件的原因，XT-12通井機還是維護性作業的主要設備，日開啟臺數在七十臺以上。目前我公司有一半以上是20世紀80年代末，90年代初投入使用的報廢延期使用設備，該通井機全部裝配上柴6135AK-6發動機，現在該發動機磨損嚴重、功率下降、后繼修理配件短缺，排放也大大超標；如果全部報廢更新修井機，但投入資金無法解決，且折舊成本過大，為了滿足老油田的開發并解決設備修理難題，我們嘗試對6135AK-6發動機進行LNG改造，用LNG替代柴油燃燒，既改善發動機性能（解決修理難題），又達到清潔排放的要求。

1 6135AK-6柴油發動機基本狀況

XT-12通井機原柴油機為上柴生產的6135AK-6柴油機。根據原柴油機使用說明書主要技術參數如表1：

主要技術參數

表1

2 LNG發動機工作原理

LNG從儲液瓶通過管路進入氣化器加熱氣化,經過穩壓罐穩壓后進入燃氣濾清器，之后經過熱交換器加熱后通過節溫器進入FMV，由FMV控制噴射入混合器中與增壓后的空氣混合。電子節氣門控制混合氣進入發動機氣缸內，由點火線圈點火燃燒做功。發動機運行時，LNG儲液瓶內的天然氣液態與氣態并存，正常工作壓力不低于0.2MPa。當瓶內壓力低于0.2MPa時，壓力控制閥開啟，自增壓器工作。將一部分氣態天然氣充入儲液瓶，而使瓶內壓力升高到工作壓力?？梢酝ㄟ^調節控制閥來改變自增壓器的工作點。發動機處于停機狀態時，隨著熱量的不斷吸入，LNG會不斷氣化。當LNG儲液瓶中的壓力高于0.6MPa時，安全閥自動打開，迅速放出部分氣態天然氣。

3 6135AK-6發動機主要改造的幾個方面

表2

3.1 改造后的主要技術參數

發動機的主要調整技術參數

火花塞電極間隙:0.5mm；

火花塞擰緊力矩：20N.m～40N.m；

點火信號傳感器與傳感器磁盤間隙：0.5～1.5mm。

6135AK-6發動機LNG供氣系統的安裝。

車載LNG鋼瓶系統是鋼瓶廠家嚴格按國家安全標準設計配置的，有效容積為400L，一次充液滿足壹井次作業，發動機連續運轉時間為5.46小時（圖3）。

表3 LNG氣瓶技術參數

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

圖1 LNG發動機系統原理圖

根據整車底梁尺寸，在框架底部焊接與之對應的安裝方管（如圖2所示），通過U型螺栓將框架固定在整車底梁上（圖3）。

圖2 供氣系統流程圖

圖3 LNG氣瓶安裝示意圖

3.2 6135 AK-6發動機改裝后位置示意圖（圖4）

圖4 發動機改裝布置示意圖

3.3 6135 AK-6發動機改裝后控制面板（圖5）

圖5 顯示儀表盤及安裝示意圖

控制柜的制作應根據作業裝備的現場作業條件和操作人員的使用條件，做到簡易耐用,并能夠對系統的一些參數進行監測（包括LNG泄露報警裝置）。

3.4 主要改造零部件清單（單臺）（見表4）

表4

整車布置的改造金屬穿線管 1 米非金屬穿線管 1 米輔料 1 電焊、螺栓、螺母等

3.5 6135 AK-6發動機LNG改造后的試驗數據及特性曲線

3.5.11800r/min時負載特性（見圖6、圖7）

圖6

圖7

3.5.2 速度特性（見圖8、圖9）

圖8

圖9

4 現場使用及效益分析

改裝后的LNG發動機除具備原柴油機優點外，增加了以下特點：

4.1 采用電子節氣門技術，改善了發動機的操作性能；

4.2 燃料供給系統采用電控單點噴射技術保證任何工況下發動機良好的動力性、經濟性和排放特性；

4.3 采用電控高能點火系統，根據發動機轉速、進氣壓力、進氣溫度等信號提供最佳點火時刻，在加速和減速工況時ECM也可以對點火提前角進行調整，來保證整機綜合性能；

4.4 設計了滿足氣體燃料特性的燃氣混合系統，可有效組織稀薄穩定燃燒，提高熱效率；

4.5 最高轉速控制功能，確保行車安全。

另一方面改裝后的LNG發動機的操作、維護與柴油機基本相同,啟動電源仍為24V直流。我們使用改造后的純LNG通井機連續在中4-62、紅20-36、港6-16-1井小修作業，均取得圓滿成功。

6135AK-6發動機12小時連續功率為110kW，按照連續運轉的方式，XT-12通井機一年大約工作3000小時，則一年的柴油成本為：

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

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

節約：236049RMB

一臺XT-12通井機6135AK-6發動機LNG改造成本大概95000RMB左右，大約半年即可收回改造成本。

5 結論

5.1 6135 AK-6柴油機LNG應用改造后能滿足XT-12通井機性能要求；

5.2 6135 AK-6柴油機改造成天然氣發動機后燃料經濟性顯著提升，排放明顯改善；

5.3 適當推廣LNG改造，可以提升大港油田小修作業裝備現場表現水平。

［1］北京生寶力源科技有限公司 6135AK-6型LNG發動機使用說明書[S].