油田現場G3512型天然氣發動機典型故障處理

孫志琛，趙光鵬

(庫爾勒中加天然氣壓縮機技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

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油田現場G3512型天然氣發動機典型故障處理

孫志琛，趙光鵬

(庫爾勒中加天然氣壓縮機技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

針對G3512型天然氣發動機在油田現場運行中出現的典型故障——大量竄氣和氣門斷裂,從故障現象、故障原因、故障排查、故障清除這4個方面進行了研究，為處理油田現場使用其他類型天然氣發動機出現的同類型故障提供了借鑒。

油氣田；增壓設備；天然氣發動機；故障分析

1 大量竄氣

1.1 故障現象

2014年11月，長慶油田采氣三廠作業二區桃2-1站2#機組G3512型發動機出現耗機油量大(約30L/d)、呼吸器廢氣量大、呼吸口嚴重冒白煙等現象。

1.2 故障原因

1)發動機工作是靠吸入油氣混合氣體壓縮，然后點燃做功產生動力[1]。從壓縮到燃燒過程中都會產生很高壓力，被壓縮的氣體都會從活塞和缸體間隙、活塞環開口間隙、活塞環和缸體間隙等地方竄出去進入曲軸箱。因為活塞和缸套、活塞環和缸套之間都不完全密封，活塞環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濾清器太臟，大量灰塵進入氣缸，致使氣缸缸套磨損過大。

3)氣門與氣門座密封不嚴。

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)油環上孔道堵塞。

6)渦輪增壓器密封環失效。

7)渦輪增壓器配合間隙過大，發動機燃燒后的廢氣經過渦輪增壓器時，一部分廢氣會經浮動軸承的密封環竄入機油道，回油管進入曲軸箱，從而產生“大量廢氣”現象。

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，油環卡阻。

1.3 故障排查

1)空氣濾清器安裝沒有問題，按期進行了更換與保養。

2)測量發動機缸壓數據：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，發動機缸壓范圍為1171～1350kPa。根據檢查情況，確定主要是5缸、7缸工作情況受阻，且奇數缸的缸壓偏低。分析主要原因為右列缸潤滑、冷卻不良，導致活塞環、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，無竄氣現象。

5)檢查進氣道，發現渦輪到中冷器進氣管干凈，無油污。

1.4 故障清除

1)更換所有缸冷卻噴嘴，確保活塞、缸套正確潤滑、冷卻。

2)對奇數缸缸蓋進行吊檢，對氣門桿與氣門導管間隙進行檢查，更換磨損件。

3)對活塞、缸套進行吊檢，更換磨損件。

2 氣門斷裂

2.1 故障現象

2015年7月3日，塔中外輸增壓站G3512型發動機出現故障停機。維護人員查看發動機控制屏報警信息為“發動機意外停機”，隨后對發動機進行盤車檢查，發現盤車大約1/3圈部位處發動機出現卡阻。拆開發動機12個火花塞，并對各個缸內進行檢查，發現4#缸(左列2缸)火花塞已經損壞；進一步對4#缸進行拆檢，發現缸內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，確認發動機其他各缸是否完好，維護人員拆檢了其余11個缸蓋，發現各部件均完好無損。

2.2 故障原因

發動機的工作過程分進氣、壓縮、做功、排氣4個過程[2]。當燃料氣中雜質過多時，不僅會影響燃料氣燃燒的熱量完全釋放，而且長時間運轉會在燃燒室、活塞、氣門等地方大量積碳。發動機燃燒室內積碳過多，其容積相對變小，致使壓縮比相應變大，積碳的蓄熱和不導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生的渦流強度，延長了燃燒時間，增大了自燃傾向，故而極易誘發爆燃的產生；積碳過多進一步影響到氣門的平衡，從而導致氣門斷裂。

2.3 故障排查

1)檢查氣門間隙調整是否合適。根據增壓站壓縮機組修保規程，維護人員每720h對發動機氣門間隙進行檢查或調整；2015年3月27日，在對機組進行2000h保養時，維護人員檢查12個氣缸氣門間隙均正常(進氣門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。彎曲載荷產生的原因為：氣門、氣門導管及氣門座圈同軸度差；發動機長時間處于超速狀態。首先檢查氣門、氣門導管及氣門座圈的同軸度。通過拆檢氣門，發現氣門桿外壁有一層薄的油層，且氣門桿上沒有偏磨的痕跡。其次檢查發動機轉速是否偏高。根據以往維護經驗，發動機轉速控制在額定轉速的80%較為合適。發動機額定轉速為1400r/min，則控制在1120r/min較為合適。但發動機日常轉速一直在1180r/min左右，而轉速由1180r/min降到1120r/min影響氣量約200m3/h，因此可能是發動機轉速偏高導致氣門受到較大的彎曲載荷。

3)檢查燃燒室內是否有積碳。拆開缸頭發現，除了有已經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。在發動機運行初期，發動機12個氣缸的金相組織是一樣的；隨著發動機長時間運行，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生變化，并且廠家在材料設計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，這是極其危險的。而檢查4#缸溫度的歷史記錄，并沒有出現如此大的上升幅度，因此該原因可以排除。

5)檢查氣門是否受到強烈的熱負荷。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，且未超出設計報警值(690℃)，符合設計要求，因此可以排除該發動機缸氣門熱負荷過大的原因。

6)檢查是否未按修保規程規定更換氣門。根據發動機修保規程，發動機缸蓋修理時間為9000～16000h。而在2014年拆檢了發動機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，未超出規定保養時間。

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

8)檢查燃氣是否干凈。由于之前燃料氣存在含硫現象，因此發動機燃燒含硫天然氣可能造成氣門斷裂。

2.4 故障清除

1)清理增壓機及發動機所有燃燒室及缸頭上的積碳。

2)建議聯系專業部門對損壞的氣門進行檢驗，以明確氣門質量是否存在問題。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)控制發動機轉速在1120r/min左右。

4)清除燃料氣中的含硫現象。

5)根據修改的修保內容，調整動態庫相應配件的備用數量。

6)按照修保計劃定期對機組進行保養。

[1]高寒,姜曉.發動機原理[M].北京:北京交通大學出版社,2007.

[2]黎蘇,李明海.內燃機原理[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，現從事天然氣壓縮機組電氣及自動化設計、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.油田現場G3512型天然氣發動機典型故障處理[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(32):92～94.