燃氣發動機不能正常啟動及加載失速故障分析

林 波，向清林，陳維志，黃 平，馬庭紅

（中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川瀘州 646000）

0 引言

某油田現有一臺分體式CRTY300 型車載壓縮機，發動機為卡特G34 系列V 型8 缸燃氣機組，額定轉速1800 r/min 額定功率298 kW；壓縮機為卡麥隆C-FORCE34 雙列臥式四級增壓機組，最高排壓25 MPa。其作用主要是為氣田后期生產提供氣舉排水作業，保證氣井正常生產。

2019 年11 月，該機組在某氣井平臺氣舉作業時頻繁出現機組不能正常啟動，啟動電機在啟機時轉速較低無明顯點火跡象。經維修人員檢查后按照操作規程啟機成功，正常跑溫加載卻發生發動機不定時失速停車現象，無法正常連續作業，隨即對該機組進行停機檢查。

1 系統簡介

針對機組故障現狀，初步判斷機組點火系統存在故障及空燃比失調，發動機點火系統的主要功用是保證發動機在各種工況和使用條件下，氣缸內都能適時、準確、可靠的產出電火花，點燃可燃混合氣體使發動機運轉并對外輸出動力。空燃比是空氣和燃料的混合比，它是發動機運轉時的一個重要參數，對尾氣排放、發動機的動力性和經濟性均有很大影響。

發動機正常工作的三要素：良好的可燃混合氣空燃比，較高的壓縮壓力，正確的點火正時和強烈的火花。工作流程：點火系統中產生的強烈的火花在最佳點火正時點燃可燃混合氣，點火系統通過點火線圈產生的高壓電來產生火花，點燃已經被壓縮的可燃混合氣，可燃混合氣在氣缸內被壓縮、點燃并燃燒，從而產生發動機的推動力（圖1）。

圖1 點火系統

2 故障分析

就該機組在啟機時轉速較低并無明顯點火跡象、啟機后加載失速，認為機組啟動系統及動力部分存在問題。根據系統分析，故障類型主要有以下3 個。

（1）點火系統故障。根據點火系統組成分析，點火系統存在以下故障：①低壓電路故障，主要原因有蓄電池存電不足、搭鐵不良，連接線連接不良或錯亂，點火開關損壞或接線不良，點火控制單元損壞或接線不良等；②高壓電路故障，主要原因有高壓線脫落或漏電，火頭燒蝕破裂擊穿，火花塞電極間隙過大或過小，火花塞絕緣體損壞，點火線圈損壞或接線脫落等；③點火正時不對，點火時間過早造成怠速運轉不平穩易熄火，點火過遲則易造成回火且動力不足以及冷卻系統溫度高；④火花塞故障，主要現象有火花塞積碳、油污、受潮或過熱等，造成點火不良。由于燃氣組分不同的影響，混合氣配比不均勻、點火線圈不正常工作以及密封件損壞造成機油燃燒等因素極易造成火花塞積碳嚴重，當積碳位于電極部位時，將導致發動機爆震，且積碳會將電極上的電流分流而無法集中點火影響火花塞點火性能，當積碳產生于火花塞陶瓷體時將嚴重影響火花塞點火性能，還會導致火花塞點火異常甚至失火；加之氣候進入冬季，氣溫降低、空氣濕度增大，點火線圈、火花塞受潮，嚴重影響火花塞點火性能。

（2）空燃比失調。該機組空燃比失調的原因主要有兩個：①空氣通道不暢，主要有空氣濾清器堵塞、渦輪增壓器故障、以及氣溫降低造成空氣進氣溫度低等原因；②燃氣通道不暢，主要有燃料氣濾芯堵塞、燃料氣壓力調節閥故障、汽化器故障等原因。

（3）進氣系統及調速系統故障。主要原因有進氣節氣門開啟不靈活、調速器拉桿連接卡阻、轉動失靈等。

3 故障檢查

通過對故障現象的了解和對故障原因的分析，完畢后將根據原因分析對機組進行系統檢查，對故障進行徹底解決。

（1）對現有故障現象原因分析后進行深入仔細的全面檢查，排查故障。主要措施有5個：①對低壓電路進行檢查，檢查發現啟動電瓶有效，啟動馬達正常，發動機電路正常，同時對連接線路進行再次緊固確認；②檢查高壓電路及火花塞，檢查發現發現4#、6#、7#缸點火線圈工作不良、1#缸火花塞電極間隙過大、4#和6#缸火花塞電極磨損嚴重，因此對上述點火線圈及火花塞進行更換，電極間隙進行調整，并按照標準進行回裝；③檢查發動機點火模塊運行情況，檢查模塊控制的點火提前角，點火提前角正常；④檢查空氣及燃氣通道、清洗過濾器，渦輪增壓器轉動靈活，燃料氣壓力調節閥開啟靈活、薄膜完好，汽化器彈簧以及薄膜發現一處薄膜損壞，對其進行更換；⑤檢查進氣節氣門開啟靈活，調速器拉桿連接部位無卡阻，檢查轉速傳感器（磁性傳感器）并清理其端頭及與齒輪接觸表面（圖2～圖4）。

（2）健全設備管理制度，完善管理手段，強化現場設備管理，提升現場管理水平，保證運行設備處于受控狀態，備用設備處于完好狀態，檢修設備處于計劃狀態。采取的措施主要有兩個：①編制完善機機組定期檢查制度，梳理定期檢查內容，查漏補缺，對機組電瓶電壓、點火系統及附屬部件等系統增加定期檢查，對設備進行精細操作、精心巡檢、精準維護，確保設備安穩長滿優運轉；②改進設備結構，對機組增設一套油水循環加熱系統，在低溫環境啟用，積極消除潤滑油，冷卻水以及機體溫度低對機組啟動的影響，確保機組安全平穩運行。

通過上述檢查工作后，機組恢復正常，確保了氣井的正常生產，同時鍛煉了現場人員的動手能力和問題分析能力。

圖2 火花塞電極間隙過大

圖3 點火線圈

圖4 汽化器