MAN雙燃料發動機曲軸箱監測系統作用及管理

趙金亮

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司,天津 300452)

某油田的動力系統是由5臺MAN 16v32/40型發動機組成,MAN 16V32/40是德國MAN原油/柴油雙燃料發動機,額定轉速為750 r/min,發電機額定功率是7 450 kW,主機平時運行帶載5.5 MW左右,峰值帶載6 MW,最大帶載率82%。在近幾年的運行中,該型號柴油機經常出現油霧探測器報警,偶爾出現飛濺油溫度高報警。這些保護系統受自身裝置的制約,有些時候是設備探測原理受限造成的誤報警,不僅對設備的穩定運行造成影響,也使現場操作人員在操作中帶來很大的操作風險。如果在故障檢查中判斷失誤,就容易造成設備損壞事故,產生巨大的財產損失。為此,總結曲軸箱檢測系統監測系統設備出檢查項目,供柴油機操作維修人員參考借鑒。

1 監測系統報警停機

動力值班人員完成 MCC 對主機的運行檢查,到現場點檢時發現1#主機發生油霧。

探測器LED指示在1到6上下跳動 。主機在穩定運行時,LED指示器是在底端0的位置,不會波動的。在匯報后,及時手動停機。隨后對機組曲軸箱進行檢查,包括連桿瓦及主軸瓦,驅動齒輪,活塞及氣缸。未發現問題,認為是滑油中含水造成的油霧探測器指示波動,是控制系統誤動作,隨后將機組重新上線。

然而在機組運行2 h左右后,突然控制系統發出停機報警,機組關停。

首先檢查確認機組檢測系統中的ESD曲線,通過記錄曲線發現:①油霧探測器濃度高于關停值,控制系統發出關停報警并關停機組;②飛濺油監測模塊溫度差大關停報警,飛濺有監測模塊顯示曲線顯示第6道連桿瓦溫度比軸瓦高5 ℃。

待機組停穩冷卻后,工作人員隨后對機組進行隔離,并打開柴油機曲軸箱邊蓋檢查設備問題。檢查發現在曲軸箱底部有金屬碎屑散落,同時發現第6道活塞與氣缸有拉傷跡象。確認機組出現損壞,現場情況見圖1。

圖1 金屬碎屑及活塞/氣缸拉缸損傷現場

2 監測系統組成及工作原理

雙燃料柴油的保護系統可分為三類,即曲軸箱監測系統、轉速監控系統、溫度及壓力監控系統。其中曲軸箱保護系統分為油霧探測器模塊和飛濺油監測模塊,這兩部分是單獨的監控模塊,有些曲軸箱監測模塊只配備了飛濺油監測模塊[1],而飛濺油監測模塊通過轉速測量提供相關聯。

2.1 VN87E-1型油霧探測器監控單點

2.1.1 工作原理

油霧探測裝置的核心部件是光感應器,16V32/40型雙燃料柴油機的油霧探測器型號為VN87E-1型,當曲軸箱內部軸瓦或缸套出現損傷,內部齒輪損壞及凸輪軸瓦出現故障等,它能快速發現滑油過熱造成的油霧,監控曲軸箱重要部件運行狀態,從而監測連桿瓦和缸套等部件的運行狀態,見圖2。

圖2 油霧探測器模塊

在設備運運轉時,裝置通過壓縮氣驅動射流泵從機體連接到曲軸箱內的硬管抽取氣體,氣體流經至一個油氣濃度檢測單元。該油氣濃度檢測單元由紅外線發射管和光電接收管組成。光電接收管感應紅外線的強度,并將紅外光強度信號轉換為電信號發送至控制器。如果曲軸箱內氣體濃度增加,就會遮擋部分紅外線,光的強度衰減,因而電信號電流減小。氣體濃度越高電信號電流越小,當電信號持續減少,小于極限設定值時(即曲軸箱氣體濃度過高),控制器將觸發控制系統“油霧濃度高”報警并關停[2-3],但該型號油霧探測器不能顯示出是哪一部分故障引起的高油霧,造成檢修人員檢查不方便。

2.1.2 VN87E-1型油霧探測器優缺點及穩定性

VN87E-1型油霧探測器具有反應速度快、敏感性高等許多優點,但在實際的運行中,受其工作原理的局限性,不能分辨油霧成分,致使監控裝置誤動作頻繁。當主機冷卻水泄漏到潤滑油中的情況發生時,主機啟動后的滑油高溫使水份蒸發產生的水蒸氣造成油霧濃度的增加而引起關停。油霧探測器的元器件還是比較脆弱,主機周邊環境使油霧探測器處于高溫高振動中,惡劣環境不適宜電子元器件的使用,極易造成元件老化,產生濃度數值不準,誤動作造成跳機的次數增加[4-5]。根據維保手冊,該裝置的射流泵需要定期標定,否則超出設定的噴射壓力,機組控制系統發出油霧探測器故障報警,這反而使油霧探測器這個保護系統脫機。頻繁的報警誤動作及系統故障,不但會出現負載突降引起主要部件磨損,造成設備故障,而且會麻痹工作人員心理,認為該裝置不可靠,出問題誤動作可能性大,就容易誤導維修人員對故障的判斷,而當“高油霧”報警真正發生時就會誤判造成重點設備損壞。

2.1.3 VN87E-1型油霧探測器的故障排查

油霧探測器自身的故障種類很多,這些故障出現時容易造成關停或者主機失去關鍵的保護功能。根據多年的運行經驗總結,以以下三點為切入口,將監控模塊故障率大大降低,主機的誤動作關停幾率也能降低,并為關停后的檢查提供詳細的數據。

1)設備管理時要劃分合理的保養周期。及時更換濾芯,清潔取樣管內的液體和探測器內部通道里的凝析液,用清潔劑處理紅外收發裝置,用U型管標定射流泵的壓力。用壓縮氣吹掃采樣管,在停機狀態下,測試油霧探測器的報警功能及動作是否正常。

2)日常巡檢時,值班人員應定期記錄監測探頭的壓力,溫度等關鍵數據,在點檢時多注意觀察油霧探測器工作狀況,并定期用U形管差壓計測量曲軸箱的差值、觀察曲軸箱透氣口煙霧大小等。

3)潤滑油混入水分,由于滑油含水,水蒸氣造成油氣濃度增加,射流泵抽出的油氣濃度高造成主機意外誤關停。這就需要檢查潤滑油中是否含水、主機缸頭及缸套是否有泄漏情況,機載冷卻水泵機封是否損壞等。通過十幾年的主機管理,對油霧高濃度關停事件統計發現,實際高濃度關停僅為0.5%左右,因滑油含水造成關停為98%,剩余誤關停為1.5%(如電子元件故障、零點漂移等)。可以滑油管線上增加一套含水分析儀,這樣在滑油含水過高時及時報警,值班人員及時停機檢查,可避免主機誤關停次數,增加電網的穩定性。

2.2 飛濺油監控模塊

飛濺油監控模塊安裝在機體曲軸箱外側,通過測量連桿瓦處運轉時飛濺的8個滑油溫度實現對連桿瓦等部件的監控。飛濺油監控模塊收集每道連桿瓦的溫度,同時與其他連桿瓦溫度進行對比,當其中一道連桿瓦收集處的溫度超過設定最高值,或者所有溫度平均值的偏差過大,就會觸發報警,如果達到偏差上線,就會引發關斷。

WAGO飛濺油監控模塊可以有效監控初始階段的設備磨損,為早期設備故障提供預警,為后期的設備維修提供便利,也可為設備檢查提供信息依據。

其工作原理為:當柴油機運轉時,其滑油流到曲拐位置,通過曲拐的旋轉運動,將滑油飛濺至飛濺油監控模塊探頭位置,通過每道探頭溫度與平均溫度的差別來實現機組的保護。

在MAN16V32/40機型中,在B側共布置8個溫度探頭,用于檢測每個曲拐及缸套位置的飛濺滑油溫度。

WAGO飛濺油監控模塊與轉速探頭相連,用于監控主機轉速,在柴油機啟動初期,各連桿瓦,缸套等位置的潤滑情況不一,會出現每道溫度探頭差別大的情況,所以當主機啟動后,在主機轉速達到額定轉速時,飛濺油溫度監控功能再投入使用。為了有更好更快地監控保護,在溫度監控設定中,當一個飛濺油探頭溫度與溫度均值比較,當差值超過4 ℃時,就會觸發高溫報警,當溫差超過5 ℃時,就會觸發高溫關停。

3 觸發油霧探測器及飛濺油報警的柴油機檢查

油霧探測器和飛濺油監控模塊的作用是監測主機曲軸箱內部件狀態。比如活塞和缸套運行是否正常,主軸瓦和連桿瓦是否正常。

在主機運行,如果觸發油霧探測器或飛濺油模塊報警,首先查看油霧探測器濃度,確認哪個探頭高溫造成的關停。同時為了方式曲軸箱油霧擴散到空氣中引起爆炸,在出現報警停機后,需要在機組冷卻10 min后,再打開曲軸箱邊蓋確認曲軸箱的情況[6],具體檢查內容如下:

1)測量所有主軸瓦,連桿瓦的溫度,排查軸瓦情況。

2)目視檢查傳動齒輪情況,檢查油底殼有無金屬顆粒。

3)檢查活塞及缸套情況,確認有無金屬變色情況,同時在檢查時,一定要進行盤車檢查,避免損傷點在不同位置不能發現,造成誤判。

4)檢查兩側凸輪軸瓦是否有損壞,檢查凸輪軸下方有無金屬顆粒。

5)取樣檢測滑油含水情況,避免滑油含水霧化蒸汽造成機組誤報警。

由于油霧探測器及飛濺油高溫報警影響巨大,在問題原因沒有排除前,避免再次啟機,以免產生比較嚴重的后果。柴油機氣缸因滑油潤滑不良造成活塞和氣缸拉缸問題,由于油霧探測器及飛濺油高溫及時報警停機,可避免機組損傷的進一步惡化。

4 結論

油霧探測器和飛濺油檢測模塊作為曲軸箱監測裝置一直是當前推薦的設備監測裝置,在大型柴油機控制系統中普遍使用。但先進的保護系統并不能監測設備運行的所有方面,由于設備本身檢測方式的局限性,在滑油中含水時,很容易造成設備誤報警和誤關停,這就需要維保人員正確地使用設備和判斷問題。

維保曲軸箱監測系統可極大降低設備損壞的程度,減少設備財產損失,同時對設備問題檢查、判斷、修復提供依據。總之,監測系統可以提前預判設備缺陷發生前的征兆,為主機的安全可靠運行提供保護。而針對油霧探測器誤報警的問題,后續還需要進一步研究將檢測蒸發介質與濃度相結合的方式避免誤報警的情況發生。