MAK 12V32原油主機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MAK 12V32原油主機調試階段燃燒含硫燃料發生排氣高溫故障。使用電子爆壓表監測比對各氣缸壓力曲線對造成排氣高溫故障的原因進行分析發現Cyl7缸內壓力存在升壓緩慢、發火時間晚等異常現象。分析排查發現Cyl7排氣門存在燒蝕現象，這也解釋了壓力曲線異常的原因。基于上述分析結果，對如何避免因使用高含硫燃料造成排氣門燒蝕現象的發生給出了建議。

原油主機，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，它為整個工程的生產和生活等設施提供電力能源，以保證海上油(氣)田工程正常、連續、安全地進行生產[1]。

南海某平臺主電站原油主機在投產前的原油模式穩定性測試時使用高含硫輕質原油作為燃料發生排氣異常高溫故障。為了保證平臺主電站穩定運行，調試人員運用多種手段對故障原因進行分析，最終確定故障位置并制定出有效的解決方法及預防措施。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原油主機是MAK 廠家生產的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。在使用含硫輕質原油連續運行500 h后發生單缸排氣高溫故障。主機低負載運行時Cyl7比其他氣缸排氣溫度高100 ℃(見圖1)，隨著主機負荷提高Cyl7排氣溫度升高達到報警值。

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試人員遵循了由外而內、由簡至繁的基本原則，并對原油主機缸套水冷卻系統、高壓油泵噴油壓力、氣缸爆壓曲線進行了細致的故障排查。

2.1.1缸套水冷卻系統檢查

啟動原油主機冷卻水循環泵調節泵出口壓力，達到額定壓力時，利用便攜式電磁流量計測量泵出口流量確定能夠達到額定流量。打開Cyl7缸套水排氣絲堵并確認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高壓油泵標定

拆下Cyl7高壓油泵并對其噴嘴進行清潔，將其安裝在壓力測試實驗臺上后對高壓油泵噴油壓力進行標定，同時檢查高壓噴嘴霧化效果(見圖2)。在霧化狀態中，燃油霧化均勻，沒有明顯的肉眼可見的飛濺油粒，連續的油柱和極易判別的濃稀不均勻現象[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致的燃燒不良，影響原油主機運行穩定性的并非高壓油泵方面原因。

2.1.3爆壓曲線數據采集

四沖程原油主機一個做功循環分為四個步驟，包括進氣—壓縮—做功—排氣四個沖程[3]。啟動原油主機使其穩定運行在15%負荷工況下，分別采集12個氣缸的爆壓數據，分析氣缸爆壓曲線(見圖3)，在主機工作負荷較低時氣缸Cyl9未發火，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，同時做功沖程發火時間較其他氣缸也存在滯后現象。

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

隨后提高主機輸出功率達到40%額定負荷，再次采集氣缸爆壓數據，分析氣缸爆壓曲線(見圖4)，此時Cyl7的壓縮沖程缸內壓力升壓速度明顯慢于其他氣缸。做功沖程存在發火時間晚，發火壓力低，峰值壓力低的異常情況。

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

經過對氣缸爆壓曲線幾次的綜合對比可以發現，氣缸Cyl7排氣高溫的原因主要是氣缸密封不嚴，循環做功過程中高溫燃氣泄漏造成了氣缸內壓力下降、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、由簡至繁的基本原則，此次排查分別對氣缸Cyl7的密封墊片，活塞環，氣缸進、排氣門進行了檢查。

首先，對無需拆解氣缸就可以檢查到的位置進行排除。主機運行過程中，可檢查缸體確認氣缸密封面無損壞泄漏情況。通過檢查油霧濃度探測器，確認曲軸箱沒有由于燃料氣泄露導致潤滑油蒸發油霧濃度升高[4]。

然后，逐項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。主機停機冷卻后將氣缸Cyl7的缸頭拆下，發現氣缸排氣門合金密封面燒蝕嚴重(見圖5)，更換新排氣門后問題得以解決，測試結果發現Cyl7壓力和溫度均恢復正常值。

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

原油主機運行500h后發生了排氣門燒蝕，主要原因就是臨時使用高含硫燃料油卻未對潤滑油進行更換。

含硫燃料在燃燒過程中會生成二氧化硫和三氧化硫，它們在低于露點溫度時與廢氣燃燒生成的水分形成了亞硫酸和硫酸，亞硫酸和硫酸對氣缸內部件極易造成腐蝕。排氣門被腐蝕的同時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生泄漏。

解決含硫燃料對主機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產生的硫酸和亞硫酸能起到保護機組的作用。

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.

中和反應生成物主要是CaSO4，其熔點較高(約1450℃)，不致熔融在發動機內部，大部分可以隨廢氣排出，只有少部分留在發動機內部。而CaSO4的莫氏硬度只有1.5～2，比氣缸壁和活塞環的硬度小得多，因此對設備磨損并不大[5]。更換合適堿值的潤滑油后機組運行平穩，故障得以解決。

4 結 語

本文案例中原油主機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物中酸性物質的腐蝕，導致密封面合金脫落造成排氣門與氣門座無法正常封閉，燃燒產生的高溫氣體在做工沖程通過腐蝕產生的間隙進入排氣道，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正常。

為避免類似情況再次發生，保證發電機組正常穩定運行，有以下建議：(1) 發電機組運行過程中做好巡檢記錄，發現異常情況要及時匯報并處理。(2) 發電機燃料更換前必須對新換燃料進行化驗，確認燃料組分變化不會影響發電機組正常運行才能更換。(3) 保證發電機組滑油分油機處于運行狀態。定期對潤滑油進行化驗檢查潤滑油常規指標，當潤滑油指標發生變化時要及時處理[6]。

[1] 安維杰，蔡振東，王沛泉，等. 海洋石油工程：機械與設備設計[M].北京:石油工業出版社，2007.

[2] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學[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]. 內燃機,2010(1):56.

[4] 郭旦，張權，孫曉蔚. 柴油機曲軸箱油霧探測系統分析[J]. 機電設備,2015(4):25.

[5] 鄧廣勇. 船用柴油機潤滑油的應用[C]. 中國石油潤滑油科技情報站年會,2002.

[6] 董魏. 柴油機潤滑油的使用有關問題探討[J]. 科技風,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備調試。

TE54

A

2095-7297(2016)05-0320-03