雙燃料四沖程發(fā)動機拉缸的原因及防范措施

崔家訓 黃 凱

（中海油能源發(fā)展采油服務公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

雙燃料四沖程發(fā)動機拉缸的原因及防范措施

崔家訓 黃 凱

（中海油能源發(fā)展采油服務公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文主要介紹海上油田作為主發(fā)電站的四沖程柴油機的拉缸現(xiàn)象和征兆及其產(chǎn)生的根本原因，并根據(jù)曹妃甸油田主電站所用德國MAN雙燃料發(fā)動機所出現(xiàn)的問題來進行具體的技術分析，并提出較好的預防柴油機拉缸事故方面的預防措施。針對引起拉缸的典型故障情況，故障原因、應急處理以及預防措施進行總結分析，目的在于提高電站管理人員的警惕性，防止類似事故的發(fā)生，也為以后進一步提高電站的穩(wěn)定性和安全性提供參考。

FPSO主電站；雙燃料柴油機；拉缸現(xiàn)象；預防措施

引言

隨著雙燃料柴油機在海上石油生產(chǎn)和生活中運用越來越廣泛，作為維系整個油田生產(chǎn)平臺安全生產(chǎn)和生活最重要的核心設施，主要為油田的日常生產(chǎn)和生活提供動力的作用，被譽為海上油田的“心臟”。因此一旦出現(xiàn)拉缸的嚴重事故，除了會影響柴油機的經(jīng)濟性，動力性和可靠性之外，還會影響整個油田的正常穩(wěn)定生產(chǎn)，嚴重時甚至會造成整個油田的生產(chǎn)的中斷，造成的經(jīng)濟損失會難以估計。因此對柴油機拉缸故障的形成機理進行分析，找出早期預報和正確的應對措施，對電站的安全管理和提高電站可靠性以及延長主電站的使用壽命，確保海上石油生產(chǎn)和生活的安全順利進行都會有及其重要的意義。

1 拉缸的現(xiàn)象和征兆

柴油機拉缸現(xiàn)象是指柴油機活塞組件與氣缸配合工作面相互劇烈作用（產(chǎn)生干摩擦），在工作表面上產(chǎn)生過度磨損、拉毛、劃痕、擦傷、裂紋或咬死的現(xiàn)象。如圖1、圖2所示：

圖1 拉缸故障損傷的氣缸壁

圖2 拉缸故障損傷的活塞裙部

程度較輕時，會使氣缸套、活塞組件受損，嚴重時會造成氣缸卡死進而拉斷活塞連桿、打壞機體、造成惡性機損事故，同時也會危及現(xiàn)場操作人員的人身安全。拉缸現(xiàn)象的產(chǎn)生和柴油機的其他故障一樣，在惡性事故發(fā)生前都會有明顯的征兆。柴油機的拉缸故障的具體現(xiàn)象表現(xiàn)會有以下幾個特點：

（1）運轉聲音不正常，發(fā)出“吭吭”聲或“嗒嗒”聲。

（2）機器轉速下降乃至自動停車。

（3）在故障表現(xiàn)較輕時，測量曲拐箱的壓力，會發(fā)現(xiàn)曲拐箱的壓力會有明顯的上升，嚴重時會造成曲拐箱的防爆門打開，曲拐箱內會沖出煙霧或著火。

（4）觀察受損氣缸的排煙溫度、機體冷卻水的溫度和潤滑油的溫度都會有顯著的升高。

（5）維修保養(yǎng)時，檢查拆下的氣缸和活塞，可以發(fā)現(xiàn)缸套和活塞環(huán)、活塞工作表面有呈藍色或暗紅色的區(qū)域，并伴有縱向拉痕；缸套、活塞環(huán)，甚至活塞裙部會出現(xiàn)異常磨損，磨損量和磨損率很高，遠遠超過正常值。

2 拉缸故障的原因和預防措施

能夠造成柴油機拉缸故障的原因有很多。其中不僅包括由于設備本身的制造、設計、選材不當所造成的原因，還包括在維修裝配和日常使用和管理不當?shù)确矫娴脑颉τ谀壳昂Ｑ笫透鱾€油田所使用的柴油機，都是在技術上比較成熟的機型，不論是德國MAN的、卡特彼勒的還是瓦錫蘭的柴油機，其本身的制造和設計缺陷基本很少，作為預防和分析這種故障發(fā)生的原因，本文主要考慮從維修安裝和日常使用和管理方面進行分析。

2.1 維修安裝時活塞環(huán)的安裝錯誤或間隙不好

活塞環(huán)的開口安裝錯誤或活塞環(huán)的搭口間隙太大，都會造成高溫高壓的混合燃氣通過活塞環(huán)，從而破壞活塞和氣缸之間的潤滑油膜，造成氣缸和活塞環(huán)的干摩擦。如果活塞環(huán)的搭口間隙太小，由于活塞環(huán)在高溫高壓的氣體作用下會受熱膨脹，如果活塞環(huán)沒有足夠的膨脹間隙，就會造成活塞環(huán)的而卡死或折斷，也會造成活塞和氣缸之間的潤滑油膜損壞，造成拉缸。同時在安裝活塞環(huán)時，要精確測量活塞環(huán)和活塞環(huán)槽的尺寸，如果活塞環(huán)槽和活塞環(huán)之間的間隙太大，一旦環(huán)槽內積碳太多也會造成活塞環(huán)的卡死或折斷，破壞活塞和缸套之間的潤滑造成拉缸事故。由于活塞環(huán)的裝配在設備的維修中的重要作用，因此就要求我們在維修時，要嚴格按照要求安裝活塞環(huán)，并認真測量活塞環(huán)的各項配合間隙。

2.2 活塞銷配合尺寸問題

活塞銷卡環(huán)的如果安裝錯誤就會造成在柴油機運轉中卡環(huán)的損壞或者脫落。剝落的金屬屑就會落在汽缸內，造成氣缸和活塞的拉傷，影響活塞環(huán)的密封，使高溫高壓的燃氣進入氣缸，破壞潤滑從而造成拉缸事故。另外，如果活塞銷與活塞和連桿小端的配合尺寸太小話，在所處的比較極端的環(huán)境下，活塞銷就會卡死連桿和活塞，使得活塞在氣缸內的運動方向和狀態(tài)就會改變，這樣就會在活塞和氣缸的表面出現(xiàn)擦傷的狀況，從而破壞密封影響潤滑，造成拉缸。如果活塞銷的配合間隙太大的話，在柴油機正常運行時，活塞銷就會外竄，碰觸汽缸壁，造成拉缸故障。

由于活塞銷的重要性，就要求我們在每次抽檢解體活塞時，都要在安裝前仔細核對好活塞銷和連桿小端以及活塞的配合間隙是否符合標準，對于我們這邊的的雙燃料柴油機，隨著運轉時間的增長，油田對電力的需求的增大，長期在高負荷的狀態(tài)下運行，對于這點應該更好特別注意。另外在安裝活塞銷卡環(huán)時還要注意卡環(huán)的開口方向，卡環(huán)是否全部進入了卡環(huán)槽中，防止在云裝時，卡環(huán)從卡槽中拖出，從而造成重大設備故障。

2.3 氣缸、活塞和連桿問題

氣缸套由于在長期的高負荷的運行中，運行條件比較惡劣，隨著運行時間的加長，氣缸套的圓度、圓柱度公差都有可能超出正常允許的范圍，這樣就會使活塞與缸套密封性大大降低，氣缸內的高溫高壓氣體下竄，就會破壞活塞與氣缸壁之間的潤滑油膜，進而引起拉缸。

如果想從根本過上預防這種故障的發(fā)生，目前曹妃甸油田的主電站的柴油機在每次大修時，都嚴格按照要求進行氣缸的絎磨，然后認真測量氣缸套的各個部位尺寸，使之符合要求的標準。檢查氣缸潤滑系統(tǒng)。

另外由于在發(fā)動機運行時受力比較大，這樣就存在連桿在大負荷下產(chǎn)生彎曲和扭曲變形的可能，連桿軸頸、主軸頸的平行度和同軸度偏差過大，就會在活塞運行時偏離正常的方向，會加速活塞環(huán)、活塞及氣缸壁的磨損，影響潤滑油膜的形成。這就要求我們在大修時要養(yǎng)個測量各個部件的尺寸和間隙配合是不是在手冊要求的范圍內，一旦尺寸不對，要及時的進行維修和更換。

如果在維修安裝的時候連桿螺絲沒有上緊也會造成拉缸的現(xiàn)象。這是因為氣缸壁飛濺潤換的滑油是通過連桿傳輸上去的，如果沒有上緊的話，滑油就會大量的泄漏，從而影響氣缸壁的潤滑和活塞的頂部冷卻，從而會造成拉缸的一個原因之一。為了避免這種情況的發(fā)生，就需要我們在做設備的維修和保養(yǎng)時候需要嚴格按照要求的力矩安裝螺栓，并做進一步的檢查，確保所有螺栓都是沒有問題的。

2.4 潤滑油系統(tǒng)的問題所造成的拉缸

在發(fā)動機運行和維護的過程中，由于滑油系統(tǒng)出現(xiàn)問題而造成拉缸現(xiàn)象甚至設備損壞的嚴重后果是非常常見又易于發(fā)生的。對于發(fā)動機來說，一旦滑油系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會造成很大的安全設備事故。這一節(jié)主要講述滑油系統(tǒng)和拉缸的故障的直接關系。而滑油系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，主要易于存在于以下幾個方面：

2.4.1 發(fā)電機組在低油壓狀態(tài)下運行

這種故障在柴油機的運行和管理中是最易于出現(xiàn)的，也是最容易提前預防和采取及時的措施從而避免大的設備損害的。引起潤滑油壓力低的原因也有很多，如汽缸套潤滑管道堵塞、分配閥卡死、油泵損壞等。發(fā)動機機油在設備正常運行過程中起著潤滑、冷卻、防腐、防銹的作用。當機體內的滑油系統(tǒng)壓力比較低時，機油就很難到達需要冷卻和潤滑的地方，這樣在需要潤滑的地方如活塞和汽缸套之間難以建立穩(wěn)定的潤滑油膜，很容易造成拉缸和燒瓦的嚴重事故。

一般情況下，發(fā)動機組都會有低油壓報警和關停的設置，防止主機出現(xiàn)大的設備故障。當主機這一報警一旦出現(xiàn)后，無論報警的真假，我們都應該認真檢查主機的潤滑系統(tǒng)是否有問題，包括機帶滑油泵是否工作正常、機帶滑油泵出口壓力調節(jié)閥是否工作可靠、滑油自沖洗濾器是否臟堵和金屬碎屑、滑油管線是否有破損造成機油泄漏的地方、連桿大端和曲軸的間隙是否合適等。并應及時盤車查看個缸以及各個潤滑點的潤滑情況等。知道找到問題的所在，并將問題解決后才能再次起車運行。

另外在滑油系統(tǒng)中還要特別注意在主機的控制和監(jiān)控軟件中，滑油的低壓報警和關停主機的設定參數(shù)是否正常，是否符合現(xiàn)場的使用要求。比如在海洋石油112主電站1號主機就因為滑油低壓的問題造成了主機的拉缸事故，當時的滑油壓力剛達到報警值，在做處理的報警的時候，還沒有來得及手動關停主機，就發(fā)生了A6缸拉缸的故障，當時活塞和缸套已經(jīng)粘死，打開曲軸箱防爆門，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)缸套上出現(xiàn)了明顯的拉傷痕跡，并且在高溫的作用下已經(jīng)變了顏色，缸套上也出現(xiàn)了裂紋，如下圖3：這次事故發(fā)生后，我們將主機的滑油壓力低關斷值和報警值都進行了重新調整，關斷值由原來的2.5bar調整到2.8bar，報警值由原來的2.8bar調整到3.5bar。這樣一旦主機出現(xiàn)滑油系統(tǒng)壓力低的狀況，值班人員就會有比較充分的時間進行處理，手動停機，安排人員進行檢查，防止事故的再次發(fā)生。

圖3 拉缸而造成的缸套出現(xiàn)裂紋

2.4.2 發(fā)電機組在高油壓狀態(tài)下運行

除了滑油壓力低會引起發(fā)動機拉缸事故的原因外，滑油壓力高也會造成發(fā)動機的拉缸事故。這是因為正常運轉的主機，如果突然發(fā)現(xiàn)機組滑油系統(tǒng)的壓力增大，就需要及時的停機進行檢查，檢查的主要方面為潤滑系統(tǒng)內的是否有臟堵或者運動部件的配合間隙是否合適，潤滑油路內是否有雜物沒有清理干凈，造成油路堵塞?；妥詣臃礇_洗濾器是否臟堵，從而由于潤滑不良造成拉缸故障。

除了以上幾點外，還有如果潤滑油已經(jīng)變質，如在運行中某處噴油器故障造成燃油進入潤滑油中，從而使滑油的各項指標已經(jīng)達不到主機的使用要求，也會對主機的潤滑部件造成損傷，燃油進入滑油系統(tǒng)中的故障現(xiàn)象在海洋石油112的主電站的使用過程中就出現(xiàn)過多次，所幸沒有發(fā)生大的后果。或者機體冷卻水、分油機故障操作水進入潤滑系統(tǒng)等都會造成滑油變質，使主機的潤滑條件惡化鑒于這種情況，為了避免這種情況發(fā)生，就要要求我們定期檢查化驗潤滑油的油質，發(fā)現(xiàn)問題及早更換。

2.5 冷卻系統(tǒng)問題

冷卻系統(tǒng)冷卻效果不好這也是造成拉缸故障的一個主要原因。主要是因為機體高水溫會導致氣缸、活塞溫度過高，潤滑不良；也會使活塞與氣缸套由于過熱而過度膨脹變形，失去原來的正常間隙而拉缸。為了避免這種情況所造成的拉缸，就要要求操作管理人員要時刻注意主機缸套水的溫度，定期檢查冷卻水泵的排出壓力，檢查清潔冷卻水換熱器，保證機體冷卻液的質量，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度異常升高，需要馬上關停主機進行檢查。

另外為了避免拉缸事故的發(fā)生，在發(fā)動機的操作上也有一定的要求。在主機啟動后要小負荷的根據(jù)冷卻水的溫度緩慢加載，如果在柴油機啟動后即投入全負荷運行。此時柴油機的機體溫度比較低，活塞和缸套之間的間隙很小,如果潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)任何的一點情況，就非常容易造成主機的拉缸事故。

2.6 燃油系統(tǒng)問題

如果柴油機的燃油質量不好。劣質燃油經(jīng)噴油器噴射后的霧化質量差，從噴油器中噴出的油粒平均直徑大，一方面會造成是柴油機的滯燃期延長，當柴油機一旦啟動，缸內壓力就會迅速升高，從而會使柴油機的工作粗暴，甚至產(chǎn)生敲缸；另一方面也會使主機的后燃增加，排氣溫度升高，冒黑煙，同時也會嚴重污染燃燒室，所產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物也會部分混入氣缸壁的潤滑油中，在活塞環(huán)槽中堆積，堵塞了槽壁，嚴重時會使活塞環(huán)卡死，破壞了燃燒室的密封，導致燃氣泄露，泄露的高溫燃氣可能燒掉氣缸壁上潤滑油膜，使活塞的潤滑狀況更加惡化，這就大大增加了拉缸的危險。

另外如果噴油器質量不好有滴油現(xiàn)象，氣門間隙不對，或者噴油定時不好。這幾點也都有可能造成后燃，形成大量的積碳并破壞潤滑。

3 柴油機的管理和應急建議

由于柴油機作為電站的主要動力，對整個油田的生產(chǎn)起到非常關鍵的作用，如何將電站管好和維護好就非常的重要，在這里建議從以下幾個方面進行入手：

（1）平時值班時加強對設備的動態(tài)管理。多注意設備的溫度，壓力，油位是否正常。出現(xiàn)異常要及時調整和排查。

（2）加強機組冷卻系統(tǒng)的維護，確保機組在適宜的溫度下工作，密切關注冷卻水的溫度情況。

（3）加強潤滑系統(tǒng)的維護和管理。使滑油的壓力和溫度在規(guī)定的范圍內。定期檢查和清潔機油濾清器，定期化驗油質，放殘。當滑油液位不足時及時補充合格的滑油到合適的液位。當滑油變質時應當及時清理油底殼，更換合格的滑油。

（4）加強燃油系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護。定期檢查和更換燃油濾器，防止外部的機械雜質進入氣缸，減少氣缸的磨損和拉傷。

（5）加強增壓器空氣濾器的維護保養(yǎng)，防止大顆粒的灰塵被吸入汽缸內。

（6）在主機大修更換關鍵部件后如活塞、、活塞環(huán)和缸套等，要注意柴油機的磨合，不要急于高負荷運行。

（7）當發(fā)現(xiàn)主機拉缸時，必須要迅速停車。繼續(xù)保證活塞和缸套的冷卻，同時進行盤車，防止粘死。如因活塞咬死而盤不動時，可待活塞冷卻一段時間后，再行盤車使之活動。

（8）對主機容易發(fā)生問題的地方，要落實半小時巡檢制度，做到交叉巡檢，這樣才能在問題出現(xiàn)的時候能夠及早發(fā)現(xiàn)和處理，避免事故進一步惡化。

結語

總之，拉缸對柴油機而言是一個非常嚴重的故障，發(fā)生的原因也是多方面的，只要日常工作中認真對故障原因進行統(tǒng)計分析，在使用上，嚴格按照柴油機保養(yǎng)規(guī)程和使用注意事項執(zhí)行，正確使用，及時維護，就一定能減少和避免拉缸故障的發(fā)生，提高機械設備的完好率并降低使用成本，為海上石油平臺的安全穩(wěn)定的生產(chǎn)提供更加可靠的動力。