卡特彼勒天然氣發動機熱備系統常見故障解析

徐遍強，呂艷輝

（中國石油大港油田儲備氣公司，天津 300270）

0 引言

大張坨儲氣庫于2000年建成投產，主要功能是在天然氣供氣淡季將集輸管線的多余天然氣利用注氣壓縮機注入到地下儲存起來，在用氣高峰時將天然氣采出，用以補充集輸管網供氣的不足。目前站內配置PROPAK整體成橇的三級往復式注氣壓縮機組4臺套，壓縮機為德萊賽蘭6HOS-6型三級往復式壓縮機，驅動機為卡特彼勒G3616天然氣發動機，而發動機熱備系統是發動機停產備用期間重要的輔助設備之一。

1 發動機熱備系統組成及功能

卡特彼勒發動機熱備系統分為潤滑油循環加熱系統和冷卻液循環加熱系統，兩者均采用電加熱盤管加熱，介質循環采用油（水）泵強制循環。2套系統結構基本相同，主要由介質管路、手動球閥、加熱器、電氣控制箱、電機、水泵（油泵）、流量檢測開關和Y型過濾器等組成。熱備系統主要功能如下。

（1）通過對油（水）介質加熱循環，保證發動機隨時處于暖機狀態，提高發動機在低溫環境下的起動性能。

（2）保證發動機在停機狀態下保持恒定的機體溫度，提高機體各密封件的密封性能，避免因密封不良出現的跑冒滴漏現象。

（3）減少因發動機潤滑不良、跑冒滴漏等問題導致的維修維護工作量。

2 發動機熱備系統常見故障分析

2.1 熱備系統運行過程中自動停止運行

熱備系統長時間運行后偶爾會出現自動停止運行的情況，問題產生的原因一般有2點。

（1）系統循環管路堵塞。系統長時間運行后，介質中產生的大量沉淀物或雜質等堵塞管路，致使介質流速放緩或者停止流動，流量檢測開關檢測到介質無流量，出于對加熱器和循環泵的保護作用，流量檢測開關自動復位斷開電機和加熱器控制回路，循環泵和加熱器停止運行。

（2）流量檢測開關故障。在已經確認管路無堵塞，介質循環暢通的情況下，重新啟動系統，循環泵開始運轉，當運行時間達到延時繼電器設定的保護定值時，循環泵電機停止運行。經現場對流量檢測開關進行拆檢發現，介質內的雜質將流量檢測開關滑桿卡死，導致介質壓力無法使流量開關動作，造成系統管路無流量停運。

針對以上問題，采取以下應對措施。

（1）嚴格按照維護保養計劃對防凍液或者潤滑油進行更換，避免因介質乳化或變質產生沉淀物對管路造成堵塞。

（2）定期對熱備系統管路的Y形過濾器、加熱器內部等進行清理，保證介質流動暢通無阻。

（3）定期對流量檢測開關進行拆檢，對開關滑桿進行清洗，保證開關動作順暢，無卡阻。對流量檢測開關觸點電阻進行測量，保證開關觸點通斷正常。

2.2 熱備系統加熱器故障

（1）加熱器電源接線柱燒毀。加熱器撬塊整體安裝在發動機本體上，發動機運轉時的劇烈振動，容易引起加熱器電源接線柱螺母松動，導致接線柱過熱燒毀。

（2）加熱器加熱盤管損壞。經現場對加熱盤管進行拆檢，發現加熱盤管管壁局部熔化，且加熱管三相間電阻不平衡，存在斷線情況。分析電氣控制回路（圖1），并對流量檢測開關進行通斷測量，確認流量檢測開關兩組觸點均處于常閉狀態，導致在循環泵未工作的情況下，加熱器控制回路處于接通狀態，致使加熱器干燒損壞。

針對以上問題，采取以下應對措施。

（1）在接線柱上安裝防松墊片，并將原來的單螺母緊固改為雙螺母緊固，防止因發動機振動導致的螺母松動。

（2）定期對流量檢測開關觸點電阻進行測量，保證開關觸點通斷正常，避免因開關故障導致電氣控制系統誤動作。

3 發動機熱備系統的優化改進措施

針對發動機熱備系統在運行過程中經常出現的問題以及存在的設計缺陷，降低熱備系統故障率，制定以下優化改進措施。

（1）將加熱器撬塊整體脫離發動機本體。首先潤滑油加熱器和冷卻液加熱器整體成橇均安裝在發動機曲軸箱箱體上，發動機的劇烈振動不僅會對電氣控制系統造成影響，亦容易造成管路介質泄漏。再者加熱器成橇安裝位置的維修空間過于狹小，且曲軸箱溫度過高，在對加熱器進行檢維修作業時，給維修人員帶來很大困難。

圖1 電氣控制回路

基于以上原因，在不影響加熱器正常運行的情況下，將加熱器成橇與發動機本體進行分離，加熱器成橇管路與發動機管路之間實現軟連接，以消除機組振動對加熱器成撬造成的影響。經過長時間運行驗證，徹底消除了因振動引發的電氣故障和管路介質泄漏現象。

（2）電氣控制箱內安裝末級電源保護開關。加熱器電氣控制箱內未安裝末級電源保護開關，在電氣設備出現短路或過載的情況下，無法對電氣設備進行有效保護。因此在電氣主回路中安裝與電氣系統容量匹配的斷路器（圖1中電源主回路QF），以達到故障保護的目的。

（3）優化加熱器電氣控制回路，實現加熱器盤管雙重保護。在介質管路沒有流量或者流量檢測開關異常的情況下，容易造成加熱器干燒損壞。將循環泵接觸器一組常開觸點（圖1中加熱器接觸器控制回路KM2）串接到加熱器控制回路中，實現加熱器的順序啟動，即在循環泵未啟動，介質管路沒有流量的情況下，禁止加熱器工作，從而有效避免加熱器干燒損壞。

4 結語

卡特彼勒天然氣發動機屬于美國原裝進口設備，由于設備價格昂貴，零部件采購周期長，所以降低設備故障率，提高設備可靠性對正常的安全生產運行顯得尤為重要。通過對發動機熱備系統故障原因分析及處理，以及采取的一系列優化改進措施，實現了熱備系統的可靠運行，取得了很好的經濟效益。