6135AK-6 发动机LNG改造及应用

胡 辛 罗永庆 于国起 贺晓津 周新华 范 勇 彭明昌

（中油大港油田井下作业公司 中国 天津 300283）

0 引言

6135AK-6发动机是上海柴油机厂自主研发的为工程机械提供动力配套的重要柴油机之一，从20世纪80年代开始装配在XT-12通井机上使用，一直是首选动力机配置，XT-12通井机是目前各油田修井作业最常用的一种动力设备，它的作用是起下油管、钻杆（抽油杆），以及井下打捞、抽汲等施工作业，是一种履带自行式拖拉机型（一般不带井架）的修井动力设备。其越野性能好，适宜于低洼狭小井场，它的缺点是行走速度慢，井场之间搬家需要大板移运，不适应快速转移施工的要求。随着技术进步和环保要求的逐步提高，通井机和6135AK-6发动机渐渐被修井机和电控柴油机所替代，大港油田作为一个勘探开发进入中后期的中小油田，由于历史、地理条件的原因，XT-12通井机还是维护性作业的主要设备，日开启台数在七十台以上。目前我公司有一半以上是20世纪80年代末，90年代初投入使用的报废延期使用设备，该通井机全部装配上柴6135AK-6发动机，现在该发动机磨损严重、功率下降、后继修理配件短缺，排放也大大超标；如果全部报废更新修井机，但投入资金无法解决，且折旧成本过大，为了满足老油田的开发并解决设备修理难题，我们尝试对6135AK-6发动机进行LNG改造，用LNG替代柴油燃烧，既改善发动机性能（解决修理难题），又达到清洁排放的要求。

1 6135AK-6柴油发动机基本状况

XT-12通井机原柴油机为上柴生产的6135AK-6柴油机。根据原柴油机使用说明书主要技术参数如表1：

主要技术参数

表1

2 LNG发动机工作原理

LNG从储液瓶通过管路进入气化器加热气化,经过稳压罐稳压后进入燃气滤清器，之后经过热交换器加热后通过节温器进入FMV，由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内，由点火线圈点火燃烧做功。发动机运行时，LNG储液瓶内的天然气液态与气态并存，正常工作压力不低于0.2MPa。当瓶内压力低于0.2MPa时，压力控制阀开启，自增压器工作。将一部分气态天然气充入储液瓶，而使瓶内压力升高到工作压力。可以通过调节控制阀来改变自增压器的工作点。发动机处于停机状态时，随着热量的不断吸入，LNG会不断气化。当LNG储液瓶中的压力高于0.6MPa时，安全阀自动打开，迅速放出部分气态天然气。

3 6135AK-6发动机主要改造的几个方面

表2

3.1 改造后的主要技术参数

发动机的主要调整技术参数

火花塞电极间隙:0.5mm；

火花塞拧紧力矩：20N.m～40N.m；

点火信号传感器与传感器磁盘间隙：0.5～1.5mm。

6135AK-6发动机LNG供气系统的安装。

车载LNG钢瓶系统是钢瓶厂家严格按国家安全标准设计配置的，有效容积为400L，一次充液满足壹井次作业，发动机连续运转时间为5.46小时（图3）。

表3 LNG气瓶技术参数

为保证气化能力，采用空温式气化器和水浴气化器串联的方案，气化器整体气化能力为80 Nm3/h，满足工作需要。

图1 LNG发动机系统原理图

根据整车底梁尺寸，在框架底部焊接与之对应的安装方管（如图2所示），通过U型螺栓将框架固定在整车底梁上（图3）。

图2 供气系统流程图

图3 LNG气瓶安装示意图

3.2 6135 AK-6发动机改装后位置示意图（图4）

图4 发动机改装布置示意图

3.3 6135 AK-6发动机改装后控制面板（图5）

图5 显示仪表盘及安装示意图

控制柜的制作应根据作业装备的现场作业条件和操作人员的使用条件，做到简易耐用,并能够对系统的一些参数进行监测（包括LNG泄露报警装置）。

3.4 主要改造零部件清单（单台）（见表4）

表4

整车布置的改造金属穿线管 1 米非金属穿线管 1 米辅料 1 电焊、螺栓、螺母等

3.5 6135 AK-6发动机LNG改造后的试验数据及特性曲线

3.5.11800r/min时负载特性（见图6、图7）

图6

图7

3.5.2 速度特性（见图8、图9）

图8

图9

4 现场使用及效益分析

改装后的LNG发动机除具备原柴油机优点外，增加了以下特点：

4.1 采用电子节气门技术，改善了发动机的操作性能；

4.2 燃料供给系统采用电控单点喷射技术保证任何工况下发动机良好的动力性、经济性和排放特性；

4.3 采用电控高能点火系统，根据发动机转速、进气压力、进气温度等信号提供最佳点火时刻，在加速和减速工况时ECM也可以对点火提前角进行调整，来保证整机综合性能；

4.4 设计了满足气体燃料特性的燃气混合系统，可有效组织稀薄稳定燃烧，提高热效率；

4.5 最高转速控制功能，确保行车安全。

另一方面改装后的LNG发动机的操作、维护与柴油机基本相同,启动电源仍为24V直流。我们使用改造后的纯LNG通井机连续在中4-62、红20-36、港6-16-1井小修作业，均取得圆满成功。

6135AK-6发动机12小时连续功率为110kW，按照连续运转的方式，XT-12通井机一年大约工作3000小时，则一年的柴油成本为：

110kW×0.23kg/kW.h×7.76RMB/kg×3000h=588984RMB改成LNG燃料系统后，天然气成本：

110kW×0.23m3/kW.h×4.65RMB/m3×3000h=352935RMB

节约：236049RMB

一台XT-12通井机6135AK-6发动机LNG改造成本大概95000RMB左右，大约半年即可收回改造成本。

5 结论

5.1 6135 AK-6柴油机LNG应用改造后能满足XT-12通井机性能要求；

5.2 6135 AK-6柴油机改造成天然气发动机后燃料经济性显著提升，排放明显改善；

5.3 适当推广LNG改造，可以提升大港油田小修作业装备现场表现水平。

［1］北京生宝力源科技有限公司 6135AK-6型LNG发动机使用说明书[S].