油田现场G3512型天然气发动机典型故障处理

孙志琛，赵光鹏

(库尔勒中加天然气压缩机技术装备有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)



油田现场G3512型天然气发动机典型故障处理

孙志琛，赵光鹏

(库尔勒中加天然气压缩机技术装备有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)

针对G3512型天然气发动机在油田现场运行中出现的典型故障——大量窜气和气门断裂,从故障现象、故障原因、故障排查、故障清除这4个方面进行了研究，为处理油田现场使用其他类型天然气发动机出现的同类型故障提供了借鉴。

油气田；增压设备；天然气发动机；故障分析

1 大量窜气

1.1 故障现象

2014年11月，长庆油田采气三厂作业二区桃2-1站2#机组G3512型发动机出现耗机油量大(约30L/d)、呼吸器废气量大、呼吸口严重冒白烟等现象。

1.2 故障原因

1)发动机工作是靠吸入油气混合气体压缩，然后点燃做功产生动力[1]。从压缩到燃烧过程中都会产生很高压力，被压缩的气体都会从活塞和缸体间隙、活塞环开口间隙、活塞环和缸体间隙等地方窜出去进入曲轴箱。因为活塞和缸套、活塞环和缸套之间都不完全密封，活塞环为了解决热胀冷缩还留有开口间隙，上述地方都会有被压缩或被燃烧的气体泄漏。

2)空气滤清器安装不妥或滤清器太脏，大量灰尘进入气缸，致使气缸缸套磨损过大。

3)气门与气门座密封不严。

4)涡轮增压器废气通过气封、油封窜入油道，再通过回油管窜至曲轴箱。

5)油环上孔道堵塞。

6)涡轮增压器密封环失效。

7)涡轮增压器配合间隙过大，发动机燃烧后的废气经过涡轮增压器时，一部分废气会经浮动轴承的密封环窜入机油道，回油管进入曲轴箱，从而产生“大量废气”现象。

8)冷却喷嘴角度不正确，活塞润滑、冷却不到位，缸套磨损加速，油环卡阻。

1.3 故障排查

1)空气滤清器安装没有问题，按期进行了更换与保养。

2)测量发动机缸压数据：1缸1100kPa、2缸1000kPa、3缸950kPa、4缸1050kPa、5缸600kPa、6缸1150kPa、7缸550kPa、8缸1170kPa、9缸1000kPa、10缸1100kPa、11缸1000kPa、12缸1050kPa。一般情况下，发动机缸压范围为1171～1350kPa。根据检查情况，确定主要是5缸、7缸工作情况受阻，且奇数缸的缸压偏低。分析主要原因为右列缸润滑、冷却不良，导致活塞环、缸套异常磨损。

3)检查冷却喷嘴，目测除5缸、7缸喷嘴角度有轻微偏差，其余各缸喷嘴角度正确。

4)检查左、右两边涡轮增压器间隙，正常；拆除涡轮回油管，无窜气现象。

5)检查进气道，发现涡轮到中冷器进气管干净，无油污。

1.4 故障清除

1)更换所有缸冷却喷嘴，确保活塞、缸套正确润滑、冷却。

2)对奇数缸缸盖进行吊检，对气门杆与气门导管间隙进行检查，更换磨损件。

3)对活塞、缸套进行吊检，更换磨损件。

2 气门断裂

2.1 故障现象

2015年7月3日，塔中外输增压站G3512型发动机出现故障停机。维护人员查看发动机控制屏报警信息为“发动机意外停机”，随后对发动机进行盘车检查，发现盘车大约1/3圈部位处发动机出现卡阻。拆开发动机12个火花塞，并对各个缸内进行检查，发现4#缸(左列2缸)火花塞已经损坏；进一步对4#缸进行拆检，发现缸内散落有排气门座圈的碎块和一个断裂的排气门头部，并且活塞也有明显的伤痕。为彻底排查问题，确认发动机其他各缸是否完好，维护人员拆检了其余11个缸盖，发现各部件均完好无损。

2.2 故障原因

发动机的工作过程分进气、压缩、做功、排气4个过程[2]。当燃料气中杂质过多时，不仅会影响燃料气燃烧的热量完全释放，而且长时间运转会在燃烧室、活塞、气门等地方大量积碳。发动机燃烧室内积碳过多，其容积相对变小，致使压缩比相应变大，积碳的蓄热和不导热性使可燃混合气由于炽热提前燃烧，同时会降低混合气在压缩终了时产生的涡流强度，延长了燃烧时间，增大了自燃倾向，故而极易诱发爆燃的产生；积碳过多进一步影响到气门的平衡，从而导致气门断裂。

2.3 故障排查

1)检查气门间隙调整是否合适。根据增压站压缩机组修保规程，维护人员每720h对发动机气门间隙进行检查或调整；2015年3月27日，在对机组进行2000h保养时，维护人员检查12个气缸气门间隙均正常(进气门0.51±0.08mm，排气门1.27±0.08mm)。

2)检查气门是否受到较大的弯曲载荷。弯曲载荷产生的原因为：气门、气门导管及气门座圈同轴度差；发动机长时间处于超速状态。首先检查气门、气门导管及气门座圈的同轴度。通过拆检气门，发现气门杆外壁有一层薄的油层，且气门杆上没有偏磨的痕迹。其次检查发动机转速是否偏高。根据以往维护经验，发动机转速控制在额定转速的80%较为合适。发动机额定转速为1400r/min，则控制在1120r/min较为合适。但发动机日常转速一直在1180r/min左右，而转速由1180r/min降到1120r/min影响气量约200m3/h，因此可能是发动机转速偏高导致气门受到较大的弯曲载荷。

3)检查燃烧室内是否有积碳。拆开缸头发现，除了有已经断裂的气门和座圈之外，还有大量的积碳；积碳可能脱落，在高速的气流作用下，势必会对气门(特别是排气门)造成很大的冲击，使气门产生一定的变形，从而提高了气门断裂的可能性。

4)检查材料的金相组织是否改变。在发动机运行初期，发动机12个气缸的金相组织是一样的；随着发动机长时间运行，每个气缸所受的外界条件(比如温度和压力)有所差异，可能左列4#缸的外界条件让其金相组织发生了改变。但是，一种金相组织存在的温度范围极大，气门的金相组织要在温度至少升高几十甚至几百摄氏度后才有可能发生变化，并且厂家在材料设计时不会恰好让气缸的工作温度太接近于金相要改变时的温度，这是极其危险的。而检查4#缸温度的历史记录，并没有出现如此大的上升幅度，因此该原因可以排除。

5)检查气门是否受到强烈的热负荷。通过查看4#缸温度历史记录可知，该气缸温度一直在580～618℃之间，与其他气缸的温差一样都在20%以内，且未超出设计报警值(690℃)，符合设计要求，因此可以排除该发动机缸气门热负荷过大的原因。

6)检查是否未按修保规程规定更换气门。根据发动机修保规程，发动机缸盖修理时间为9000～16000h。而在2014年拆检了发动机的全部缸头并更换新的气门，至该次气门断裂只间隔6000h左右，未超出规定保养时间。

7)检查气门质量。选购的气门质量是否符合要求,故障现场无法判断，因此该原因不能排除。

8)检查燃气是否干净。由于之前燃料气存在含硫现象，因此发动机燃烧含硫天然气可能造成气门断裂。

2.4 故障清除

1)清理增压机及发动机所有燃烧室及缸头上的积碳。

2)建议联系专业部门对损坏的气门进行检验，以明确气门质量是否存在问题。若不存在问题，则更换原品牌气门；若存在问题，则全部更换新品牌气门。

3)控制发动机转速在1120r/min左右。

4)清除燃料气中的含硫现象。

5)根据修改的修保内容，调整动态库相应配件的备用数量。

6)按照修保计划定期对机组进行保养。

[1]高寒,姜晓.发动机原理[M].北京:北京交通大学出版社,2007.

[2]黎苏,李明海.内燃机原理[M].北京:水利水电出版社,2010.

[编辑] 帅群

2016-08-22

孙志琛(1986-)，男，助理工程师，现从事天然气压缩机组电气及自动化设计、配套、制造方面的工作，sunzc0606@126.com。

TE974.07

A

1673-1409(2016)32-0092-03

[引著格式]孙志琛，赵光鹏.油田现场G3512型天然气发动机典型故障处理[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(32):92～94.