双燃料四冲程发动机拉缸的原因及防范措施

崔家训 黄 凯

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

双燃料四冲程发动机拉缸的原因及防范措施

崔家训 黄 凯

（中海油能源发展采油服务公司曹妃甸FPSO作业公司 天津 300457）

本文主要介绍海上油田作为主发电站的四冲程柴油机的拉缸现象和征兆及其产生的根本原因，并根据曹妃甸油田主电站所用德国MAN双燃料发动机所出现的问题来进行具体的技术分析，并提出较好的预防柴油机拉缸事故方面的预防措施。针对引起拉缸的典型故障情况，故障原因、应急处理以及预防措施进行总结分析，目的在于提高电站管理人员的警惕性，防止类似事故的发生，也为以后进一步提高电站的稳定性和安全性提供参考。

FPSO主电站；双燃料柴油机；拉缸现象；预防措施

引言

随着双燃料柴油机在海上石油生产和生活中运用越来越广泛，作为维系整个油田生产平台安全生产和生活最重要的核心设施，主要为油田的日常生产和生活提供动力的作用，被誉为海上油田的“心脏”。因此一旦出现拉缸的严重事故，除了会影响柴油机的经济性，动力性和可靠性之外，还会影响整个油田的正常稳定生产，严重时甚至会造成整个油田的生产的中断，造成的经济损失会难以估计。因此对柴油机拉缸故障的形成机理进行分析，找出早期预报和正确的应对措施，对电站的安全管理和提高电站可靠性以及延长主电站的使用寿命，确保海上石油生产和生活的安全顺利进行都会有及其重要的意义。

1 拉缸的现象和征兆

柴油机拉缸现象是指柴油机活塞组件与气缸配合工作面相互剧烈作用（产生干摩擦），在工作表面上产生过度磨损、拉毛、划痕、擦伤、裂纹或咬死的现象。如图1、图2所示：

图1 拉缸故障损伤的气缸壁

图2 拉缸故障损伤的活塞裙部

程度较轻时，会使气缸套、活塞组件受损，严重时会造成气缸卡死进而拉断活塞连杆、打坏机体、造成恶性机损事故，同时也会危及现场操作人员的人身安全。拉缸现象的产生和柴油机的其他故障一样，在恶性事故发生前都会有明显的征兆。柴油机的拉缸故障的具体现象表现会有以下几个特点：

（1）运转声音不正常，发出“吭吭”声或“嗒嗒”声。

（2）机器转速下降乃至自动停车。

（3）在故障表现较轻时，测量曲拐箱的压力，会发现曲拐箱的压力会有明显的上升，严重时会造成曲拐箱的防爆门打开，曲拐箱内会冲出烟雾或着火。

（4）观察受损气缸的排烟温度、机体冷却水的温度和润滑油的温度都会有显著的升高。

（5）维修保养时，检查拆下的气缸和活塞，可以发现缸套和活塞环、活塞工作表面有呈蓝色或暗红色的区域，并伴有纵向拉痕；缸套、活塞环，甚至活塞裙部会出现异常磨损，磨损量和磨损率很高，远远超过正常值。

2 拉缸故障的原因和预防措施

能够造成柴油机拉缸故障的原因有很多。其中不仅包括由于设备本身的制造、设计、选材不当所造成的原因，还包括在维修装配和日常使用和管理不当等方面的原因。对于目前海洋石油各个油田所使用的柴油机，都是在技术上比较成熟的机型，不论是德国MAN的、卡特彼勒的还是瓦锡兰的柴油机，其本身的制造和设计缺陷基本很少，作为预防和分析这种故障发生的原因，本文主要考虑从维修安装和日常使用和管理方面进行分析。

2.1 维修安装时活塞环的安装错误或间隙不好

活塞环的开口安装错误或活塞环的搭口间隙太大，都会造成高温高压的混合燃气通过活塞环，从而破坏活塞和气缸之间的润滑油膜，造成气缸和活塞环的干摩擦。如果活塞环的搭口间隙太小，由于活塞环在高温高压的气体作用下会受热膨胀，如果活塞环没有足够的膨胀间隙，就会造成活塞环的而卡死或折断，也会造成活塞和气缸之间的润滑油膜损坏，造成拉缸。同时在安装活塞环时，要精确测量活塞环和活塞环槽的尺寸，如果活塞环槽和活塞环之间的间隙太大，一旦环槽内积碳太多也会造成活塞环的卡死或折断，破坏活塞和缸套之间的润滑造成拉缸事故。由于活塞环的装配在设备的维修中的重要作用，因此就要求我们在维修时，要严格按照要求安装活塞环，并认真测量活塞环的各项配合间隙。

2.2 活塞销配合尺寸问题

活塞销卡环的如果安装错误就会造成在柴油机运转中卡环的损坏或者脱落。剥落的金属屑就会落在汽缸内，造成气缸和活塞的拉伤，影响活塞环的密封，使高温高压的燃气进入气缸，破坏润滑从而造成拉缸事故。另外，如果活塞销与活塞和连杆小端的配合尺寸太小话，在所处的比较极端的环境下，活塞销就会卡死连杆和活塞，使得活塞在气缸内的运动方向和状态就会改变，这样就会在活塞和气缸的表面出现擦伤的状况，从而破坏密封影响润滑，造成拉缸。如果活塞销的配合间隙太大的话，在柴油机正常运行时，活塞销就会外窜，碰触汽缸壁，造成拉缸故障。

由于活塞销的重要性，就要求我们在每次抽检解体活塞时，都要在安装前仔细核对好活塞销和连杆小端以及活塞的配合间隙是否符合标准，对于我们这边的的双燃料柴油机，随着运转时间的增长，油田对电力的需求的增大，长期在高负荷的状态下运行，对于这点应该更好特别注意。另外在安装活塞销卡环时还要注意卡环的开口方向，卡环是否全部进入了卡环槽中，防止在云装时，卡环从卡槽中拖出，从而造成重大设备故障。

2.3 气缸、活塞和连杆问题

气缸套由于在长期的高负荷的运行中，运行条件比较恶劣，随着运行时间的加长，气缸套的圆度、圆柱度公差都有可能超出正常允许的范围，这样就会使活塞与缸套密封性大大降低，气缸内的高温高压气体下窜，就会破坏活塞与气缸壁之间的润滑油膜，进而引起拉缸。

如果想从根本过上预防这种故障的发生，目前曹妃甸油田的主电站的柴油机在每次大修时，都严格按照要求进行气缸的绗磨，然后认真测量气缸套的各个部位尺寸，使之符合要求的标准。检查气缸润滑系统。

另外由于在发动机运行时受力比较大，这样就存在连杆在大负荷下产生弯曲和扭曲变形的可能，连杆轴颈、主轴颈的平行度和同轴度偏差过大，就会在活塞运行时偏离正常的方向，会加速活塞环、活塞及气缸壁的磨损，影响润滑油膜的形成。这就要求我们在大修时要养个测量各个部件的尺寸和间隙配合是不是在手册要求的范围内，一旦尺寸不对，要及时的进行维修和更换。

如果在维修安装的时候连杆螺丝没有上紧也会造成拉缸的现象。这是因为气缸壁飞溅润换的滑油是通过连杆传输上去的，如果没有上紧的话，滑油就会大量的泄漏，从而影响气缸壁的润滑和活塞的顶部冷却，从而会造成拉缸的一个原因之一。为了避免这种情况的发生，就需要我们在做设备的维修和保养时候需要严格按照要求的力矩安装螺栓，并做进一步的检查，确保所有螺栓都是没有问题的。

2.4 润滑油系统的问题所造成的拉缸

在发动机运行和维护的过程中，由于滑油系统出现问题而造成拉缸现象甚至设备损坏的严重后果是非常常见又易于发生的。对于发动机来说，一旦滑油系统出现问题，就会造成很大的安全设备事故。这一节主要讲述滑油系统和拉缸的故障的直接关系。而滑油系统如果出现问题，主要易于存在于以下几个方面：

2.4.1 发电机组在低油压状态下运行

这种故障在柴油机的运行和管理中是最易于出现的，也是最容易提前预防和采取及时的措施从而避免大的设备损害的。引起润滑油压力低的原因也有很多，如汽缸套润滑管道堵塞、分配阀卡死、油泵损坏等。发动机机油在设备正常运行过程中起着润滑、冷却、防腐、防锈的作用。当机体内的滑油系统压力比较低时，机油就很难到达需要冷却和润滑的地方，这样在需要润滑的地方如活塞和汽缸套之间难以建立稳定的润滑油膜，很容易造成拉缸和烧瓦的严重事故。

一般情况下，发动机组都会有低油压报警和关停的设置，防止主机出现大的设备故障。当主机这一报警一旦出现后，无论报警的真假，我们都应该认真检查主机的润滑系统是否有问题，包括机带滑油泵是否工作正常、机带滑油泵出口压力调节阀是否工作可靠、滑油自冲洗滤器是否脏堵和金属碎屑、滑油管线是否有破损造成机油泄漏的地方、连杆大端和曲轴的间隙是否合适等。并应及时盘车查看个缸以及各个润滑点的润滑情况等。知道找到问题的所在，并将问题解决后才能再次起车运行。

另外在滑油系统中还要特别注意在主机的控制和监控软件中，滑油的低压报警和关停主机的设定参数是否正常，是否符合现场的使用要求。比如在海洋石油112主电站1号主机就因为滑油低压的问题造成了主机的拉缸事故，当时的滑油压力刚达到报警值，在做处理的报警的时候，还没有来得及手动关停主机，就发生了A6缸拉缸的故障，当时活塞和缸套已经粘死，打开曲轴箱防爆门，已经发现缸套上出现了明显的拉伤痕迹，并且在高温的作用下已经变了颜色，缸套上也出现了裂纹，如下图3：这次事故发生后，我们将主机的滑油压力低关断值和报警值都进行了重新调整，关断值由原来的2.5bar调整到2.8bar，报警值由原来的2.8bar调整到3.5bar。这样一旦主机出现滑油系统压力低的状况，值班人员就会有比较充分的时间进行处理，手动停机，安排人员进行检查，防止事故的再次发生。

图3 拉缸而造成的缸套出现裂纹

2.4.2 发电机组在高油压状态下运行

除了滑油压力低会引起发动机拉缸事故的原因外，滑油压力高也会造成发动机的拉缸事故。这是因为正常运转的主机，如果突然发现机组滑油系统的压力增大，就需要及时的停机进行检查，检查的主要方面为润滑系统内的是否有脏堵或者运动部件的配合间隙是否合适，润滑油路内是否有杂物没有清理干净，造成油路堵塞。滑油自动反冲洗滤器是否脏堵，从而由于润滑不良造成拉缸故障。

除了以上几点外，还有如果润滑油已经变质，如在运行中某处喷油器故障造成燃油进入润滑油中，从而使滑油的各项指标已经达不到主机的使用要求，也会对主机的润滑部件造成损伤，燃油进入滑油系统中的故障现象在海洋石油112的主电站的使用过程中就出现过多次，所幸没有发生大的后果。或者机体冷却水、分油机故障操作水进入润滑系统等都会造成滑油变质，使主机的润滑条件恶化鉴于这种情况，为了避免这种情况发生，就要要求我们定期检查化验润滑油的油质，发现问题及早更换。

2.5 冷却系统问题

冷却系统冷却效果不好这也是造成拉缸故障的一个主要原因。主要是因为机体高水温会导致气缸、活塞温度过高，润滑不良；也会使活塞与气缸套由于过热而过度膨胀变形，失去原来的正常间隙而拉缸。为了避免这种情况所造成的拉缸，就要要求操作管理人员要时刻注意主机缸套水的温度，定期检查冷却水泵的排出压力，检查清洁冷却水换热器，保证机体冷却液的质量，一旦发现冷却水温度异常升高，需要马上关停主机进行检查。

另外为了避免拉缸事故的发生，在发动机的操作上也有一定的要求。在主机启动后要小负荷的根据冷却水的温度缓慢加载，如果在柴油机启动后即投入全负荷运行。此时柴油机的机体温度比较低，活塞和缸套之间的间隙很小,如果润滑系统出现任何的一点情况，就非常容易造成主机的拉缸事故。

2.6 燃油系统问题

如果柴油机的燃油质量不好。劣质燃油经喷油器喷射后的雾化质量差，从喷油器中喷出的油粒平均直径大，一方面会造成是柴油机的滞燃期延长，当柴油机一旦启动，缸内压力就会迅速升高，从而会使柴油机的工作粗暴，甚至产生敲缸；另一方面也会使主机的后燃增加，排气温度升高，冒黑烟，同时也会严重污染燃烧室，所产生的不完全燃烧产物也会部分混入气缸壁的润滑油中，在活塞环槽中堆积，堵塞了槽壁，严重时会使活塞环卡死，破坏了燃烧室的密封，导致燃气泄露，泄露的高温燃气可能烧掉气缸壁上润滑油膜，使活塞的润滑状况更加恶化，这就大大增加了拉缸的危险。

另外如果喷油器质量不好有滴油现象，气门间隙不对，或者喷油定时不好。这几点也都有可能造成后燃，形成大量的积碳并破坏润滑。

3 柴油机的管理和应急建议

由于柴油机作为电站的主要动力，对整个油田的生产起到非常关键的作用，如何将电站管好和维护好就非常的重要，在这里建议从以下几个方面进行入手：

（1）平时值班时加强对设备的动态管理。多注意设备的温度，压力，油位是否正常。出现异常要及时调整和排查。

（2）加强机组冷却系统的维护，确保机组在适宜的温度下工作，密切关注冷却水的温度情况。

（3）加强润滑系统的维护和管理。使滑油的压力和温度在规定的范围内。定期检查和清洁机油滤清器，定期化验油质，放残。当滑油液位不足时及时补充合格的滑油到合适的液位。当滑油变质时应当及时清理油底壳，更换合格的滑油。

（4）加强燃油系统的保养和维护。定期检查和更换燃油滤器，防止外部的机械杂质进入气缸，减少气缸的磨损和拉伤。

（5）加强增压器空气滤器的维护保养，防止大颗粒的灰尘被吸入汽缸内。

（6）在主机大修更换关键部件后如活塞、、活塞环和缸套等，要注意柴油机的磨合，不要急于高负荷运行。

（7）当发现主机拉缸时，必须要迅速停车。继续保证活塞和缸套的冷却，同时进行盘车，防止粘死。如因活塞咬死而盘不动时，可待活塞冷却一段时间后，再行盘车使之活动。

（8）对主机容易发生问题的地方，要落实半小时巡检制度，做到交叉巡检，这样才能在问题出现的时候能够及早发现和处理，避免事故进一步恶化。

结语

总之，拉缸对柴油机而言是一个非常严重的故障，发生的原因也是多方面的，只要日常工作中认真对故障原因进行统计分析，在使用上，严格按照柴油机保养规程和使用注意事项执行，正确使用，及时维护，就一定能减少和避免拉缸故障的发生，提高机械设备的完好率并降低使用成本，为海上石油平台的安全稳定的生产提供更加可靠的动力。