卡特彼勒天然气发动机热备系统常见故障解析

徐遍强，吕艳辉

（中国石油大港油田储备气公司，天津 300270）

0 引言

大张坨储气库于2000年建成投产，主要功能是在天然气供气淡季将集输管线的多余天然气利用注气压缩机注入到地下储存起来，在用气高峰时将天然气采出，用以补充集输管网供气的不足。目前站内配置PROPAK整体成橇的三级往复式注气压缩机组4台套，压缩机为德莱赛兰6HOS-6型三级往复式压缩机，驱动机为卡特彼勒G3616天然气发动机，而发动机热备系统是发动机停产备用期间重要的辅助设备之一。

1 发动机热备系统组成及功能

卡特彼勒发动机热备系统分为润滑油循环加热系统和冷却液循环加热系统，两者均采用电加热盘管加热，介质循环采用油（水）泵强制循环。2套系统结构基本相同，主要由介质管路、手动球阀、加热器、电气控制箱、电机、水泵（油泵）、流量检测开关和Y型过滤器等组成。热备系统主要功能如下。

（1）通过对油（水）介质加热循环，保证发动机随时处于暖机状态，提高发动机在低温环境下的起动性能。

（2）保证发动机在停机状态下保持恒定的机体温度，提高机体各密封件的密封性能，避免因密封不良出现的跑冒滴漏现象。

（3）减少因发动机润滑不良、跑冒滴漏等问题导致的维修维护工作量。

2 发动机热备系统常见故障分析

2.1 热备系统运行过程中自动停止运行

热备系统长时间运行后偶尔会出现自动停止运行的情况，问题产生的原因一般有2点。

（1）系统循环管路堵塞。系统长时间运行后，介质中产生的大量沉淀物或杂质等堵塞管路，致使介质流速放缓或者停止流动，流量检测开关检测到介质无流量，出于对加热器和循环泵的保护作用，流量检测开关自动复位断开电机和加热器控制回路，循环泵和加热器停止运行。

（2）流量检测开关故障。在已经确认管路无堵塞，介质循环畅通的情况下，重新启动系统，循环泵开始运转，当运行时间达到延时继电器设定的保护定值时，循环泵电机停止运行。经现场对流量检测开关进行拆检发现，介质内的杂质将流量检测开关滑杆卡死，导致介质压力无法使流量开关动作，造成系统管路无流量停运。

针对以上问题，采取以下应对措施。

（1）严格按照维护保养计划对防冻液或者润滑油进行更换，避免因介质乳化或变质产生沉淀物对管路造成堵塞。

（2）定期对热备系统管路的Y形过滤器、加热器内部等进行清理，保证介质流动畅通无阻。

（3）定期对流量检测开关进行拆检，对开关滑杆进行清洗，保证开关动作顺畅，无卡阻。对流量检测开关触点电阻进行测量，保证开关触点通断正常。

2.2 热备系统加热器故障

（1）加热器电源接线柱烧毁。加热器撬块整体安装在发动机本体上，发动机运转时的剧烈振动，容易引起加热器电源接线柱螺母松动，导致接线柱过热烧毁。

（2）加热器加热盘管损坏。经现场对加热盘管进行拆检，发现加热盘管管壁局部熔化，且加热管三相间电阻不平衡，存在断线情况。分析电气控制回路（图1），并对流量检测开关进行通断测量，确认流量检测开关两组触点均处于常闭状态，导致在循环泵未工作的情况下，加热器控制回路处于接通状态，致使加热器干烧损坏。

针对以上问题，采取以下应对措施。

（1）在接线柱上安装防松垫片，并将原来的单螺母紧固改为双螺母紧固，防止因发动机振动导致的螺母松动。

（2）定期对流量检测开关触点电阻进行测量，保证开关触点通断正常，避免因开关故障导致电气控制系统误动作。

3 发动机热备系统的优化改进措施

针对发动机热备系统在运行过程中经常出现的问题以及存在的设计缺陷，降低热备系统故障率，制定以下优化改进措施。

（1）将加热器撬块整体脱离发动机本体。首先润滑油加热器和冷却液加热器整体成橇均安装在发动机曲轴箱箱体上，发动机的剧烈振动不仅会对电气控制系统造成影响，亦容易造成管路介质泄漏。再者加热器成橇安装位置的维修空间过于狭小，且曲轴箱温度过高，在对加热器进行检维修作业时，给维修人员带来很大困难。

图1 电气控制回路

基于以上原因，在不影响加热器正常运行的情况下，将加热器成橇与发动机本体进行分离，加热器成橇管路与发动机管路之间实现软连接，以消除机组振动对加热器成撬造成的影响。经过长时间运行验证，彻底消除了因振动引发的电气故障和管路介质泄漏现象。

（2）电气控制箱内安装末级电源保护开关。加热器电气控制箱内未安装末级电源保护开关，在电气设备出现短路或过载的情况下，无法对电气设备进行有效保护。因此在电气主回路中安装与电气系统容量匹配的断路器（图1中电源主回路QF），以达到故障保护的目的。

（3）优化加热器电气控制回路，实现加热器盘管双重保护。在介质管路没有流量或者流量检测开关异常的情况下，容易造成加热器干烧损坏。将循环泵接触器一组常开触点（图1中加热器接触器控制回路KM2）串接到加热器控制回路中，实现加热器的顺序启动，即在循环泵未启动，介质管路没有流量的情况下，禁止加热器工作，从而有效避免加热器干烧损坏。

4 结语

卡特彼勒天然气发动机属于美国原装进口设备，由于设备价格昂贵，零部件采购周期长，所以降低设备故障率，提高设备可靠性对正常的安全生产运行显得尤为重要。通过对发动机热备系统故障原因分析及处理，以及采取的一系列优化改进措施，实现了热备系统的可靠运行，取得了很好的经济效益。