#经验集锦!
杨小平1 郭 达2 陈晓君3
(11吐哈油田分公司丘东采油厂 21吐哈油田分公司吐鲁番采油厂 31吐哈石油化工厂)
摘要 5台L7042GSI型天然气发动机运行故障率高达3%，导致压缩机组不能平稳运行。分析后认为故障频发的原因是所采用天然气组分不满足该发动机的使用要求。为此提出更换天然气、准确调整点火提前角、定期调整气门间隙、检测空燃比、检查汽缸压力、检查火花塞点火状况以及定期清碳等措施。措施实施2年来，天然气发动机运行故障率降为112%，产生经济效益2903194万元。
关键词 天然气发动机 故障分析 抗爆震指数 措施
L7042GSI型天然气发动机是从美国瓦克夏公司引进的产品。该发动机工作过程与其他四冲程内燃机一样。该发动机采用自产天然气作为燃料，成本较低，同时减少了天然气外排，减轻了环境污染。另外，该发动机是气举采油的核心设备，承担着吐哈油田分公司丘东采油厂∀.的产量任务，因此必须保证95%以上的运行时率。但5台L7042GSI 型天然气发动机运行故障率高达3%，每月因故障停机次数平均4～5次，导致压缩机组不能稳定运行。这严重影响到吐哈油田分公司丘东采油厂生产任务的完成，因此必须
解决这一问题。
1 L7042GSI型天然气发动机故障分析
111 主要故障
L7042GSI型天然气发动机故障主要包括转速波动、回火、涡轮增压器卡死、气门卡死、火花塞不点火、发动机带不动载荷、活塞损坏、气门烧蚀、主轴瓦及连杆瓦损坏、涡轮增压器损坏以及基础件损坏等。
112 原因分析
通过分析，并咨询了厂家技术服务工程师，最终确定燃料是造成上述问题的主要原因。L7042GSI 型天然气发动机所用天然气存在以下问题。11211 抗爆震指数偏低
抗爆震指数用来评价天然气的抗爆性能。原现场用天然气的抗爆震指数为67105～72194，而瓦克夏公司规定L7042GSI型发动机使用的天然气抗爆震指数值为91。抗爆震指数偏低导致发动机爆燃严重。正常燃烧时燃烧室温度为450～700℃，燃烧室压力为2176MPa左右，爆震燃烧局部温度可高达4000℃以上，压力可达4141MPa左右。燃烧产物将分解出CO、OH、O、NOx及游离碳，已不能燃烧而排气，排气温度过高形成热损失，导热温度过高，冷却水温度提高，发动机过热，使运动部件润滑情况
变坏，加之其承压加大，加快了零件磨损。在正常燃烧及轻度爆震时，磨耗率为316 mg/h，严重爆震时磨耗率为98mg/h。显然，严重爆震时将对发动机各部件造成严重磨损或损坏。
活塞损坏、气门烧蚀是因为发动机发生爆燃时，燃烧室局部温度过高造成的。主轴瓦、连杆瓦巴斯合金层脱落是因为当发动机发生爆燃时，活塞连杆驱动机构通过反复的瞬间冲击，造成瓦工作面的局部受力增加及润滑油膜破坏所致。基础件损坏是由于发动机发生爆燃时，曲轴受到强烈冲击，使齿轮之间相互撞击，引起后盖板支撑面受冲击应力而导致其破裂，瓦盖变形也是同样原因造成的。
转速波动及带不动载荷是由于发动机输出功率降低，负载能力差造成的，当出现外在载荷增加时，需要增大混合气供给量，以补偿外在负荷增加需要的发动机功率输出；同样发动机爆燃时，发动机功率下降，为保证能够带动现有载荷必须增大混合气供给量以补偿所下降功率，当这种混合气供给变化频繁时表现为发动机转速波动，当功率补偿不能满足载荷需要时表现为带不动载荷。
天然气的抗爆震指数与发动机的负载能力密切
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2009年 第37卷 第12期
石 油 机 械
CH I N A PETROLE UM MACH I N ERY
相关，如图1所示
。从图中可以看出，当燃气抗爆
震指数在65～92时，发动机负载能力与该指数成正比关系，即随着燃气抗爆震指数变大，发动机的负载能力也随之提升。原现场用燃气的抗爆震指数为67105～72194，相对应其负载能力为0166～0172MPa，若燃气符合该发动机要求的话，则负载能力在0188MPa 以上。原现场用天然气的抗爆震指数低，制约了其功率补偿能力，因此易出现转速波动及带不动载荷的故障
。
图1 抗爆震指数与负载能力的关系
11212 热值偏高
化验和计算表明，原现场用天然气热值在
(3184～4102)×104kJ /m 3，而瓦克夏公司规定L7042GSI 型天然气发动机用天然气的热值应在
(3126～3154)×104kJ /m 3发动机密封
，其热值明显高于其规定值。热值偏高导致发动机热载荷提高，从而加剧发动机爆燃倾向。11213 天然气中杂质较多
原现场用天然气中含有原油、冷凝物及其他重组分。含有原油及冷凝物的天然气和空气形成的混合气进入气缸后导致火花塞溅湿，使火花塞点火状况不佳或不点火，气缸载荷重新分配，使工作正常缸的载荷加大，增加了其爆燃倾向，严重时导致发动机超载停机。另外，原油及冷凝物黏附在汽化器膜片上，引起汽化器膜片弹簧开度发生变化，引起空燃比改变，导致发动机爆燃。重组分在缸内燃烧后在活塞顶部、气门、气门座及缸盖底面形成沉淀，导致气门间隙变小速度加快，气门和气门座之间漏气，同时增加爆燃倾向。爆燃产生废气中的杂质附着在废气涡轮上导致增压器动平衡超标，使轴承磨损加剧，密封失效，最终损坏涡轮增压器。
2 解决措施
211 准确调整点火提前角θ的大小
点火提前角与压力、排温关系曲线如图2所示。从图中可以看出，减小点火提前角，可以降低燃烧室压力，从而降低爆燃趋势。但点火提前角每
减小1°，排气温度上升3～8℃，这样会缩短排气系统零部件寿命，因此不得减小点火提前角过多。综合发动机携载能力、排温及点火提前角规定及运行实践，将点火提前角调为21～22°较为合理。此时发动机排气温度为580℃左右，燃烧室压力为219MPa 左右，无爆燃现象。点火提前角每2月检查1次，检查时用点火正时灯卡钳夹住R1或R6缸高压导线，用正时灯照飞轮上的正时条刻度，若不在范围内，在磁电动机端进行调整
。
图2 点火提前角与压力、排温关系曲线
212 定期调整气门间隙，检测空燃比
每3月对发动机进、排气门间隙进行检查，使气门间隙约为0113mm ，不符合则进行调整。为保证气门间隙调整准确，采用逐缸调整法，即按点火顺序进行。同时检查发动机两边空燃比，检查时，使发动机在空载状态下，转速为900r/m in，二级减压阀后压力为0117MPa 时进行，用专用U 形管差压计分别接在调压阀燃气及空气管路上，观察压差值是否在11413～13917mmH 2O 之间，最佳值为127mmH 2O，若不符合调节调压阀调节螺栓，且两边的差压值必须一致。213 定期检查发动机汽缸压力
汽缸压力是评定发动机汽缸、缸盖等部分工作好坏的一项重要指标，每6月应测量1次汽缸压力。L7042GSI 型天然气发动机的汽缸压力为1107～1120MPa，最小不低于0190MPa，否则应检查活塞环、缸套或进排气门密封情况是否良好。测量发动机汽缸压力时先断开低压点火线接头，关闭燃气进口闸门，拆除所有缸的火花塞，装上缸压表。然后按照启机程序启动发动机，启动马达盘车时记录最高表压值则为该缸缸压值。再拆除缸压表装在下一个缸上，重复启机程序，依次测完所有缸。当条件具备时，可以安装多个缸压表同时测量。214 定期检查火花塞点火状况，定期清碳
在每2月的常规保养中，检查所有缸的火花塞，主要检查火花塞的积碳、中间极的烧蚀情况及
(下转第108页)
的电动机泵停止运转时，冷却水管道将没有冷却水
压力,P LC会接受到相应信号并输出1个电信号到备用电动机泵的继电器使其启动，继续冷却循环水，避免伊顿刹车的动、静摩擦盘过热爆裂。114 报警参数设置及报警信息显示
报警参数设置共分5个画面来完成参数设置功能。每个画面均设置1项报警功能。
第1个参数是发生报警的参数，当系统检测值超过该值时，系统会有报警提示，并启动相应功能；第2个参数是自动解除报警的回差，当测量值回落到报警参数+回差值后，报警自动解除。当有新报警发生
时，系统自动转到该画面，或者触摸AL M按钮，也可以进入该画面。该画面会以文字方式提示当前发生的报警项目。系统提供的报警信息可能是以下的某一条或全部。其中，功能报警有6项:①水罐液位低报警;②进水压力低，开备用泵，报警;③进水压力低，禁用刹车，报警;④进水温度高，开启风机，报警;⑤出水温度高，报警;⑥进出水温差过大，报警。故障报警有3项:①进水温度传感器故障;②出水温度传感器故障;
③水压力传感器故障。功能报警的第2～6项报警参数可在一体机设置，第1项报警参数可通过调整传感器改变水位。故障报警第3项为系统传感器检测，以避免采集到错误的数据。2 现场应用及结论
油田伊顿刹车系统保护装置于2008年6月在胜利油田黄河钻井总公司70578钻井队的利深102井应用。该井井深为4036m，钻具质量大，对刹车装置的刹车性能要求很高，也需要良好的冷却水循环冷却刹车盘。通过设置各故障点，检测发现该装置对冷却水循环系统的电动机自启动、水温水压报警、冷却风机运行等都能快速反应，也能使操作人员及时发现和处理因为刹车系统故障带来的安全问题，保障钻井安全生产，避免井下事故和人员伤害，目前该装置仍运行良好。
使用伊顿刹车系统保护装置，可有效延长伊顿刹车系统的使用寿命，减少因为冷却水循环系统失效引起的刹车故障。
第一作者简介：邓永超，工程师，生于1971年,1993年毕业于重庆石油学校机械专业。地址:(257000)
山东省东营市。
收稿日期:2009-04-23
(本文编辑 丁莉萍)
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间隙是否符合规定(中间极与侧极间隙01381 mm)。若有积碳则清除，若中间极烧蚀则更换，间隙变大则进行调整，确保其工况正常，防止因个别火花塞不点火，导致其它缸超载。此外，在每年进行的项修中，对缸盖火面、缸套上边缘的积碳进行彻底清理，无法清理则进行更换。
215 更换发动机使用的天然气
从调研吐哈油田各单位轻烃装置生产的天然气来看，通过引进组分更有利于机组运行的的天然气，可以从根本上解决抗爆震指数低的问题。丘陵120万m3/d轻烃装置的天然气抗爆震指数为86143，远高于原天然气抗爆震指数(67105～72194)，且接近规定要求。因此，通过现有天然气联网管线引进丘陵120万m3/d轻烃装置的天然气作为L7042GSI型天然气发动机燃气。
3 改进后的效果分析
通过上述措施后,5台L7042GSI型天然气发动机每月因故障停机次数平均降为1～2次，运行故障率降为112%。在二、三保中，再未发现连杆瓦巴斯合金层普遍脱落的现象，个别连杆瓦有脱落但面积在5%以内，实施措施后未进行大修，主轴瓦未拆除过，根据连杆瓦的状况推断主轴瓦状况应当良好；未发现活塞、气门烧蚀现象；同时涡轮增压器损坏也降为1～2台。故障方面除转速波动外，其余故障均未出现。措施实施2年来直接节约配件成本831978万元，增加原油产量01876万t，产生经济效益2903194万元，并大大减轻了维修人员的劳动强度。
第一作者简介：杨小平，助理工程师，生于1976年, 2008年毕业于新疆大学机电一体化专业，现从事天然气发动机及压缩机管理工作。地址:(838202)新疆鄯善县。电话:(0995)8379234。
收稿日期:2009-10-09
(本文编辑 刘 峰)
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