MAK 12V32原油主机单缸异常高温故障排查浅析

王亚楠,张 敏,赵 磊

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300452;2.天津博迈科海洋工程有限公司,天津 300457)

MAK12V32原油主机单缸异常高温故障排查浅析

王亚楠1,张 敏2,赵 磊1

(1.海洋石油工程股份有限公司,天津 300452;2.天津博迈科海洋工程有限公司,天津 300457)

南海某平台MAK 12V32原油主机调试阶段燃烧含硫燃料发生排气高温故障。使用电子爆压表监测比对各气缸压力曲线对造成排气高温故障的原因进行分析发现Cyl7缸内压力存在升压缓慢、发火时间晚等异常现象。分析排查发现Cyl7排气门存在烧蚀现象，这也解释了压力曲线异常的原因。基于上述分析结果，对如何避免因使用高含硫燃料造成排气门烧蚀现象的发生给出了建议。

原油主机，爆压曲线，排气门烧蚀，润滑油碱值

0 引 言

主电站是海上油(气)田工程的心脏，它为整个工程的生产和生活等设施提供电力能源，以保证海上油(气)田工程正常、连续、安全地进行生产[1]。

南海某平台主电站原油主机在投产前的原油模式稳定性测试时使用高含硫轻质原油作为燃料发生排气异常高温故障。为了保证平台主电站稳定运行，调试人员运用多种手段对故障原因进行分析，最终确定故障位置并制定出有效的解决方法及预防措施。故障分析及处理办法可为今后处理类似问题起到一定的参考作用。

1 故障描述

MAK 12V32原油主机是MAK 厂家生产的12缸、缸径320 mm、汽缸V型排列、输出功率为4 500 kW的四冲程原油主机。在使用含硫轻质原油连续运行500 h后发生单缸排气高温故障。主机低负载运行时Cyl7比其他气缸排气温度高100 ℃(见图1)，随着主机负荷提高Cyl7排气温度升高达到报警值。

图1 排气温度Fig.1 Exhaust temperature

2 故障分析及问题排查

2.1 气缸高温故障分析

故障原因分析过程中调试人员遵循了由外而内、由简至繁的基本原则，并对原油主机缸套水冷却系统、高压油泵喷油压力、气缸爆压曲线进行了细致的故障排查。

2.1.1缸套水冷却系统检查

启动原油主机冷却水循环泵调节泵出口压力，达到额定压力时，利用便携式电磁流量计测量泵出口流量确定能够达到额定流量。打开Cyl7缸套水排气丝堵并确认缸套水流道畅通水流正常，因此排除冷却效果不佳造成异常高温。

2.1.2高压油泵标定

拆下Cyl7高压油泵并对其喷嘴进行清洁，将其安装在压力测试实验台上后对高压油泵喷油压力进行标定，同时检查高压喷嘴雾化效果(见图2)。在雾化状态中，燃油雾化均匀，没有明显的肉眼可见的飞溅油粒，连续的油柱和极易判别的浓稀不均匀现象[2]。因此排除由于高压油泵喷油压力低或喷嘴雾化效果不好导致的燃烧不良，影响原油主机运行稳定性的并非高压油泵方面原因。

2.1.3爆压曲线数据采集

四冲程原油主机一个做功循环分为四个步骤，包括进气—压缩—做功—排气四个冲程[3]。启动原油主机使其稳定运行在15%负荷工况下，分别采集12个气缸的爆压数据，分析气缸爆压曲线(见图3)，在主机工作负荷较低时气缸Cyl9未发火，气缸工作压力曲线平缓。Cyl7压缩冲程升压速度明显低于其他气缸，同时做功冲程发火时间较其他气缸也存在滞后现象。

图3 气缸爆压曲线(15%负荷)Fig.3 Cylinder pressure curve (15% load)

随后提高主机输出功率达到40%额定负荷，再次采集气缸爆压数据，分析气缸爆压曲线(见图4)，此时Cyl7的压缩冲程缸内压力升压速度明显慢于其他气缸。做功冲程存在发火时间晚，发火压力低，峰值压力低的异常情况。

图4 气缸爆压曲线(40%负荷)Fig.4 Cylinder pressure curve (40% load)

经过对气缸爆压曲线几次的综合对比可以发现，气缸Cyl7排气高温的原因主要是气缸密封不严，循环做功过程中高温燃气泄漏造成了气缸内压力下降、排气温度升高。

2.2 气缸泄漏位置判断

气缸泄漏位置的检查工作同样遵循了由外而内、由简至繁的基本原则，此次排查分别对气缸Cyl7的密封垫片，活塞环，气缸进、排气门进行了检查。

首先，对无需拆解气缸就可以检查到的位置进行排除。主机运行过程中，可检查缸体确认气缸密封面无损坏泄漏情况。通过检查油雾浓度探测器，确认曲轴箱没有由于燃料气泄露导致润滑油蒸发油雾浓度升高[4]。

然后，逐项检查缸头密封垫片和油雾浓度，基本排除密封垫片和活塞环损坏造成的气缸泄漏。最终将故障位置锁定在气缸气门。主机停机冷却后将气缸Cyl7的缸头拆下，发现气缸排气门合金密封面烧蚀严重(见图5)，更换新排气门后问题得以解决，测试结果发现Cyl7压力和温度均恢复正常值。

图5 排气门烧蚀情况Fig.5 Exhaust valve ablation

3 排气门烧蚀原因及解决办法

原油主机运行500h后发生了排气门烧蚀，主要原因就是临时使用高含硫燃料油却未对润滑油进行更换。

含硫燃料在燃烧过程中会生成二氧化硫和三氧化硫，它们在低于露点温度时与废气燃烧生成的水分形成了亚硫酸和硫酸，亚硫酸和硫酸对气缸内部件极易造成腐蚀。排气门被腐蚀的同时受高温高压废气冲蚀又造成了密封面合金脱落，排气门与气门座无法正常闭合密封从而产生泄漏。

解决含硫燃料对主机部件腐蚀的主要方法是采用中和法，选用合适碱值的润滑油中和燃烧反应产生的硫酸和亚硫酸能起到保护机组的作用。

润滑油中碱性化合物和燃料中含硫成分燃烧生成硫化物作用的过程如下：

CmHnS+XO2→mCO2+nH2O+SO2,

SO2+H2O→H2SO3,

SO2+O2→SO3+nH2O→H2SO4,

H2SO4+CaX→CaSO4+H2X.

中和反应生成物主要是CaSO4，其熔点较高(约1450℃)，不致熔融在发动机内部，大部分可以随废气排出，只有少部分留在发动机内部。而CaSO4的莫氏硬度只有1.5～2，比气缸壁和活塞环的硬度小得多，因此对设备磨损并不大[5]。更换合适碱值的润滑油后机组运行平稳，故障得以解决。

4 结 语

本文案例中原油主机单缸排气高温的主要原因是气缸排气门受到含硫燃料燃烧产物中酸性物质的腐蚀，导致密封面合金脱落造成排气门与气门座无法正常封闭，燃烧产生的高温气体在做工冲程通过腐蚀产生的间隙进入排气道，从而造成排气高温。更换新排气门后气缸工作压力和排气温度恢复正常。

为避免类似情况再次发生，保证发电机组正常稳定运行，有以下建议：(1) 发电机组运行过程中做好巡检记录，发现异常情况要及时汇报并处理。(2) 发电机燃料更换前必须对新换燃料进行化验，确认燃料组分变化不会影响发电机组正常运行才能更换。(3) 保证发电机组滑油分油机处于运行状态。定期对润滑油进行化验检查润滑油常规指标，当润滑油指标发生变化时要及时处理[6]。

[1] 安维杰，蔡振东，王沛泉，等. 海洋石油工程：机械与设备设计[M].北京:石油工业出版社，2007.

[2] 沈维道，童钧耕. 工程热力学[M]. 北京. 高等教育出版社，2004.

[3] 黄全印. 影响喷油器总成雾化性能的原因及分析[J]. 内燃机,2010(1):56.

[4] 郭旦，张权，孙晓蔚. 柴油机曲轴箱油雾探测系统分析[J]. 机电设备,2015(4):25.

[5] 邓广勇. 船用柴油机润滑油的应用[C]. 中国石油润滑油科技情报站年会,2002.

[6] 董魏. 柴油机润滑油的使用有关问题探讨[J]. 科技风,2013(2):84.

AbnormalHighTemperatureTroubleshootingAnalysisofOneCylinderinCrudeOilEngineMAK12V32

WANG Ya-nan1, ZHANG Min2, ZHAO Lei1

(1.OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300452,China;2.BOMESCOffshoreEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300457,China)

Abnormal high temperature trouble happened in one cylinder of the diesel engine MAK 12V32 on a certain subsea platform in the South China Sea during the commissioning phase. Through the troubleshooting analysis of the data of crude oil engine operation, it is found that the Cyl7 exhaust temperature is too high. Then analysis of the reasons for the high temperature trouble of the exhaust gas by the comparison of pressure curve of each cylinder by using the electronic explosion pressure gauge has found that the pressure in the cylinder Cyl7 rises too slowly and the ignition is delayed. Further inspection shows that ablation phenomenon does exist in the exhaust valve itself, which can explain why the pressure curve is abnormal. Based on the above analysis, suggestions are given to avoid the ablation of exhaust valve caused by using high sulfur fuel.

crude oil engine; explosion pressure curve; exhaust valve ablation; base number of lubricating oil

2016-07-07

王亚楠(1984—)，男，工程师，主要从事海上油气田设备调试。

TE54

A

2095-7297(2016)05-0320-03