劉汝鑫，張永潔，張文琦

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西 榆林 719000）

卡特彼勒G3600系列發(fā)動機爆震問題應對

劉汝鑫1，張永潔2，張文琦1

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西 榆林 719000）

蘇里格氣田采用井間串接、中低壓集氣、增壓外輸?shù)牡孛婕敼に嚒Ｔ谠撃Ｊ街?，處理廠的天然氣壓縮機組，其運行狀態(tài)直接關系到氣田外輸供氣能力。為提高設備運行效率，降低日常生產(chǎn)中最常見的爆震故障發(fā)生率，通過全面分析故障原因，制定了具有針對性的行之有效的應對措施，并取得了一定效果。

天然氣壓縮機組；發(fā)動機；燃燒；爆震；空燃比

天然氣壓縮機組是天然氣處理廠日常生產(chǎn)運行中的關鍵設備，其運行穩(wěn)定與否直接關系到天然氣生產(chǎn)任務的順利完成。然而機組運行中頻發(fā)的故障大大影響了機組的運行效率，其中爆震故障占全年故障總量的50%左右，且尤以冬季生產(chǎn)高峰期間多發(fā)，極大地危害了機組安全運行，影響天然氣生產(chǎn)效率，增加了維修維護工作量及成本投入。

1 爆震的危害

爆震會造成發(fā)動機動力下降、油耗增加、噪音加大、排放惡化，嚴重的可引起氣缸壁、活塞、活塞環(huán)、氣門、連桿及連桿瓦等運動件發(fā)生變形損壞，增大運行及維護成本。

2 卡特彼勒G3600系列發(fā)動機爆震控制策略

發(fā)動機每兩個相鄰氣缸間設置一個爆震傳感器，利用加速度傳感器來測量發(fā)動機的加速度變化即震動值，對發(fā)動機的過度爆震進行監(jiān)控。其采集氣缸的震動數(shù)據(jù)并傳送至ECM進行處理以確定爆震等級。若爆震傳感器偵測到的氣缸震動量超過ECM中的震動設定值，則ECM判定發(fā)動機爆震，隨即延遲點火正時（點火提前角），若正時延遲無法抑制爆震到可接受的范圍內(nèi)，ECM會發(fā)出指令關閉發(fā)動機。

3 可能導致爆震故障的原因

3.1 發(fā)動機負荷過高

發(fā)動機超負荷運行會大大增加機組的爆震傾向，日常運行時需確保發(fā)動機負荷在合理范圍內(nèi)（80%～100%）。處理廠天然氣壓縮機組常年在85%～98%的負荷區(qū)間運行，不存在超負荷運行導致機組爆震傾向增大的可能。

3.2 爆震傳感器故障

爆震傳感器本身或相關電路的故障可能導致系統(tǒng)發(fā)出誤報警。處理廠對系統(tǒng)接線進行了檢查，確認爆震傳感器本身及其接線完好無故障，排除傳感器故障導致爆震頻發(fā)的可能性。

3.3 氣缸積碳

發(fā)動機潤滑油加注過量會導致氣缸積碳。排除故障時應檢查是否存在以下情況：（1）在閥座上的堆積物；（2）在閥面上的堆積物；（3）在氣缸內(nèi)壁上的堆積物超過活塞活動的上限；（4）內(nèi)部滲漏跡象。

處理廠通過故障統(tǒng)計并利用更換缸頭的機會對氣缸積碳情況進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)嚴重積碳現(xiàn)象，且嚴格落實“三級巡檢”制度，確保機組各項運行參數(shù)在合理范圍內(nèi)?；九懦藲飧追e碳造成各臺機組頻發(fā)爆震的可能性。

3.4 氣缸進液

在某些情況下，乙二醇冷卻液滲漏進預燃室并參與燃燒會導致爆震。日常運行中應監(jiān)視各缸排氣溫度，若溫度高于正常值，則需檢查氣缸是否有冷卻液滲漏現(xiàn)象。此外，處理廠閃蒸氣接入低壓燃氣系統(tǒng)。若閃蒸溫度過高，會造成閃蒸分離器液相中分子量較大的烴類物質揮發(fā)成氣相，這部分重烴類物質進入低壓燃料氣管網(wǎng)后，造成燃氣數(shù)據(jù)與機組控制系統(tǒng)設置值不一致。自2014年低溫分離器排液流程進行了自動連排改造后，流經(jīng)凝液換熱器的凝液呈小流量、連續(xù)性的特點，平均每分鐘通流0.0054m3，這就使得閃蒸溫度遠遠超過工藝許可范圍，大量重烴進入燃氣系統(tǒng)，爆震傾向大大增加。

3.5 空氣進氣溫度過高

空氣進氣溫度過高會導致氣缸內(nèi)混合氣溫度過高，從而引發(fā)爆震停機?？赡軐е驴諝膺M氣溫度過高的原因有：（1）環(huán)境溫度高；（2）冷卻液溫度高；（3）中冷器過臟，換熱效率差；（4）低濃度燃料運行；（5）空濾不暢；（6）溫度傳感器故障；（7）后冷卻器冷卻效果不佳。處理廠地處沙漠腹地，冬夏兩季溫差巨大，但機組爆震故障多發(fā)于冬季生產(chǎn)運行期間，故排除空氣進氣溫度高導致機組爆震故障頻繁的可能性。

3.6 針閥開度不當

針閥開度不當將引起預燃室內(nèi)空燃比異常從而導致預燃室熄火，該氣缸不工作，進而其它氣缸會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，并發(fā)生爆震。通過排查，各臺機組每個氣缸燃燒時間均存在程度不一的差異，判斷針閥開度不當是引發(fā)爆震故障頻發(fā)的原因之一。

3.7 空燃比不當

空燃比不當會造成氣缸內(nèi)混合氣體的濃度比例失當，當混合氣過濃時，容易引發(fā)爆震?？紤]氣田開發(fā)10年來，天然氣組分可能發(fā)生微量變化進而影響燃氣熱值、比重等關鍵數(shù)據(jù)，燃氣數(shù)據(jù)設置不合理可能是引起爆震故障頻發(fā)的原因之一。

3.8 點火不良

如果某氣缸出現(xiàn)點火不良現(xiàn)象，進而其它氣缸會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，并發(fā)生爆震。此時，防止機組出現(xiàn)點火不良就變成了抑制爆震的前提條件。綜上所述，我們判斷導致機組爆震故障頻發(fā)的主要原因有以下幾點：（1）氣缸進液；（2）燃氣數(shù)據(jù)失當造成空燃比不當引發(fā)爆震；（3）針閥開度不當引發(fā)爆震；（4）火花塞、單向閥故障引起氣缸點火不良而誘發(fā)爆震。

4 抑制爆震的措施

4.1 調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)燃氣數(shù)據(jù)設置

針對機組爆震故障在冬季多發(fā)、頻發(fā)的情況，選在2015年8月對7臺天然氣壓縮機組發(fā)動機燃料氣重新取樣，進行組分化驗分析，重新標定燃料氣設定熱值。為使本次化驗結果準確可信，最接近實際情況，取樣位置選在燃料過濾器之后，燃氣切斷閥之前的壓力表處。取得燃料氣高位熱值、低位熱值、比重等關鍵數(shù)據(jù)后，由現(xiàn)場專業(yè)技術人員使用發(fā)動機控制診斷軟件（ET）對系統(tǒng)內(nèi)燃氣設定值重新進行寫入。

4.2 優(yōu)化工藝流程已降低燃氣內(nèi)重烴組分含量

4.2.1 控制閃蒸溫度，降低燃料氣中重烴揮發(fā)性物質含量

為解決低溫分離器聯(lián)排后排液量過小造成凝液過熱的問題，處理廠停運了1#、3#閃蒸系統(tǒng)，裝置排液全部通過2#閃蒸系統(tǒng)進行處理，有效解決了上述問題。并對3臺凝液換熱器蒸汽進口管線調(diào)節(jié)閥閥芯進行拆檢更換，對執(zhí)行機構及溫度連鎖控制進行調(diào)試，保證閥門啟閉嚴密，調(diào)節(jié)靈敏；在凝液換熱器蒸汽進口旁通管線閘閥下游加盲板封堵，杜絕蒸汽因閥門內(nèi)漏進入換熱器，保證重烴類物質不因溫度過高而進入燃氣系統(tǒng)。

4.2.2 改造工藝流程，保障燃氣品質

在燃料氣區(qū)閃蒸氣和不凝氣出口管線處增設一臺套管式換熱器，與裝置區(qū)低溫分離器來液進行換熱后進入新增的立式分離器，對凝析出的液體進行有效分離。分離后的液體進入凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)，氣體進入燃料氣系統(tǒng)經(jīng)燃氣分液罐再次分離，將燃氣中重烴類物質含量控制在一個較低的水平，保障了燃氣品質，抑制機組爆震傾向。通過改造，閃蒸氣和不凝氣析出的凝液將不再帶入下游燃氣系統(tǒng)，這將會有效降低機組爆震故障發(fā)生率。

圖1 裝置區(qū)低溫凝液流程

4.3 定期檢查針閥開度，標定燃燒時間

機組運行一定時間后，燃燒時間會發(fā)生不可控的偏移，為使機組保持良好的運行狀態(tài)，每季度應使用卡特彼勒電子技師軟件（Cat ET）對天然氣壓縮機組的燃燒時間進行一次標定，確保各氣缸的實際燃燒時間與預定燃燒時間差異在±0.20ms之內(nèi)。

4.4 加密火花塞檢查頻率

火花塞長時間工作后，中心電極與側電極會因為金屬端的損耗或積碳造成極間間隙的變化，該變化可能導致：（1）氣缸失火從而造成其他氣缸超負荷運行引起爆震；（2）火花塞積碳蓄熱，造成燃料提前點火，引起不可控的爆震。為提高火花塞及單向閥的可靠率，機組每運行1000小時以上，需對火花塞進行檢查，將電極間隙調(diào)整為0.29±0.03mm（0.011±0.001in）；對單向閥進行檢查更換。

4.5 定期檢查更換燃氣濾清器濾芯

為減少燃氣系統(tǒng)帶液造成的發(fā)動機爆震故障次數(shù)，處理廠組織保運隊伍每1000小時維護保養(yǎng)時對燃氣過濾器濾芯進行檢查，技術人員現(xiàn)場確認，發(fā)現(xiàn)異常及時更換。機組每運行5000小時后強制更換燃氣過濾器濾芯。

4.6 加強運行參數(shù)監(jiān)控及人員培訓

運行狀態(tài)監(jiān)控是保證設備高效運轉的關鍵所在，為此，需對操作員工進行系統(tǒng)培訓，嚴格管理，確保機組運行狀態(tài)受控。（1）對監(jiān)控崗員工進行燃料氣系統(tǒng)工藝流程培訓，要求員工密切關注低壓燃料分液罐液位，及時對分液罐進行排液操作；（2）對操作崗員工進行機組相關知識培訓，使員工清楚各個關鍵點運行控制風險所在，從根源上杜絕潤滑油加注過量、點火系統(tǒng)故障停機后盲目啟機等現(xiàn)象。

5 結論及效果評價

通過采取一系列抑制爆震的措施，機組爆震故障率自2014年的48.37%下降至2016年的32.64%，有效減少了機組維修維護工作量，顯著節(jié)約了設備運行維護成本，并且極大的提升了生產(chǎn)運行效率。

[1]劉磊. 燃氣發(fā)動機爆震故障處理[J].化工管理.2015(05).

[2]于吉超等. 稀薄燃燒汽油機爆震特性[J].燃燒科學與技術濟，2007(02).

TK433

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0104-02