崔家訓(xùn) 黃 凱

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

雙燃料四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸的原因及防范措施

崔家訓(xùn) 黃 凱

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司曹妃甸FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文主要介紹海上油田作為主發(fā)電站的四沖程柴油機(jī)的拉缸現(xiàn)象和征兆及其產(chǎn)生的根本原因，并根據(jù)曹妃甸油田主電站所用德國(guó)MAN雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所出現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行具體的技術(shù)分析，并提出較好的預(yù)防柴油機(jī)拉缸事故方面的預(yù)防措施。針對(duì)引起拉缸的典型故障情況，故障原因、應(yīng)急處理以及預(yù)防措施進(jìn)行總結(jié)分析，目的在于提高電站管理人員的警惕性，防止類似事故的發(fā)生，也為以后進(jìn)一步提高電站的穩(wěn)定性和安全性提供參考。

FPSO主電站；雙燃料柴油機(jī)；拉缸現(xiàn)象；預(yù)防措施

引言

隨著雙燃料柴油機(jī)在海上石油生產(chǎn)和生活中運(yùn)用越來(lái)越廣泛，作為維系整個(gè)油田生產(chǎn)平臺(tái)安全生產(chǎn)和生活最重要的核心設(shè)施，主要為油田的日常生產(chǎn)和生活提供動(dòng)力的作用，被譽(yù)為海上油田的“心臟”。因此一旦出現(xiàn)拉缸的嚴(yán)重事故，除了會(huì)影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性和可靠性之外，還會(huì)影響整個(gè)油田的正常穩(wěn)定生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐烧麄€(gè)油田的生產(chǎn)的中斷，造成的經(jīng)濟(jì)損失會(huì)難以估計(jì)。因此對(duì)柴油機(jī)拉缸故障的形成機(jī)理進(jìn)行分析，找出早期預(yù)報(bào)和正確的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)電站的安全管理和提高電站可靠性以及延長(zhǎng)主電站的使用壽命，確保海上石油生產(chǎn)和生活的安全順利進(jìn)行都會(huì)有及其重要的意義。

1 拉缸的現(xiàn)象和征兆

柴油機(jī)拉缸現(xiàn)象是指柴油機(jī)活塞組件與氣缸配合工作面相互劇烈作用（產(chǎn)生干摩擦），在工作表面上產(chǎn)生過(guò)度磨損、拉毛、劃痕、擦傷、裂紋或咬死的現(xiàn)象。如圖1、圖2所示：

圖1 拉缸故障損傷的氣缸壁

圖2 拉缸故障損傷的活塞裙部

程度較輕時(shí)，會(huì)使氣缸套、活塞組件受損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣缸卡死進(jìn)而拉斷活塞連桿、打壞機(jī)體、造成惡性機(jī)損事故，同時(shí)也會(huì)危及現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人身安全。拉缸現(xiàn)象的產(chǎn)生和柴油機(jī)的其他故障一樣，在惡性事故發(fā)生前都會(huì)有明顯的征兆。柴油機(jī)的拉缸故障的具體現(xiàn)象表現(xiàn)會(huì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）運(yùn)轉(zhuǎn)聲音不正常，發(fā)出“吭吭”聲或“嗒嗒”聲。

（2）機(jī)器轉(zhuǎn)速下降乃至自動(dòng)停車。

（3）在故障表現(xiàn)較輕時(shí)，測(cè)量曲拐箱的壓力，會(huì)發(fā)現(xiàn)曲拐箱的壓力會(huì)有明顯的上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成曲拐箱的防爆門打開(kāi)，曲拐箱內(nèi)會(huì)沖出煙霧或著火。

（4）觀察受損氣缸的排煙溫度、機(jī)體冷卻水的溫度和潤(rùn)滑油的溫度都會(huì)有顯著的升高。

（5）維修保養(yǎng)時(shí)，檢查拆下的氣缸和活塞，可以發(fā)現(xiàn)缸套和活塞環(huán)、活塞工作表面有呈藍(lán)色或暗紅色的區(qū)域，并伴有縱向拉痕；缸套、活塞環(huán)，甚至活塞裙部會(huì)出現(xiàn)異常磨損，磨損量和磨損率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常值。

2 拉缸故障的原因和預(yù)防措施

能夠造成柴油機(jī)拉缸故障的原因有很多。其中不僅包括由于設(shè)備本身的制造、設(shè)計(jì)、選材不當(dāng)所造成的原因，還包括在維修裝配和日常使用和管理不當(dāng)?shù)确矫娴脑颉?duì)于目前海洋石油各個(gè)油田所使用的柴油機(jī)，都是在技術(shù)上比較成熟的機(jī)型，不論是德國(guó)MAN的、卡特彼勒的還是瓦錫蘭的柴油機(jī)，其本身的制造和設(shè)計(jì)缺陷基本很少，作為預(yù)防和分析這種故障發(fā)生的原因，本文主要考慮從維修安裝和日常使用和管理方面進(jìn)行分析。

2.1 維修安裝時(shí)活塞環(huán)的安裝錯(cuò)誤或間隙不好

活塞環(huán)的開(kāi)口安裝錯(cuò)誤或活塞環(huán)的搭口間隙太大，都會(huì)造成高溫高壓的混合燃?xì)馔ㄟ^(guò)活塞環(huán)，從而破壞活塞和氣缸之間的潤(rùn)滑油膜，造成氣缸和活塞環(huán)的干摩擦。如果活塞環(huán)的搭口間隙太小，由于活塞環(huán)在高溫高壓的氣體作用下會(huì)受熱膨脹，如果活塞環(huán)沒(méi)有足夠的膨脹間隙，就會(huì)造成活塞環(huán)的而卡死或折斷，也會(huì)造成活塞和氣缸之間的潤(rùn)滑油膜損壞，造成拉缸。同時(shí)在安裝活塞環(huán)時(shí)，要精確測(cè)量活塞環(huán)和活塞環(huán)槽的尺寸，如果活塞環(huán)槽和活塞環(huán)之間的間隙太大，一旦環(huán)槽內(nèi)積碳太多也會(huì)造成活塞環(huán)的卡死或折斷，破壞活塞和缸套之間的潤(rùn)滑造成拉缸事故。由于活塞環(huán)的裝配在設(shè)備的維修中的重要作用，因此就要求我們?cè)诰S修時(shí)，要嚴(yán)格按照要求安裝活塞環(huán)，并認(rèn)真測(cè)量活塞環(huán)的各項(xiàng)配合間隙。

2.2 活塞銷配合尺寸問(wèn)題

活塞銷卡環(huán)的如果安裝錯(cuò)誤就會(huì)造成在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中卡環(huán)的損壞或者脫落。剝落的金屬屑就會(huì)落在汽缸內(nèi)，造成氣缸和活塞的拉傷，影響活塞環(huán)的密封，使高溫高壓的燃?xì)膺M(jìn)入氣缸，破壞潤(rùn)滑從而造成拉缸事故。另外，如果活塞銷與活塞和連桿小端的配合尺寸太小話，在所處的比較極端的環(huán)境下，活塞銷就會(huì)卡死連桿和活塞，使得活塞在氣缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向和狀態(tài)就會(huì)改變，這樣就會(huì)在活塞和氣缸的表面出現(xiàn)擦傷的狀況，從而破壞密封影響潤(rùn)滑，造成拉缸。如果活塞銷的配合間隙太大的話，在柴油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，活塞銷就會(huì)外竄，碰觸汽缸壁，造成拉缸故障。

由于活塞銷的重要性，就要求我們?cè)诿看纬闄z解體活塞時(shí)，都要在安裝前仔細(xì)核對(duì)好活塞銷和連桿小端以及活塞的配合間隙是否符合標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于我們這邊的的雙燃料柴油機(jī)，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)，油田對(duì)電力的需求的增大，長(zhǎng)期在高負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)于這點(diǎn)應(yīng)該更好特別注意。另外在安裝活塞銷卡環(huán)時(shí)還要注意卡環(huán)的開(kāi)口方向，卡環(huán)是否全部進(jìn)入了卡環(huán)槽中，防止在云裝時(shí)，卡環(huán)從卡槽中拖出，從而造成重大設(shè)備故障。

2.3 氣缸、活塞和連桿問(wèn)題

氣缸套由于在長(zhǎng)期的高負(fù)荷的運(yùn)行中，運(yùn)行條件比較惡劣，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，氣缸套的圓度、圓柱度公差都有可能超出正常允許的范圍，這樣就會(huì)使活塞與缸套密封性大大降低，氣缸內(nèi)的高溫高壓氣體下竄，就會(huì)破壞活塞與氣缸壁之間的潤(rùn)滑油膜，進(jìn)而引起拉缸。

如果想從根本過(guò)上預(yù)防這種故障的發(fā)生，目前曹妃甸油田的主電站的柴油機(jī)在每次大修時(shí)，都嚴(yán)格按照要求進(jìn)行氣缸的絎磨，然后認(rèn)真測(cè)量氣缸套的各個(gè)部位尺寸，使之符合要求的標(biāo)準(zhǔn)。檢查氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)。

另外由于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)受力比較大，這樣就存在連桿在大負(fù)荷下產(chǎn)生彎曲和扭曲變形的可能，連桿軸頸、主軸頸的平行度和同軸度偏差過(guò)大，就會(huì)在活塞運(yùn)行時(shí)偏離正常的方向，會(huì)加速活塞環(huán)、活塞及氣缸壁的磨損，影響潤(rùn)滑油膜的形成。這就要求我們?cè)诖笮迺r(shí)要養(yǎng)個(gè)測(cè)量各個(gè)部件的尺寸和間隙配合是不是在手冊(cè)要求的范圍內(nèi)，一旦尺寸不對(duì)，要及時(shí)的進(jìn)行維修和更換。

如果在維修安裝的時(shí)候連桿螺絲沒(méi)有上緊也會(huì)造成拉缸的現(xiàn)象。這是因?yàn)闅飧妆陲w濺潤(rùn)換的滑油是通過(guò)連桿傳輸上去的，如果沒(méi)有上緊的話，滑油就會(huì)大量的泄漏，從而影響氣缸壁的潤(rùn)滑和活塞的頂部冷卻，從而會(huì)造成拉缸的一個(gè)原因之一。為了避免這種情況的發(fā)生，就需要我們?cè)谧鲈O(shè)備的維修和保養(yǎng)時(shí)候需要嚴(yán)格按照要求的力矩安裝螺栓，并做進(jìn)一步的檢查，確保所有螺栓都是沒(méi)有問(wèn)題的。

2.4 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的問(wèn)題所造成的拉缸

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和維護(hù)的過(guò)程中，由于滑油系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題而造成拉缸現(xiàn)象甚至設(shè)備損壞的嚴(yán)重后果是非常常見(jiàn)又易于發(fā)生的。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一旦滑油系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)造成很大的安全設(shè)備事故。這一節(jié)主要講述滑油系統(tǒng)和拉缸的故障的直接關(guān)系。而滑油系統(tǒng)如果出現(xiàn)問(wèn)題，主要易于存在于以下幾個(gè)方面：

2.4.1 發(fā)電機(jī)組在低油壓狀態(tài)下運(yùn)行

這種故障在柴油機(jī)的運(yùn)行和管理中是最易于出現(xiàn)的，也是最容易提前預(yù)防和采取及時(shí)的措施從而避免大的設(shè)備損害的。引起潤(rùn)滑油壓力低的原因也有很多，如汽缸套潤(rùn)滑管道堵塞、分配閥卡死、油泵損壞等。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油在設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中起著潤(rùn)滑、冷卻、防腐、防銹的作用。當(dāng)機(jī)體內(nèi)的滑油系統(tǒng)壓力比較低時(shí)，機(jī)油就很難到達(dá)需要冷卻和潤(rùn)滑的地方，這樣在需要潤(rùn)滑的地方如活塞和汽缸套之間難以建立穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，很容易造成拉缸和燒瓦的嚴(yán)重事故。

一般情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)組都會(huì)有低油壓報(bào)警和關(guān)停的設(shè)置，防止主機(jī)出現(xiàn)大的設(shè)備故障。當(dāng)主機(jī)這一報(bào)警一旦出現(xiàn)后，無(wú)論報(bào)警的真假，我們都應(yīng)該認(rèn)真檢查主機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)是否有問(wèn)題，包括機(jī)帶滑油泵是否工作正常、機(jī)帶滑油泵出口壓力調(diào)節(jié)閥是否工作可靠、滑油自沖洗濾器是否臟堵和金屬碎屑、滑油管線是否有破損造成機(jī)油泄漏的地方、連桿大端和曲軸的間隙是否合適等。并應(yīng)及時(shí)盤車查看個(gè)缸以及各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑情況等。知道找到問(wèn)題的所在，并將問(wèn)題解決后才能再次起車運(yùn)行。

另外在滑油系統(tǒng)中還要特別注意在主機(jī)的控制和監(jiān)控軟件中，滑油的低壓報(bào)警和關(guān)停主機(jī)的設(shè)定參數(shù)是否正常，是否符合現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。比如在海洋石油112主電站1號(hào)主機(jī)就因?yàn)榛偷蛪旱膯?wèn)題造成了主機(jī)的拉缸事故，當(dāng)時(shí)的滑油壓力剛達(dá)到報(bào)警值，在做處理的報(bào)警的時(shí)候，還沒(méi)有來(lái)得及手動(dòng)關(guān)停主機(jī)，就發(fā)生了A6缸拉缸的故障，當(dāng)時(shí)活塞和缸套已經(jīng)粘死，打開(kāi)曲軸箱防爆門，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)缸套上出現(xiàn)了明顯的拉傷痕跡，并且在高溫的作用下已經(jīng)變了顏色，缸套上也出現(xiàn)了裂紋，如下圖3：這次事故發(fā)生后，我們將主機(jī)的滑油壓力低關(guān)斷值和報(bào)警值都進(jìn)行了重新調(diào)整，關(guān)斷值由原來(lái)的2.5bar調(diào)整到2.8bar，報(bào)警值由原來(lái)的2.8bar調(diào)整到3.5bar。這樣一旦主機(jī)出現(xiàn)滑油系統(tǒng)壓力低的狀況，值班人員就會(huì)有比較充分的時(shí)間進(jìn)行處理，手動(dòng)停機(jī)，安排人員進(jìn)行檢查，防止事故的再次發(fā)生。

圖3 拉缸而造成的缸套出現(xiàn)裂紋

2.4.2 發(fā)電機(jī)組在高油壓狀態(tài)下運(yùn)行

除了滑油壓力低會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸事故的原因外，滑油壓力高也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的拉缸事故。這是因?yàn)檎＿\(yùn)轉(zhuǎn)的主機(jī)，如果突然發(fā)現(xiàn)機(jī)組滑油系統(tǒng)的壓力增大，就需要及時(shí)的停機(jī)進(jìn)行檢查，檢查的主要方面為潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)的是否有臟堵或者運(yùn)動(dòng)部件的配合間隙是否合適，潤(rùn)滑油路內(nèi)是否有雜物沒(méi)有清理干凈，造成油路堵塞?；妥詣?dòng)反沖洗濾器是否臟堵，從而由于潤(rùn)滑不良造成拉缸故障。

除了以上幾點(diǎn)外，還有如果潤(rùn)滑油已經(jīng)變質(zhì)，如在運(yùn)行中某處噴油器故障造成燃油進(jìn)入潤(rùn)滑油中，從而使滑油的各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)不到主機(jī)的使用要求，也會(huì)對(duì)主機(jī)的潤(rùn)滑部件造成損傷，燃油進(jìn)入滑油系統(tǒng)中的故障現(xiàn)象在海洋石油112的主電站的使用過(guò)程中就出現(xiàn)過(guò)多次，所幸沒(méi)有發(fā)生大的后果?；蛘邫C(jī)體冷卻水、分油機(jī)故障操作水進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)等都會(huì)造成滑油變質(zhì)，使主機(jī)的潤(rùn)滑條件惡化鑒于這種情況，為了避免這種情況發(fā)生，就要要求我們定期檢查化驗(yàn)潤(rùn)滑油的油質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早更換。

2.5 冷卻系統(tǒng)問(wèn)題

冷卻系統(tǒng)冷卻效果不好這也是造成拉缸故障的一個(gè)主要原因。主要是因?yàn)闄C(jī)體高水溫會(huì)導(dǎo)致氣缸、活塞溫度過(guò)高，潤(rùn)滑不良；也會(huì)使活塞與氣缸套由于過(guò)熱而過(guò)度膨脹變形，失去原來(lái)的正常間隙而拉缸。為了避免這種情況所造成的拉缸，就要要求操作管理人員要時(shí)刻注意主機(jī)缸套水的溫度，定期檢查冷卻水泵的排出壓力，檢查清潔冷卻水換熱器，保證機(jī)體冷卻液的質(zhì)量，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度異常升高，需要馬上關(guān)停主機(jī)進(jìn)行檢查。

另外為了避免拉缸事故的發(fā)生，在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作上也有一定的要求。在主機(jī)啟動(dòng)后要小負(fù)荷的根據(jù)冷卻水的溫度緩慢加載，如果在柴油機(jī)啟動(dòng)后即投入全負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)柴油機(jī)的機(jī)體溫度比較低，活塞和缸套之間的間隙很小,如果潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)任何的一點(diǎn)情況，就非常容易造成主機(jī)的拉缸事故。

2.6 燃油系統(tǒng)問(wèn)題

如果柴油機(jī)的燃油質(zhì)量不好。劣質(zhì)燃油經(jīng)噴油器噴射后的霧化質(zhì)量差，從噴油器中噴出的油粒平均直徑大，一方面會(huì)造成是柴油機(jī)的滯燃期延長(zhǎng)，當(dāng)柴油機(jī)一旦啟動(dòng)，缸內(nèi)壓力就會(huì)迅速升高，從而會(huì)使柴油機(jī)的工作粗暴，甚至產(chǎn)生敲缸；另一方面也會(huì)使主機(jī)的后燃增加，排氣溫度升高，冒黑煙，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重污染燃燒室，所產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物也會(huì)部分混入氣缸壁的潤(rùn)滑油中，在活塞環(huán)槽中堆積，堵塞了槽壁，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使活塞環(huán)卡死，破壞了燃燒室的密封，導(dǎo)致燃?xì)庑孤叮孤兜母邷厝細(xì)饪赡軣魵飧妆谏蠞?rùn)滑油膜，使活塞的潤(rùn)滑狀況更加惡化，這就大大增加了拉缸的危險(xiǎn)。

另外如果噴油器質(zhì)量不好有滴油現(xiàn)象，氣門間隙不對(duì)，或者噴油定時(shí)不好。這幾點(diǎn)也都有可能造成后燃，形成大量的積碳并破壞潤(rùn)滑。

3 柴油機(jī)的管理和應(yīng)急建議

由于柴油機(jī)作為電站的主要?jiǎng)恿?，?duì)整個(gè)油田的生產(chǎn)起到非常關(guān)鍵的作用，如何將電站管好和維護(hù)好就非常的重要，在這里建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行入手：

（1）平時(shí)值班時(shí)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理。多注意設(shè)備的溫度，壓力，油位是否正常。出現(xiàn)異常要及時(shí)調(diào)整和排查。

（2）加強(qiáng)機(jī)組冷卻系統(tǒng)的維護(hù)，確保機(jī)組在適宜的溫度下工作，密切關(guān)注冷卻水的溫度情況。

（3）加強(qiáng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)和管理。使滑油的壓力和溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。定期檢查和清潔機(jī)油濾清器，定期化驗(yàn)油質(zhì)，放殘。當(dāng)滑油液位不足時(shí)及時(shí)補(bǔ)充合格的滑油到合適的液位。當(dāng)滑油變質(zhì)時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理油底殼，更換合格的滑油。

（4）加強(qiáng)燃油系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)。定期檢查和更換燃油濾器，防止外部的機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入氣缸，減少氣缸的磨損和拉傷。

（5）加強(qiáng)增壓器空氣濾器的維護(hù)保養(yǎng)，防止大顆粒的灰塵被吸入汽缸內(nèi)。

（6）在主機(jī)大修更換關(guān)鍵部件后如活塞、、活塞環(huán)和缸套等，要注意柴油機(jī)的磨合，不要急于高負(fù)荷運(yùn)行。

（7）當(dāng)發(fā)現(xiàn)主機(jī)拉缸時(shí)，必須要迅速停車。繼續(xù)保證活塞和缸套的冷卻，同時(shí)進(jìn)行盤車，防止粘死。如因活塞咬死而盤不動(dòng)時(shí)，可待活塞冷卻一段時(shí)間后，再行盤車使之活動(dòng)。

（8）對(duì)主機(jī)容易發(fā)生問(wèn)題的地方，要落實(shí)半小時(shí)巡檢制度，做到交叉巡檢，這樣才能在問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)候能夠及早發(fā)現(xiàn)和處理，避免事故進(jìn)一步惡化。

結(jié)語(yǔ)

總之，拉缸對(duì)柴油機(jī)而言是一個(gè)非常嚴(yán)重的故障，發(fā)生的原因也是多方面的，只要日常工作中認(rèn)真對(duì)故障原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在使用上，嚴(yán)格按照柴油機(jī)保養(yǎng)規(guī)程和使用注意事項(xiàng)執(zhí)行，正確使用，及時(shí)維護(hù)，就一定能減少和避免拉缸故障的發(fā)生，提高機(jī)械設(shè)備的完好率并降低使用成本，為海上石油平臺(tái)的安全穩(wěn)定的生產(chǎn)提供更加可靠的動(dòng)力。