龍 劍

（西南油氣田公司蜀南氣礦塔里木油氣工程分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

國內(nèi)某天然氣處理站配置7 臺(tái)CATERPILLAR 公司的G3608型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)組，設(shè)計(jì)處理能力2×105m3/d，功率2225 HP（1635 kW）。G3608 型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)采用雙獨(dú)立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，主要由空冷器水箱、膨脹水箱、夾套水循環(huán)水泵、中冷水循環(huán)水泵、夾套水節(jié)溫器、中冷水節(jié)溫器、冷卻管路、風(fēng)扇等組成。一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是對發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、夾套、缸蓋、渦輪增壓器進(jìn)行冷卻的夾套冷卻系統(tǒng)；另外一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是對發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器、壓縮空氣后冷卻器、壓縮機(jī)缸套等進(jìn)行冷卻的中冷水系統(tǒng)，兩套冷卻水系統(tǒng)均接入各自的高位膨脹水箱（圖1）。

圖1 G3608 發(fā)動(dòng)機(jī)雙循環(huán)冷卻系統(tǒng)組成

1 故障現(xiàn)象

由于使用年限較長，機(jī)組冷卻液空冷器換熱效果較差。更換冷卻液空冷器后，在啟機(jī)試運(yùn)過程中D 機(jī)組出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)夾套冷卻液膨脹水箱溢流現(xiàn)象。檢查夾套冷卻液系統(tǒng)，現(xiàn)場就地溫度表顯示60 ℃，遠(yuǎn)傳DCS 溫度顯示60 ℃，未到夾套水溫高聯(lián)鎖停機(jī)值。使用紅外測溫儀手動(dòng)檢查夾套水進(jìn)空冷器溫度63 ℃。

2 故障分析及處理方法

2.1 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水系統(tǒng)是保障發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的重要輔助系統(tǒng)，它通過冷卻液循環(huán)帶走發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的多余熱量，再通過空冷器將冷卻液攜帶的熱量與空氣進(jìn)行交換，從而保證機(jī)組工作在一個(gè)適宜的溫度，保持在最佳的工作狀態(tài)。冷卻水系統(tǒng)的換熱效果直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

（1）夾套冷卻水系統(tǒng)流程：如圖1 所示，水泵位于發(fā)動(dòng)機(jī)的右前側(cè)，水泵有一個(gè)由下部右前齒輪組驅(qū)動(dòng)的齒輪。從空冷器水箱流出的冷卻液流入泵的進(jìn)口，水泵葉輪通過旋轉(zhuǎn)將冷卻液經(jīng)過彎管推向缸體側(cè)。缸體內(nèi)的冷卻液在缸套的四周流動(dòng)，靠近缸套的頂部的夾套較小，這種狹窄的通道能夠使冷卻液流速更快，從而更好地冷卻缸套。冷卻液通過水導(dǎo)向管泵入缸蓋內(nèi)，冷卻液流經(jīng)缸蓋內(nèi)的氣門和排氣通道周圍的水道。冷卻液經(jīng)由彎管流出缸蓋后流入水歧管，再經(jīng)由歧管流到冷卻液出口，冷卻液流出出口后流經(jīng)節(jié)溫器，當(dāng)溫度到達(dá)節(jié)溫調(diào)節(jié)器開啟溫度時(shí)，冷卻液返回空冷器水箱完成一個(gè)冷卻循環(huán)。從缸體后部水套流出的冷卻液經(jīng)由供水管流向渦輪增壓器，從渦輪增壓器流出的冷卻液再經(jīng)由回水管返回缸體。從渦輪增壓器頂端連接一根通氣管到膨脹水箱，從接頭連出的通氣管必須筆直，且稍微向上傾斜，保證排氣通暢。通氣管的主要作用是將渦輪增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，廢氣渦輪端高溫造成的冷卻液氣體直接引入膨脹水箱，以免造成氣堵，避免增壓器因換熱不良而造成高溫?fù)p壞。

（2）中冷水系統(tǒng)流程：如圖1 所示，后冷卻器及機(jī)油冷卻器水套水泵從空冷器水箱將冷卻液輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器，同時(shí)輸送至后冷卻器冷卻渦輪增壓器增壓后的空氣，再流經(jīng)節(jié)溫調(diào)節(jié)器，當(dāng)溫度達(dá)到節(jié)溫調(diào)節(jié)器開啟溫度時(shí)，冷卻液回到空冷器水箱完成一個(gè)冷卻循環(huán)。

（3）高位膨脹水箱的主要作用：①吸收膨脹作用。冷卻液流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)夾套吸收發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量后產(chǎn)生大量蒸汽泡。在進(jìn)入水泵循環(huán)之前，氣泡會(huì)通過通氣管進(jìn)入膨脹水箱，起到氣液分離的作用。一部分水蒸氣會(huì)遇冷液化重新進(jìn)入冷卻循環(huán)，另一部分水蒸氣則會(huì)因膨脹水箱空間及壓力被排出到空氣中；②釋放補(bǔ)償作用。冷卻液中的水蒸氣被膨脹水箱吸收，循環(huán)中的冷卻液因此減少，為彌補(bǔ)冷卻液的缺失以及提升冷卻水泵吸水一側(cè)的壓力，存儲(chǔ)在膨脹水箱中的冷卻液就會(huì)進(jìn)入散熱循環(huán)，通過冷卻水泵進(jìn)行循環(huán)，補(bǔ)充冷卻系統(tǒng)中因蒸發(fā)和泄漏而損失的水量，并保證冷卻水泵有足夠的吸入壓力。

2.2 使用排除法排查故障成因

（1）檢查膨脹水箱溢流時(shí)，夾套水實(shí)際溫度是否已真實(shí)達(dá)到沸點(diǎn)。通過檢查就地溫度表顯示、遠(yuǎn)傳顯示、手動(dòng)紅外測溫檢測，實(shí)際水溫只有60 ℃左右，遠(yuǎn)低于夾套水沸點(diǎn)，故排除此故障成因。

（2）投運(yùn)空冷器時(shí)未對系統(tǒng)進(jìn)行排空，使冷卻水系統(tǒng)內(nèi)存有大量空氣造成氣堵，最終從膨脹水箱處溢流。實(shí)際在設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)，該夾套水系統(tǒng)放空閥處于打開狀態(tài)，直至系統(tǒng)中空氣排盡即泄氣閥有冷卻水溢出時(shí)，才關(guān)閉此放空閥（圖2）。維修人員在加注冷卻水時(shí)均按照操作規(guī)程從廠家指定加注口加注，該加注口位置較低，加注過程中冷卻水由低至高，避免加注過程中產(chǎn)生氣堵。故排除此故障成因。

圖2 放空閥

（3）夾套水系統(tǒng)中通氣管堵塞，使系統(tǒng)中水蒸氣無法及時(shí)通過膨脹水箱逸散口排除，從而造成冷卻水從膨脹水箱溢流。膨脹水箱通氣管堵塞，會(huì)嚴(yán)重影響冷卻系統(tǒng)的正常工作。首先，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷車加注冷卻液時(shí)，由于通氣管堵塞會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)水套和空冷器水箱中的空氣不能及時(shí)排出，使冷卻液不能注滿整個(gè)系統(tǒng)，看似膨脹水箱中冷卻液已經(jīng)加滿，實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)水套和散熱器中處于半空狀態(tài)，造成冷卻液不能正常循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升很快，經(jīng)常發(fā)生冷卻水系統(tǒng)“開鍋”、噴水，但又補(bǔ)充不了多少冷卻液的故障現(xiàn)象。其次，發(fā)動(dòng)機(jī)雖然已經(jīng)注滿冷卻液，但在使用中由于通氣管發(fā)生堵塞，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，隨著冷卻液溫度的逐漸升高，會(huì)產(chǎn)生一些蒸氣，如果這些蒸氣聚集在散熱器上方會(huì)妨礙冷卻液的流動(dòng)并影響散熱效果；如果這些蒸氣聚集在節(jié)溫器前方則會(huì)使節(jié)溫器脫離冷卻液，節(jié)溫器主閥門不能隨著冷卻液溫度的升高而及時(shí)打開，形成氣阻造成冷卻液大循環(huán)不能有效進(jìn)行，因此發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象。蒸汽的聚集還會(huì)排擠冷卻液，形成膨脹水箱溢流情況。該空冷器為新投運(yùn)空冷器，若管束在制造過程中，清潔不徹底，管束內(nèi)異物堵塞通氣管，使水蒸氣無法排除，也會(huì)造成溢流。維修人員將各處通氣管線連接彎頭（圖3）拆開仔細(xì)檢查，通過壓縮空氣對通氣管路進(jìn)行吹掃，管路暢通未發(fā)現(xiàn)通氣管內(nèi)有異物，故排除此故障成因。

圖3 通氣管線連接彎頭

（4）夾套水系統(tǒng)加注冷卻水過多，機(jī)組運(yùn)行過程中水溫增加、體積增大，造成溢流。核實(shí)實(shí)際冷卻液加注量和膨脹水箱液位計(jì)顯示均在規(guī)定范圍內(nèi)，故排除此故障成因。

（5）夾套水冷卻系統(tǒng)中某一節(jié)點(diǎn)存在串氣，高壓氣體大量進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，造成膨脹水箱溢流。排查夾套水循環(huán)系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)：①檢查發(fā)動(dòng)機(jī)缸套外壁有無水漬，若缸套存在裂紋，缸套內(nèi)氣體也會(huì)進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)，同時(shí)冷卻水也會(huì)進(jìn)入曲軸箱，在污染機(jī)油的同時(shí)造成冷卻液異常消耗，檢查未見異常；②檢查發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋，驗(yàn)證汽缸蓋冷卻水系統(tǒng)是否存在串氣點(diǎn)。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力4#缸火花塞表面濕潤，打開缸蓋凡爾蓋，發(fā)現(xiàn)預(yù)燃室總成固定螺栓斷裂（圖4），導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)縫隙，使汽缸蓋預(yù)燃室冷卻夾套水循環(huán)系統(tǒng)與氣缸內(nèi)空氣與燃料氣的混合氣連通，混合氣從此處串入夾套水系統(tǒng)，從而出現(xiàn)膨脹水箱溢流現(xiàn)象。

圖4 預(yù)燃室固定螺栓斷裂

找到疑似故障成因后，立即更換預(yù)燃室總成固定螺栓。更換完畢后啟運(yùn)機(jī)組，機(jī)組在試運(yùn)和負(fù)載階段各項(xiàng)參數(shù)顯示均正常，發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹水箱未出現(xiàn)冷卻液溢流現(xiàn)象，故障排除。

2.3 預(yù)燃室固定螺栓斷裂原因分析

圖5 預(yù)燃室固定螺栓

3 結(jié)論