某海上平台柴油消防泵排气相关故障及处理_李瀚.pdf

内燃机与配件 某海上平台柴油消防泵排气相关故障及处理李瀚，李瑞，张想，覃豪（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 ）摘要：某海上石油平应急台柴油消防泵的动力部分采用约翰迪尔 系列电喷柴油机在多次周测试时发现柴油机排气管发红，排气管温度超温，出现转速不稳，抖动厉害等问题，经过对该柴油机进气管路，油路，双涡轮机构以及中冷等部位的摸排检查，最终发现排气软管破裂，线缆腐蚀，涡轮机构损坏磨卡以及中冷器腐蚀漏海水等问题，通过对故障部位的检修和中冷器等的更换完美修复了该柴油消防泵的上述问题并恢复设备正常运行。关键词：海上平台；柴油消防泵；排气温度；涡轮增压；中冷器中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；作者简介：李瀚（），就职于中海湛江分公司，维修电工，工程师。柴油消防泵基本结构应急消防泵是在平台发生火灾时的最后一道灭火设施，关键时刻能挽救平台上所有人生命，及保护所有设备的安全。所以应急消防泵是平台设备不可缺少的一部分，鉴于应急消防泵的重要性，消防泵的发动机部分必须做定期的维护保养、检查与维修。该约翰迪尔柴油消防泵于 年设计并安装于该海上平台 米甲板面（露天安置），运行年后由于海上高盐度高湿度环境使得柴油机本体多处腐蚀严重，基于此平台于 年末加装独立撬块防护，同时进行远程控制等电控改造。柴油消防泵基本参数如表所示。表柴油机技术参数柴油机型号强鹿 （编号：）排量 缸数与排列缸直列压缩比 冷却方式海水冷却额定转速 启动方式电池启动额定功率 旋转方向（从飞轮端看）逆时针旋转柴油消防泵运行原理大体流程如下：柴油消防泵启动后（在就地盘按下启动按钮或中控室远程启动或消防管网出口压力改变），在蓄电池的驱动下 电动马达动作带动飞轮旋转，飞轮带动曲轴运动，曲轴驱使活塞压缩空气和柴油混合气，雾状混合气增压后经组火花塞依次点火来启动柴油机。经过滤后的新风经涡轮增压 后 会 温 度 上 升，随 后 经 中 冷 器 降 温 到 ，已防止气缸内压缩空气温度过高，空气流被稀释而产生柴油燃烧不充分，动力下降。本装置中冷器是采用海水冷却，当消防泵正常运转后，海水会从海水出口管线引海水到中冷器，之后与压缩空气换热，换热之后海水排海，冷却后的压缩气体进入汽缸参与燃烧，使柴油机输出动力，具体结构原理图如图所示。图柴油机工作原理图排查发现问题及过程处理 排气回路软连接破裂停机状态下，在柴油机右侧的排气口发现与排气口弯头和中冷器入口管线连接的一排气软管有明显断裂缺口；软管两侧的固定连杆腐蚀严重，已从紧固螺栓脱离。经分DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.01.016 年第期析，排气软管由两侧的固定连杆固定，起固定和减震作用，由于海上环境恶劣，连杆被腐蚀断裂，排气软管因缺少支撑和固定，在多次的周测试期间，高温高压的排气压力振动造成软管长时间剧烈振动，最终产生机械疲劳而开裂漏气，故障情况见图。处理方案：更换新的排气软管以及不锈钢禁锢卡扣；重新制作新的软管固定连杆经防腐处理后恢复安装。图柴油机排气软管破裂 涡轮增压机构故障，线缆损坏经查询维保记录，本柴油消防泵于 年 月中修维保中，由于涡轮增压器机构卡阻，更换一新的涡轮增压器。并在 年测试期间，经历多次维修，当前表现为：发动机启动后开始一分钟运行正常，当泵水压达到 时，排气管发红、超温，发动机转速不稳，出现油车现象，排浓浓黑烟，发动机抖动明显，涡轮增压器叶片与蜗壳摩擦产生火花。故障情况见图。柴油机运转不正常现象，具体有：、涡轮增压器传动机构故障，涡轮增压器无法正常打开，机组运转约二分钟后涡轮增压器外壳烧红。、柴油机转速不稳定，造成消防泵的压力和排量不稳定。、柴油机组运转过程中排烟管黑烟较重。图涡轮增压器温度异常被烧红维修人员对柴油机各系统进行检查后，初步判断柴油机涡轮增压器内部机械故障。维修人员检查发现：涡轮增压器铜套与轴磨损，造成纵向和轴向间隙变大，涡轮增压器进气涡轮叶片与蜗壳发生摩擦，产生的碎屑经过进气道进入气门与气门座圈之间，气门座圈与气门紧密封面磨损，造成密封不严，一部分高温高压的气体会经过进气门，进气管、中冷器直到从空滤进气口冲出来，造成进气阻力加大，进气不足，燃烧不完全，燃烧不完全的柴油在排气管里后燃，排气管发红，动力不足，转速下降，游车等现象。启动柴油消防泵带负载测试，发现排气岐管漏气严重，造成增压器涡轮侧燃气量减少，热能转换少，使得增压器转速低，造成进入气缸的空气量减少，导致排气温度高，排气管发红。处理排气管漏气问题：、拆下消声器和波纹管、放掉机组的冷却水、拆下增压器并解体检查（排除增压器损坏问题）、拆下排气岐管及其它相应的部件，发现缸与缸的排气管垫片已经损坏，造成漏气，用石墨材料重新做了块排气管垫片、回装排气岐管，回装增压器，回装消声器修理安装好后测试机组，先将增压器的执行器旁通掉，把控制线路插头用电工胶布包上，让增压器功率开到最大；第一次测试，增压器执行器的拉杆向上提起，方向错误，没有开到最大，故排气管还是发红；第二次测试，把执行器的拉杆向下拉，这次方向正确，增压器转速正常，排气管没有发红，柴油机转速也正常，运行 多分钟，正常停机，测试完毕。造成排气管垫片损坏的原因可能是排气管波纹管与消声器之间的管径变小了，消声器进气端管径也很小，造也排气背压增加，时间长了，排气岐管垫片损坏。建议重新处理排气管，排气管径是会随着弯头变多而增大，长度变长而增大，没有会比之前管径变小的可能。增压器的执行器控制线路插头用电工胶布包上，不用接回去。不影响使用。（原来平台人员也是把增压器的执行器也是把拉杆向下拉固定的，但没有拆开控制线插头，容易损坏执行器，故现把插头线路拆下）。更换涡轮机构后，多次测试后，启动运行 分钟，负载为额定输出，排烟温度均可稳定在 ，涡轮增压部位也不再发红，问题得以解决。修复后测试结果如表所示。表修复后多次测试数据记录 运行时间（）转速（）冷却液温度（）润滑油压力（）排烟温度（）蓄电池电压（）泵出口压力（）负载（）海水冷却压力（）就地盘显示多个故障码前期维修中，发现就地盘显示器上显示多个故障警示码，分别是二级排气循环泵（）传感器线缆通讯警示 ，涡轮驱动器断线警示 等。就地控制箱模块显示故障告警为 码，是由于此前检查涡轮增压器卡顿问题，由于涡轮增压器无法自动检测和执行开度，防止涡轮机构误动，人为将排气循环泵的连接线缆甩开，只需后期恢复涡轮机构后接入线缆可消除相关故障码。内燃机与配件 就地控制箱模块显示另一个故障告警为 码，为发动机增压器促动器 阀和 通讯故障。现场检查发现 和就地控制箱的之间连接线束有两根线腐蚀断路，刚好是促动器 阀工作电源线（），所以造成 和 阀通讯故障。该接头属于专用接头，不能拆卸维修，故现场只能简单处理，把这两根 的 阀电源线压接在一个圆形接线端子上，然后插入圆针内，再用扎带扎紧，防止接触不良。处理完成后，和 发通讯正常，不再出现 代码。中冷器腐蚀破裂漏水拆除排气软连接后，用手电照中冷器内部，发现中冷器的冷却翅片上不断有水珠析出，用手摸时有颗粒状水滴，并带有很腥的海水味道，断定为中冷器换热管腐蚀穿孔。中冷器是利用伴生海水来冷却涡轮增压后的新风空气，海水腐蚀性较强，造成中冷器换热水管漏水。由于中冷器位置较高，在发动机最高点，而且海水只有在启动发动机之后才会到达中冷器。发动机在运行时，海水通过中冷器，进入进气歧管后进入气缸，气缸内燃烧不好，造成积碳和水汽，进一步腐蚀气门和座圈，气缸内磨损加剧，活塞、活塞环磨损。确定中冷器腐蚀穿孔后，考虑到海水虽有腐蚀性但渗水量不是太大，柴油消防泵属于关键应急设备，在线备用中，所以不允许中冷器长时间拆除维修，建议油田现场：、减少设备测试频度，改每周测试为半月度测试；、加急采购中冷器，及时更换。排查总结及备用建议：经过油田各方维修力量的详细检测，发现和处理了因腐蚀，异常高温等原因造成柴油机动力不足，涡轮发热等问题，最终通过更换备件和变更操作规程等方式使得该柴油消防泵得以恢复正常备用。由于该设备来自美国进口设备，备件订购周期相对较长，设备故障恢复需要一定的时间，另外结合该柴油消防泵特殊的的应急功能，综上所述，运行操作建议如下：）非紧急情况下不要启动柴油机，以免发动机有更大的损伤；）更换中冷器；）更换涡轮增压器，排气管总成）进行中修或大修作业，更换气门、座圈、活塞环等内部零部件该消防泵属于应急设备，是海上油田的最重要的应急消防设备，在油田的正常生产期间发生短时的不正常状态，对油田来说是存在一定的安全风险的，具体如下：风险 在大面积消防喷淋时，可能会造成消防管网压力低、消防水量不足。控制措施：）使用冷工作业替代热工作业，尽可能减少热工作业数量。）禁止在多个危险区域同时进行热工作业。暂停危险区域的明火作业。）危险区域进行的热工作业要控制措施提级。）热工作业时加强热工监控，配齐灭火设备，提高看火人应急处理能力。）防爆电气设备和用电设备进行加密巡检，排除火灾隐患。）检查靠船甲板国际通岸接头及软管状态，确保可靠可用。风险 在电动消防泵维修保养或者平台失电的情况下，电动消防泵无法正常启动，柴油消防泵也不能使用，导致消防系统失效。控制措施：）加密测试电动消防泵，适当延长电动消防泵停泵维保周期。）备用一台电动消防泵，做足换泵前的准备工作，缩短换泵维保作业时间。）现场增设手提式、推车式干粉、泡沫灭火器，增强扑灭初期火灾能力。）检查靠船甲板国际通岸接头及软管状态，确保可靠可用。）动力部门加密测试应急发电机，尝试在平台失电情况下为消防泵送电。）推动本平台与临近平台消防管网的互联互通。参考文献：柴油机动力不足的原因及排除黄安华汽车工程师 （）舰船废气涡轮增压器喘振故障分析及排除李洪松，刘永葆，余又红，贺星中国修船 （）船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究黄加亮，乔英志，王丹，杨国豪中国航海 （）海上平台消防泵选型探述崔艳红，李祥锋，张亮，王艳，张佃臣中国海洋平台 （）消防给水及消火栓系统技术规范