海上平台柴油机喷油器故障分析与处理

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第4期
海上平台柴油机喷油器故障分析与处理
贺启昌，管锋
（长江大学机械工程学院， 湖北 荆州 434023）
[摘 要] 海上平台柴油机在维持平台正常运转中起着重要作用，喷油器是柴油机重要的部件。

本文分析了柴油机喷油器故障的原因，并提出了解决方式。

根据平台情况采取合理有效的措施，可为现场维保人员提供参考。

[关键词] 海上平台；柴油机；喷油器；故障分析
作者简介：贺启昌（1988—），男，湖北天门人，长江大学机械
工程专业在读硕士研究生，工程师，现主要从事海上平台设备管理工作。

图2 某平台近年原油黏度变化曲线
1 柴油机故障现象
柴油发电机作为海上平台的动力源，是平台的关键设备之一，是平台正常运转的保障。

通常为了节约费用，柴油发电机正常运转时一般使用经处理后的自产原油作为燃油，只有机组切换或其他特殊情况时才使用柴油。

某平台自投产以来，5台柴油发电机严格按照要求定期维保和大修，一直运行平稳。

但从2013年开始，柴油器喷油器故障率急剧增加（如图1所示），严重影响平台的正常运转。

因柴油机故障而不得不频繁切换设备，按程序要求：每次切换应保持柴油机使用柴油运转二小时，待稳定后再切换至原油运行。

经粗略统计：每台柴油发电机每小时消耗柴油约170加仑，切换160次柴油机将消耗54400加仑柴油，按当年的柴油价格（约7000元/吨）计算，折合人民币约120万元。

另外由于平均两天坏一个喷油器，导致维修人员不分昼夜地应对，给维修人员带来了很大压力。

该平台柴油发电机喷油器故障数据如图1
所示。

图1 该平台柴油发电机喷油器故障数据
2 故障分析
问题出现后，维修人员积极探索喷油器故障原
因。

经查阅设计资料、工艺参数及油藏参数等数据后汇总得到以下信息：(1)该型号柴油机的高压油泵和喷油器是一体式设计，经与厂家核实：此高压油泵和喷油器设计燃油为：柴油或轻质原油；(2)该平台燃油处理系统原始设计较简单，仅有原油离心机和日用油罐，缺少电脱盐、沉降罐、黏温调节等撬块（经核实这种燃油处理系统主要针对低黏度油层设计）；(3)该平台生产开采的原油黏度越来越高，如图2
所示。

根据收集的信息和分析柴油机喷油器故障数据（详见图4），初步得出喷油器故障的原因为：由于开采原油黏度的变化，导致针对使用轻质原油的柴油机无法满足新的运行工况，喷油器发生卡阻进而造成喷油器故障。

对此维修人员进行验证并尝试改进。

3 燃油品质改进
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故障诊断
石油和化工设备2019年第22卷
找到问题后，维修人员围绕改善主机燃油品质进行系列工艺整改项目：选择优质油井、清洗分离器和闪蒸罐、改善原油离心机分离效果、原油离心机双线运行、增加黏温调节系统等多种措施。

由于新加燃油沉降罐，对现场空间要求很高，实现起来比较难，所以暂未考虑增加燃油沉降罐。

通过逐步摸索和积累，主柴油机的燃油品质得到控制和改善，喷油器故障情况有所缓解，如图3所示，虽然喷油器故障率已明显降低，但仍
然处于相对较高水平。

图3 柴油发电机喷油器异常更换数量
4 故障原因分析
维护人员通过拆解故障喷油器和分析近几年故障记录发现：喷油器的主要故障类型为喷油器柱塞卡阻（占比69.4%），并对故障类型进行详细
分析：
图4 喷油器故障类型统计数据
4.1 喷油器柱塞卡阻
经分析发现：故障喷油器的柱塞（和缸筒）均存在表面拉毛现象。

通过分析数据发现，运行时间在0-500h 内（远低于喷油器设计寿命）依然有大量的喷油器发生卡阻故障。

为更好地解释这一现象，对0-500h 内的故障喷油器进行拆解。

发现喷油器柱塞拉毛严重，柱塞沟槽内无积碳和其他杂
质。

根据这一现象基本确定影响喷油器使用寿命的最主要原因是柱塞与柱塞套间的间隙过小，导致柱塞卡死。

4.2 喷油器反漏（占比2
5.6%）
燃油漏进油头冷却液中的现象称为反漏。

通过拆解还发现：反漏的喷油器都存在针阀卡死现象。

同时统计发现：当燃油温度超过97℃后，喷油器反漏现象就会增多。

4.3 正漏（占比3.28%）
油头冷却油漏到燃油中燃烧掉的现象称之为正漏。

现场发现，喷油器故障率随油品波动较大，经测试发现当燃油温度提高到102℃（此时燃油运动黏度降到6Sct ），柱塞基本没有卡死现象发生；但由于温度太高后喷油器正漏和反漏故障率增加，证实了前面的结论：影响喷油器使用寿命最主要的原因是柱塞与柱塞套间的间隙过小，导致柱塞卡死。

通过上述综合分析，判定问题的原因为：由于燃油品质发生改变，喷油器柱塞和针阀的间隙过小，导致无法适应新的运行工况，引起故障率增高。

5 解决措施
针对柱塞偶件间隙过小问题：计划通过调整柱塞与柱塞套的间隙使之得到更好的润滑，此方法理论上可以解决喷油器柱塞的拉毛卡死问题。

为了验证上述结论的正确性，2016年联合国内柴油机厂家制作了4个喷油器：柱塞偶件间隙分别为6um 、8um 、10um 、12um 上机测试（原厂柱塞偶件间隙6um ），经过现场测试，柱塞偶件间隙为10um 的喷油器运转4900h 无异常，远超过原装喷油器平均寿命。

经过两年多的探索、测试及改进，最终改良后的喷油器在机测试故障率不到9%，喷油器柱塞偶件卡阻问题得到彻底解决，改良后喷油器能满足该平台恶劣的工作环境。

同时大大降低了现场维修人员的劳动强度，提高了现场设备可靠性。

近年喷油器故障情况如图5。

6 结论
通过对柴油机喷油器故障的分析梳理及后续的流程改造，提高了员工发现问题、思考问题、解决问题的能力，大大降低了现场设备维修频率
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第4期 图5 改进后柴油发电机喷油器故障数量
和费用，增强了员工的创新能力和工作责任心，提高了国内柴油机关键部件的研制水平，为解决其他柴油机故障问题提供了参考。

◆参考文献
[1] SOLAR TAURUS 70 GAS TURBINE-DRIVEN GENERA TOR SET Maintenance Instruction.
[2] SOLAR TAURUS 70 GAS TURBINE-DRIVEN GENERA TOR SET Illustrated Parts List.
[3] SOLAR TAURUS 70 GAS TURBINE-DRIVEN GENERA TOR SET Electric Schematic.
[4] 张选正，史步海. 变频器故障诊断与维修[M].北京：电子工业出版社，2008.
[5] 咸庆信. 变频器电路维修与故障实例分析[M].北京：机械工业出版社，2013.
收稿日期：2019-01-02；修回日期：2019-03-01
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◆参考文献
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[2] 沐阳编译. 国内外柴油机文献题录[J].柴油机，2018，40(5)：60.
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[7] 赵新房编. 看图学修柴油机[M].北京：金盾出版社，2010.
收稿日期：2019-03-04；修回日期：2019-03-10
贺启昌等 海上平台柴油机喷油器故障分析与处理。