羅繼晶

（中煤昔陽能源有限公司瓦斯發(fā)電廠，山西 晉中 045300）

瓦斯作為煤礦開采過程中的必然產(chǎn)物，將其有效利用，不僅可以節(jié)約能源，減少污染，還可以帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。就目前實(shí)際情況看，瓦斯發(fā)電是最為理想的利用途徑，已然成為煤礦瓦斯利用的主要方式。而在瓦斯發(fā)電的機(jī)組選型中，往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組是最佳選擇。它具有投資少、見效快、燃料成本低、安裝靈活、對瓦斯?jié)舛冗m應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此，一些能有效提高往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性的方法，在瓦斯發(fā)電行業(yè)內(nèi)具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值，對提高煤層氣利用效率具有實(shí)際意義。某瓦斯發(fā)電廠安裝美國卡特彼勒G3520C型燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組一共13臺(tái)，各臺(tái)機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間均已達(dá)50 000 h。在其運(yùn)行期間，總體運(yùn)行比較平穩(wěn)，但發(fā)動(dòng)機(jī)缸爆震跳機(jī)故障出現(xiàn)多，在所有故障跳機(jī)中缸爆震跳機(jī)占的比例最高，尤其是投產(chǎn)初期，頻繁的缸爆震跳機(jī)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來不小的不利影響，也直接影響著全廠的經(jīng)濟(jì)效益。隨著運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)的積累，通過對大量缸爆震跳機(jī)實(shí)例的分析和研究，總結(jié)了缸爆震最常見的原因，并制定了預(yù)防處理措施，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了方案。

1 G3520C型發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的原因

G3520C型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火控制和爆震檢測由電子控制模塊（ECM）來完成。運(yùn)行過程中，ECM根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)信號發(fā)出點(diǎn)火信號，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震多發(fā)生于這個(gè)時(shí)刻前。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)缸在其壓縮沖程中活塞還未運(yùn)行至設(shè)定的點(diǎn)火位置（火花塞還未點(diǎn)火），燃?xì)饧窗l(fā)生壓燃現(xiàn)象，這就是所謂的爆燃。爆燃發(fā)生時(shí)，由于其產(chǎn)生的作用力與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相反，就會(huì)造成該缸不正常的震動(dòng)，這就是所謂的爆震。

2 缸爆震對發(fā)動(dòng)機(jī)的危害

我們從爆震產(chǎn)生的原理中就可以知道，發(fā)生爆震肯定會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件產(chǎn)生危害。機(jī)組在正常運(yùn)行中不可避免地會(huì)產(chǎn)生輕微的爆震，輕微的爆震通?？梢酝ㄟ^延后該氣缸點(diǎn)火角度而消除，這樣的輕微爆震會(huì)加重缸筒、活塞的磨損。氣缸內(nèi)突發(fā)的嚴(yán)重爆震可能會(huì)破壞活塞、造成拉扛，強(qiáng)烈的爆震所產(chǎn)生的沖擊力還可能會(huì)造成曲軸、連桿機(jī)構(gòu)損壞，對發(fā)動(dòng)機(jī)造成致命損傷。如果爆震監(jiān)測失效，連續(xù)的強(qiáng)烈爆震，最壞的情況能直接把發(fā)動(dòng)機(jī)缸體炸開。需要強(qiáng)調(diào)的是，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的連桿瓦或主軸瓦出現(xiàn)抱瓦故障時(shí)也會(huì)缸爆震跳機(jī)，所以，發(fā)動(dòng)機(jī)缸爆震跳機(jī)后必須進(jìn)行詳細(xì)檢查。

3 G3520C型發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的監(jiān)測

為防止過大的缸爆震直接造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，盡量減少其對發(fā)動(dòng)機(jī)的不利影響，G3520C型發(fā)動(dòng)機(jī)在兩個(gè)相鄰缸中間安裝有缸爆震傳感器。缸爆震傳感器監(jiān)測機(jī)械振動(dòng)，這種傳感器產(chǎn)生電壓信號，電壓與發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的程度成正比。這些信息由ECM處理，以便確定爆震等級。主ECM監(jiān)測左側(cè)爆震傳感器的數(shù)據(jù)，副ECM監(jiān)測右側(cè)爆震傳感器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給主ECM。如果發(fā)生爆震，ECM將延遲該氣缸的點(diǎn)火角度，最大可達(dá)6°，如果氣缸推遲點(diǎn)火角度持續(xù)5 s，這個(gè)氣缸繼續(xù)爆震，ECM將命令停機(jī)，就會(huì)發(fā)生上述所說的缸爆震跳機(jī)。缸爆震跳機(jī)后運(yùn)行人員可以使用卡特彼勒電子技師（ET）連接該機(jī)組，ET會(huì)顯示出具體缸號和氣缸爆震等級，以便檢修人員有針對性地進(jìn)行檢查和處理。

4 引起發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震的原因

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)過負(fù)荷或負(fù)荷波動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)過負(fù)荷時(shí)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的缸爆震水平加劇，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致跳機(jī)，正常運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)將機(jī)組負(fù)荷控制在額定功率以內(nèi)，且統(tǒng)計(jì)分析機(jī)組在額定值以下一定負(fù)荷區(qū)間內(nèi)爆震跳機(jī)的概率。在具備條件的情況下，選擇在兼顧機(jī)組發(fā)電量和穩(wěn)定性的最佳區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，使機(jī)組整體效益達(dá)到最優(yōu)。機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率控制系統(tǒng)和空燃比控制系統(tǒng)的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)量閥、節(jié)氣閥、旁通閥都在做快速開關(guān)調(diào)整。另外，渦輪增壓器存在機(jī)械慣性，壓力、流量監(jiān)測存在一定的滯后性，這會(huì)造成機(jī)組在負(fù)荷波動(dòng)過程中進(jìn)入氣缸的混合氣量和濃度控制都不理想，引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)缸爆震。

機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩在不斷變化，造成在不同沖程的各氣缸活塞、缸筒、連桿也承受不穩(wěn)定的力，因此，產(chǎn)生一定的機(jī)械振動(dòng)。此振動(dòng)也有可能被爆震傳感器采集至ECM，被判定為缸爆震。機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的原因一般有電氣擾動(dòng)、旁通閥波動(dòng)、計(jì)量閥波動(dòng)、節(jié)氣閥波動(dòng)、壓縮機(jī)出口壓力波動(dòng)、進(jìn)氣支管壓力波動(dòng)、功率模塊異常、氣缸點(diǎn)火不正常、轉(zhuǎn)速傳感器異常、油壓開關(guān)異常。

4.2 積碳嚴(yán)重

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)積碳嚴(yán)重是造成缸爆震最常見的原因，積碳不僅會(huì)使燃燒室容積變小，壓縮比增大（產(chǎn)生高壓），而且積碳的蓄熱作用會(huì)使其表面產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)，進(jìn)而造成發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)的積碳是瓦斯氣、空氣中的雜質(zhì)和發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油在氣缸內(nèi)燃燒形成的焦?fàn)钗镔|(zhì)，在高溫作用下轉(zhuǎn)而形成積碳。積碳容易吸附機(jī)油，導(dǎo)致積碳一層一層越積越厚。積碳還會(huì)加重缸筒、活塞環(huán)的磨損，造成缸內(nèi)刮油不凈，機(jī)油參與燃燒形成積碳，造成惡性循環(huán)，使缸爆震加劇，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成氣門燒口或者敲缸。

預(yù)防積碳的形成，要做好以下幾方面工作：①選擇性能好的燃機(jī)潤滑機(jī)油，并做好定期化驗(yàn)工作，加強(qiáng)油質(zhì)管理，這是預(yù)防積碳最主要的方法。②做好機(jī)組油耗計(jì)算，油耗的高低是機(jī)組缸內(nèi)積碳情況的晴雨表，只計(jì)算全廠總油耗而不計(jì)算單臺(tái)機(jī)組油耗的方法是不可取的。各臺(tái)機(jī)組因大修后運(yùn)行時(shí)間不同，以及受到很多其他因素的影響，油耗會(huì)存在很大差異，對于油耗過高的機(jī)組，清理缸蓋積碳可以緩解爆震。③更換新缸筒、活塞的機(jī)組要規(guī)定磨合期間的負(fù)荷曲線。啟動(dòng)后加載必須緩慢，低負(fù)荷運(yùn)行一定時(shí)間，使新部件充分磨合。④保持油位合適，油位過高也易形成積碳。⑤某氣缸爆震頻繁，用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)積碳嚴(yán)重時(shí)，要清理缸蓋積碳，防止后期產(chǎn)生嚴(yán)重的惡性循環(huán)。⑥及時(shí)更換空濾、燃濾及預(yù)處理濾芯，保證燃?xì)?、空氣清潔?/p>

4.3 火花塞或高壓包存在問題

火花塞或高壓包工作不正常也會(huì)造成氣缸爆震。運(yùn)行中要統(tǒng)計(jì)各氣缸的火花塞運(yùn)行時(shí)間，監(jiān)視火花塞次級電壓。以此為依據(jù)有計(jì)劃地更換火花塞，防止運(yùn)行中火花塞故障。缸爆震跳機(jī)時(shí)如果報(bào)出該缸點(diǎn)火變壓器電壓異常，可確定為高壓包故障引起。

4.4 機(jī)械原因造成的爆震

缸蓋的氣門間隙調(diào)整不當(dāng)、挺桿、挺柱等機(jī)械部件存在問題也會(huì)造成氣缸爆震。如果氣缸內(nèi)無嚴(yán)重積碳、火花塞正常，就要檢查缸蓋的氣門間隙、挺桿、挺柱、凸輪軸、活塞銷、連桿、連桿瓦等機(jī)械部件。運(yùn)行中用聽針監(jiān)聽各部位的聲音，也是判斷機(jī)械部件異常的有效方法。

4.5 進(jìn)氣溫度過高

夏季高溫天氣時(shí)，燃機(jī)車間內(nèi)環(huán)境溫度高，預(yù)處理系統(tǒng)的制冷效果差，空冷散熱器的散熱能力不足，中冷器冷卻不良。種種原因?qū)?huì)造成機(jī)組進(jìn)氣溫度高，引起缸爆震。每年入夏前應(yīng)詳細(xì)排查以上問題，全面消除缺陷，保證系統(tǒng)在夏季運(yùn)行期間可靠出力，保證機(jī)組進(jìn)氣溫度在合適范圍內(nèi)。

4.6 空燃比不良

空燃比不良多出現(xiàn)在煤礦瓦斯?jié)舛茸兓瘯r(shí)，以及瓦斯氣體組分發(fā)生變化時(shí)。運(yùn)行過程中應(yīng)保證瓦斯來氣系統(tǒng)的濃度能迅速、準(zhǔn)確地采集至主控室。運(yùn)行人員平常要加強(qiáng)濃度數(shù)據(jù)監(jiān)視，加強(qiáng)與供氣單位的聯(lián)系溝通，打好濃度變化的提前量。濃度變化時(shí)及時(shí)調(diào)整輸入機(jī)組的燃料熱值、排放增益及氣體比例等數(shù)值，跟蹤控制修正系數(shù)，必要時(shí)提前降低機(jī)組負(fù)荷，可有效預(yù)防空燃比不良造成的缸爆震。

4.7 進(jìn)氣壓力波動(dòng)

進(jìn)氣壓力波動(dòng)造成的缸爆震，多發(fā)生于瓦斯供氣系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)。預(yù)處理系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)能力是保證預(yù)處理系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵。預(yù)處理系統(tǒng)PID調(diào)試期間必須考慮瓦斯?jié)舛雀叩汀C(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)、負(fù)荷高低、預(yù)處理出口壓力設(shè)定值高低、預(yù)處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式等影響因素，在各種工況下調(diào)試，并驗(yàn)證出機(jī)組跳機(jī)等擾動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)能力，保證預(yù)處理PID調(diào)節(jié)在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到最優(yōu)。另外，預(yù)處理羅茨風(fēng)機(jī)必須定期維修，保證良好的性能才能為PID調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件，也能降低耗電。調(diào)整各臺(tái)機(jī)組進(jìn)氣支管的穩(wěn)壓閥彈簧，使其在合理區(qū)間內(nèi)可靠工作，減少瓦斯供氣母管壓力波動(dòng)對各機(jī)組支管進(jìn)氣壓力的影響。

4.8 缸爆震傳感器及線束問題

缸爆震傳感器及線束問題會(huì)造成誤報(bào)缸爆震跳機(jī)。如果氣缸其他方面情況良好，而報(bào)出缸爆震，就要更換缸爆震傳感器及其線束。缸爆震傳感器的問題多為絲扣松動(dòng)或本身損壞，線束的問題多為高溫老化或磨損造成絕緣不良或者接頭接觸不良。機(jī)組保養(yǎng)時(shí)應(yīng)定期檢查線束，做好防護(hù)措施。

4.9 缸蓋漏冷卻液

如果缸蓋故障冷卻液泄漏進(jìn)燃燒室，乙二醇在高溫環(huán)境下燃燒會(huì)導(dǎo)致該缸爆震。此種情況下要監(jiān)控該缸的排氣溫度，通常情況下冷卻液泄漏的氣缸排氣溫度會(huì)有異常升高現(xiàn)象，然后就要停機(jī)檢査缸蓋是否有冷卻液泄漏的痕跡。

5 結(jié)束語

筆者根據(jù)實(shí)際運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)，對卡特彼勒G3520C型瓦斯發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生缸爆震的原因進(jìn)行了總結(jié)，通過本文總結(jié)的各種防治措施，能有效預(yù)防或處理發(fā)動(dòng)機(jī)缸爆震，保障發(fā)動(dòng)機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。