卡特彼勒3616发动机缸体拆解维修

卡特彼勒3616发动机缸体拆解维修

赵晓光1马传孟2 徐志斌3 让淑坤2

1、国家管网集团北方管道公司天津管道有限责任公司   2、国家管网集团山东省公司泰安作业区泰安压气站    3、中国石化中原油田分公司油气储运中心

摘要：本文通过对板中北板中南储气库F机组发动机顶端及涡轮增压机进行拆解维修进行详解，概述了解体中发现发动机活塞气缸顶端及缸套四周积碳，气缸盖积碳，进、排气系统明显积碳等难题的解决方案，避免了发动机功率明显下降，耗能增长，尤其在注气高峰，影响安全生产平稳运行，维修过程中的多种创新方法得到了利用，该方法具有通用性、实用性、可操作性，对储气库用往复式压缩机维检修起到了重要作用。

关键词：发动机缸体拆解   进、排气系统积碳   缸盖、缸周积碳

大港储气库分公司对板中北板中南储气库F机发动机及涡轮增压机进行拆解维修。在拆解过程中发现发动机活塞顶部及缸套周围处积碳，气缸盖积碳，进、排气系统积碳严重，已出现发动机功率下降，影响安全生产运行，针对这种情况，对该机组发动机顶端及涡轮增压机进行了拆解维修，维修过程解决了多项技术难题，采用的多种创意、方法适用于现场工况。

1.天然气站场运行概况

本次F机组为板中北板中南储气库储气库二期投产的七台往复式压缩机之一，于2011年正式投产。驱动端为卡特彼勒公司G3616天然气发动机，功率3315kW，非驱动端为德莱塞兰公司生产的6HOS-6型天然气压缩机，日排量为95-105万标方。压缩机在储气库注气过程中为核心设备，即每年4月-10月将管网来气增压，注入到大港储气库群地下约3750米深处的枯竭油气藏储存，以备冬季用气高峰时采出使用。

机组自投产以来，注气高峰期满负荷连续运行，负荷都在90％以上。截至2017年5月，机组累计运行时间超过 20K小时。为了保证机组在本年度注气高峰期的安全生产，根据卡特彼勒G3616型天然气发动机技术手册，须对板中北板中南储气库F机组发动机顶端及涡轮增压机进行拆解维修。

通过对F机组发动机缸体拆解维修，解决机组存在的故障隐患，使机组能够恢复或接近新发动机的性能，确保机组完成注气任务，并安全运行至整机大修周期。

2.维修工程概况

板中北板中南储气库F机组发动机维检修时间2017.5.10-2017.5.30，历时20天。

（1）零部件拆解5天：拆卸气缸头盖、涡轮增压机及其附件等40余项零部件；

（2）解体检测10天：拆解、检测气缸头；研磨气门，解体检查气缸头附属部件，并测量各部间隙；拆解、检测涡轮增压机，测量转子的各部间隙并对涡轮增压机进行动平衡检测；拆检发动机启动马达、水泵、油泵；

（3）回装5天：组装发动机气缸头、涡轮增压机；安装各附属零部件。于5月30日12时基本完成，达到试机条件。

3.维检修分析

积碳主要成分是天然气不充分燃烧形成的氧化物与油泥、天然气杂质等多重作用下的碳化混合物。

（1）过量积碳导致发动机气缸以及活塞散热性能降低，发动机排气温度相较正常时升高20～40℃；进而影响发动机活塞、缸套润滑，加剧活塞环磨损，严重时会造成拉缸。

（2）排气温度上升，使涡轮增压机动力侧进气温度随之上升，长期运行会缩短涡轮增压机使用年限，同时由于换热效应，导致进气温度升高，降低了发动机输出功率。

（3）可燃混合气点火时间提前，引起发动机爆燃，冲击活塞、连杆等转动部件。

（4）加剧进排气门磨损，使气门关不严，气缸压力降低，进而导致发动机输出功率降低。

3.1 发动机活塞缸套等处积碳

维检修前：发动机活塞缸缸套周边处可视积碳严重，厚度达3～5mm

检修措施：按照发动机检修要求，清理活塞缸顶部及缸套周边积碳。

维检修结论：维检修后的发动机活塞缸及缸套符合发动机使用要求。

3.2 发动机缸盖积碳

维检修前：气缸盖表面粘附了大量积碳，其中以3#气缸最严重。积碳厚度达3～4mm。气缸上粘附的积碳严重影响了气缸的散热性能。

维检修措施：清理发动机气缸盖表面积碳。

维检修结论：大修后的气缸盖表面符合发动机使用要求。

3.3 发动机进、排气门部件

（1）进、排气门

维检修前：发动机气门表面有大量积碳；进气门密封面磨损较小，排气门密封面磨损严重，部分排气门的内陷量达0.5mm；气门杆磨损较小，磨损量为0.005～0.01mm。

维检修措施：清理气门表面积碳并进行研磨

维检修结论：维检修后的发动机进、排气门符合发动机使用要求。

（2）气门导管、弹簧、座圈：

维检修前：经检测气门导管与气门的磨损量较小，不需更换；测量气门弹簧的自由长度及外径均正常，接近标准尺寸；气门座圈与气门的磨损量较小，不需更换

维检修总结：维检修后的气门导管、弹簧、座圈符合发动机使用要求

3.4 气门摇臂

气门摇臂解体后测量其配合间隙均在合格范围内，磨损正常。

3.5预燃室组件

预燃室、单向阀：

发动机预燃室口表面粘附大量积碳，影响发动机的点火及预燃室的散热。清理预燃室口表面积碳，更换气缸盖与预燃室夹套水道密封圈

预燃室单向阀性能的好坏直接影响了发动机点火的好坏。为保证此次发动机维检修后的平稳运行，全部更换预燃室单向阀。

维检修结论：维检修后的预燃室、单向阀符合发动机使用要求。

3.6 涡轮增压机

板中北板中南储气库二期项目的每台发动机安装两台ABB公司生产的VTC254型涡轮增压机。涡轮增压机工作性能直接影响发动机效率。发动机长期运行，废气中的氧化物黏附在涡轮增压机动力转子叶片，影响涡轮增压机整体的动平衡，甚至造成整个涡轮增压机总成报废。

涡轮增压机自投产至今已运行20K小时须进行大修理，大修理主要包括：

清洁动力端转子及叶片积碳，涡轮增压机轴承解体检查，涡轮增压机动平衡检测，检查调整涡轮增压机轴向及径向间隙。

维检修总结；大修后的涡轮增压机符合机组的使用要求

3.7 发动机气缸套件

燃烧室垫片、气缸火焰检测器、排气温度传感器：

根据卡特彼勒维检修说明书，机组维检修时，必须更换气缸燃烧室垫片。清洁发动机气缸火焰检测器表面较厚的积碳。清洁发动机排气温度传感器表面较厚的积碳。

维检修总结：维检修后的燃烧室垫片、气缸火焰检测器、排气温度传感器符合发动机使用要求

3.8 发动机附件

启动马达，预润滑油泵及主油泵，夹套水泵、中冷水泵

分别对三大部分拆检：启动马达，预润滑油泵及主油泵，夹套水泵、中冷水泵各部件良好，符合发动机的使用要求。完成后按要求进行回装，维检修后的各部件符合机组使用要求

4. 维修总结

板中北板中南储气库二期F机组自投产已运行20550小时，经过此次发动机维检修，发动机的主要运动部件未发现非正常磨损及潜在故障隐患，这与我们板中北板中南储气库的技术及管理水平紧密相连。

在此次发动机顶部及涡轮增压机大修过程中发现的主要问题如下：

4.1 发动机缸体组件

通过对F机组气缸头的拆解后发现发动机气缸积碳严重，大量的积碳粘附在活塞顶、缸套、气缸盖表面及气门上，部分缸头密封圈存在老化现象，严重影响了发动机的正常运行。

4.2 涡轮增压机

板中北板中南储气库发动机安装2台ABB公司生产的VTC254型涡轮增压机，每台涡轮增压机转子总成价值75万元。在此次机组维检修，经对涡轮增压机拆解，两台涡轮增压机动力端转子叶片积碳厚度达2～3mm。

5. 总结报告

根据此次板中北板中南储气库F机组发动机维检修情况，为保证储气库压缩机在注气高峰期正常投运，我们应按保养计划定期进行维保、重点关注气门回退量及曲轴箱通风量，以此调整发动机维检修周期。减少机组低负荷运行时间、定期检验燃气组分如有变化及时调整机组BTU空燃比以减少积碳。

参考文献：

（1）卡特彼勒G3616型天然气发动机维保探讨       [1]中油国际管道有限公司，北京100028

（2）卡特彼勒天然气发动机热备系统常见故障解析  作者：徐遍强 吕艳辉