导读

排气温度过高是柴油机具有代表性的故障之一，该故障不但影响柴油机运行的可靠性和安全性，也降低了经济性。

某电站配置2台备用柴油机（编号分别为A和B），在2台柴油机同时运行期间，柴油机A出现了排气温度高报警的问题。

本文就该问题进行探讨分析，并结合处理措施对电站备用柴油机组服役期间问题的处理提供借鉴。

一、备用柴油机系统配置

柴油机型号：18PA6B，18缸呈V型60°排列（每排9缸，编号为A排和B排），室内进气，带涡轮增压，额定转速：1000rpm，持续机械输出功率：6179kW，与额定容量为7500kVA，额定电压为10.5kV的发电机组成柴油发电机组。

燃油型号：-10#柴油；

燃油消耗率：206g/kWh±5%；

燃烧空气流量：43500kg/h；

排气温度报警值：单缸大于550℃，涡轮进口大于620℃，涡轮出口大于500℃。

二、柴油机运行期间排温高报警问题分析

某核电站按照要求进行2台备用柴油机的监督试验（2台柴油机同时满负荷运行24h），期间发现柴油机A的整体排气温度一直处于较快上升的状态，当试验进行到第20h的时候，柴油机A的A1、A3和B3缸及A排和B排的涡轮增压器入口温度已经接近报警值；

在最后1h，这3缸的排温及涡轮增压器入口温度全部超出报警值，并发出报警。

但是整个试验期间，柴油机冷却水温度一直维持在86℃左右，润滑油温度一直维持在54℃左右，并无明显波动。

同时，另一台柴油机B，整个试验期间整体排温也有所上升，但离报警值仍然较远。

试验期间的数据记录如表1和表2所示。

三、排温高问题分析

柴油机排气温度的高低反映了柴油机负荷的大小及气缸内柴油的燃烧情况，影响排气温度的主要因素是换气质量、燃油喷射和燃烧质量，从表1和表2的数据可以看出，柴油机A的平均排气温度在第16h后已经超过500℃，在最后1h，排气温度平均值已经接近报警值，对比柴油机B的运行数据，可以判断试验后期柴油机A明显处于异常状态。

结合表1，绘制排气温度平均值曲线，见图1、图2。

▲图1 柴油机A-B-A排平均排气温度对比曲线

▲图2　柴油机A-B-B排平均排气温度对比曲线

由图1和图2可以明显地看出，柴油机A和B排气温度的整体差异主要出现在试验后半程，说明该故障是随着柴油机运行时间的加长而缓慢的。

针对该现象，根据柴油机的功率平衡原理进行分析：

Pin=Pout+Ploss

式中，Pin为柴油机的输入功率，即柴油在气缸内燃烧后所提供的功率；

Pout为柴油机的输出功率，即柴油发电机的输入功率；

Ploss为功率损耗，主要指运动件的摩擦功率以及废气功率。

在该试验工况下，由于柴油发电机的输出功率不变，根据发电机的功率流程可以确定Pout不变；

柴油机稳定运行于额定转速，根据试验期间润滑油温度稳定，可以确定在同等的转速及润滑条件下，柴油机本体的运动件机械损耗不变，而试验期间废气温度升高即废气功率变大，可以确定输入功率Pin变大，输入功率的大小由供油量决定，由此可以推断出柴油机A的耗油量增大。

根据试验期间的数据，对比柴油机A/B耗油量，发现柴油机A的油耗确实高于柴油机B。

导致柴油机油耗偏高的因素主要包括供油系统问题及配气系统问题。

1、供油系统问题

供油系统包括高压油泵、喷油器及相关连接管路。

通常来说，高压油泵齿条脏污、油尺卡死在最大位置会使气缸处于多供油的位置，从而导致该缸功率增加、排气温度上升，同时会使其他气缸分配功率减小（因为总的输出功率不变），对应的现象是单个或某几个气缸排温相对偏高。

喷油器在使用一段时间后会出现喷油压力降低、雾化质量变差等问题，使喷入气缸的柴油无法完全燃烧或滞燃而导致排气温度升高。

同样地，该问题通常表现为单个或某几个气缸排温升高，因为所有的喷油器都出现问题的可能性较低。

由此可见，柴油机A的排气温度整体上升的原因不在于供油系统。

2、配气系统问题

配气系统包括空冷器、涡轮增压器、排气管道及进气过滤器。

配气系统原理图如图3所示。

▲图3　配气系统原理图

该柴油机设计为室内进气方式，进气空气通过涡轮增压器（TC）增压后进入空冷器，依靠高温水和低温水二级冷却后进入各个气缸与雾化后的柴油混合燃烧，燃烧后的废气又推动涡轮增压器工作，随后排入大气。

配气系统通过增压和冷却的方式来增加进气空气量，因此对于冷却效率和阻力系数的要求较高，随着运行时间的增加，进气滤器上的过滤棉会积攒空气中的灰尘和杂质，导致进气量减小同时进气阻力增大，空冷器中会出现水垢，导致冷却效率降低。

出现这两种情况时，柴油机的燃烧工况会变差。

为了保证输出功率不变，调速系统会增大油门，导致油多气少、效率降低，表现为油耗增大、排温升高。

根据试验期间的数据记录及观测发现，进气过滤棉脏污严重，在试验后期通过打开厂房门，调整过滤棉等方式提高进气量，效果明显，排温立即有所降低。

同时，对比空冷器进出口冷却水的温差发现，试验期间变化较小，说明冷却效率并未明显降低，由此推断此次排温整体升高的主要原因在于进气过滤棉脏污过于严重。

导致进气过滤棉脏污严重的原因通常是空气质量差或长时间未更换过滤棉，此次试验前2台柴油机的过滤棉都进行了更换，因此原因在于空气质量差。

但是同样的时间段内柴油机B的温升远小于柴油机A，说明与厂房内正常的空气质量关系不大，真正的原因在于进气滤器附近的排气管道存在漏气，泄漏的废气被增压器直接吸入进气系统，导致过滤棉脏污速度大大增加，而且从柴油机A的A、B排温差来看，A排的进气过滤棉脏污更为严重，根据试验期间的数据记录，可以看出A排的涡轮增压器转速要明显高于B排，最高转速差达到3000rpm。

因此，试验结束后，从进气系统着手排查原因，快速定位到了泄漏点。

四、处理措施

1、检查进气过滤棉

试验结束后，拆检过滤棉，发现脏污严重，且A排明显比B排更脏，证明上述分析正确。

针对该情况，立即更换新的过滤棉。

▲图4　进气过滤棉

2、查找废气漏气点

该柴油机的进气系统布置图如图5所示。

▲图5　进气系统布置图

根据布置图可以看出，在涡轮增压器出口处有一个特殊的转换结构（将涡轮增压器的矩形出口转换为圆形以与排气波纹管连接），称作“天圆地方”结构。

该结构位于进气口的上方，且离进气口比较近，柴油机运行期间若该处矩形口法兰和圆形口法兰泄漏，废气将会直接被吸入进气口，因此这两处为重点检查位置。

经检查发现，矩形法兰处密封垫全部破裂，该垫片为非石棉垫片，在长时间高温和振动工况下，老化破裂严重，见图6。

▲图6　矩形法兰垫片拆检情况

根据检查情况，更换该处垫片，随后对柴油机A进行了8h的补充验证试验，将补充试验数据与监督试验数据进行对比（“线性”直线表示上升趋势），见图7和图8。

▲图7　柴油机A-A排平均排气温度对比

▲图8　柴油机A-B排平均排气温度对比

由上述曲线可以看出，补充试验期间柴油机A的整体排气温度明显下降，对比监督同阶段试验数据，最高温度下降12℃左右，而且上升趋势明显减缓。

至此，该备用柴油机排气温度高的问题得到解决。

五、结语

柴油机排气温度高是一个较为复杂的系统问题，受多个因素影响，应根据柴油机运行数据、运行环境、使用时长及维护保养情况进行分析判断，尤其是通过运行数据的横向和纵向对比有利于准确地找到问题所在。

通常来说，单缸或某几个缸排温高的原因在于供油系统内的设备问题，而整体排温升高则在于供气系统及环境问题。

参考文献：

[1]刘贵深．18V40/45柴油机排温升高的原因分析与排除措施[J]．柴油机，2003，（6）．

[2]赵春生，刘艳利，丁技峰．进排气条件对柴油机工作过程影响研究[C]．第十八届全国大功率柴油机学术年会论文集，2013．

[3]陈机波．解决排气温度偏高的方法[C]．第十八届全国大功率柴油机学术年会论文集，2013．

本文原创作者系：

中核集团三门核电有限公司    蒋凌杰

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