关键词：燃气发动机；爆震；原因分析及处理
前言
我公司有60台卡特G3520C燃气发动机，为我公司的主要发电设备，主要燃料为煤矿井下抽才出的瓦斯气，运行过程中频繁出现爆震停机现象。机组投运至今，每台机组年故障停机约70次左右，其中机组爆震停机约30次左右，占到所有故障停机的43%左右，严重影响了机组的正常运行。
1 爆震的成因与危害
当发动机吸入燃气与空气的混合物后，在压缩行程还未到达设计的点火位置、种种控制之外的因素却导致燃气混合物自行点火燃烧，此时，燃烧所产生的巨大冲击力与活塞运动的方向相反、引起发动机震动，这种现象称为爆震。造成爆震的这种不正常燃烧常带有爆炸性质，给发动机气缸盖、缸壁、活塞顶部、连杆等机构造成很强的机械应力和热应力，而强烈爆破时的冲击会破坏润滑油膜，加速汽缸磨损，发动机的动力性、经济性和可靠性都有明显下降。严重者表现为活塞环槽中活塞环磨损、腐蚀活塞表面，火花塞瓷体碎裂，排气门烧蚀等，严重地影响了发动机地寿命。
2 机组爆震停机的原因
G3520C燃气发动机在运行过程中，当爆震水平超过报警触发点，机组会发出报警；当爆震水平超过发动机关停报警的触发点，电子控制模块会延迟发生爆燃的气缸的点火正时。如果气缸的点火正时在延迟了6度后经过5秒依然存在爆震，电子控制模块会发出指令让发动机停机，造成机组爆震停运。就G3520C燃气发动机来说，造成机组爆震主要有以下几方面原因：
2.1进气温度高
在机组运行过程中，较高的进气温度导致混合燃气在压缩冲程过程中，压缩温度超过自动点火温度，在压缩冲程时混合燃气提前燃烧，造成机组爆震。
2.2点火提前角过大
气缸内混合气的着火和燃烧需要经历一段化学反应过程，需要一定的时间，为了使燃烧过程基本上在上止点附近进行完毕，以便能充分利用燃烧时放出的热能来做功，因此混合气的点燃必须在活塞压缩达到上止点前进行。这个点火提前的时间用曲柄转角来表示，叫点火提前角。点火提前角过大，过大的点火提前角使活塞还在压缩行程时，大部分混合气已经燃烧，此时未燃烧的混合气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。
2.3空燃比不正确
过稀的空燃比，会使燃烧温度提高，燃烧温度提高会造成发动机温度上升，容易产生爆震。
2.4爆震传感器及电路故障
由于爆震传感器线路短路、线路开路、接线头松动及爆震传感器故障等原因，造成机组在运行过程中出现虚假的爆震信号，造成机组停机。
2.5燃烧室过量积碳
发动机燃烧室内过量积碳，相当于气缸内容积变小，会使压缩比增大(产生高压)，也会在积碳表面产生高温热点或者火星，使发动机爆震。
2.6瓦斯气浓度发生变化
瓦斯气的浓度代表燃气中甲烷数的高低，浓度越高，同等体积内所含甲烷数越多。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆甲烷数低的燃料比甲烷数高的燃料燃烧得更快， 此外，压缩产生的热量可能点燃甲烷数低的燃料比甲烷数高的燃料的时间更快。如果发动机运行过程中瓦斯气浓度降低，燃料混合气含甲烷数降低，有可能提前燃烧，造成机组爆震。
3机组爆震停机的处理方法
3.1进气温度高处理
造成进气温度高，一般有以下几方面原因：1）冷却水系统水量不足，冷却效果不好，可以检查散热水箱水量及水系统有无漏点，水量少及有漏点时及时补充及消漏。2）远程散热器风扇故障，检查散热水箱风扇是否有弯曲、损坏及反转现象，是否有碎片或杂物阻碍空气流动。对故障远散进行维修，对远散底部杂物进行清理，保证远散的冷却效果。3）机房内温度高，检查机房的屋顶风机，确保无故障且堵在正常工作状态，机房进风口无堵塞，改善燃机间机房内的通风，降低机房内温度，从而降低机组温度。4）燃气冷却器堵塞，冷却效果降低，可对冷却器进行清洗，提高冷却效果，降低进气温度。
3.2点火提前角过大处理
点火提前角是由燃料的甲烷值决定的，根据甲烷值在控制系统中输入点火提前角的数值即可。在安装调试时厂家根据公司提供的甲烷值，设置的点火提前角为上止点之前26度，在使用过程中若燃气中甲烷浓度未变，可查看点火提前角有无改动。若燃气中甲烷浓度发生改变，可查阅厂家提供的发动机性能手册的“燃料使用说明”，改为合适的点火提前角。
3.3空燃比不正确处理
机组在初次启动之前，把燃气的低热值（LHV）、燃气比重及燃气比热比（比定压热容与比定容热容的比值）输入到机组厂家的“甲烷值计算软件”里面去，计算的空燃比结果会写入电子控制模块。在启机后根据机组状况，通过微调燃气的低热值，达到发动机运行稳定。在运行过程中，电子控制模块会对设置的燃气低热值进行补偿修正，会以燃气修正因数的参数表现出来，具体关系为：设置的燃气的低热值=实际的燃气的低热值*燃气修正因数。因此可以通过燃气修正因数的大小，确定设置的燃气低热值是偏大或偏小，从而调整设置的燃气低热值与实际的低热值一致，保证机组有正确的空燃比。
3.4爆震传感器及电路故障处理
机组爆震停机后，可以查看机组显示的报警信息，出现某缸爆震传感器电压高于正常值，表明爆震传感器故障或者线路短路。若出现某缸爆震传感器电流低于正常值，表明爆震传感器故障或者线路开路。可用万用表测量导线通断或者相间短路，出现线路短路或开路情况，查看线路有无破损或接头松动情况，及时对破损处及接头进行处理紧固，必要时更换线路。若无线路短路或开路情况，更换爆震传感器。
3.5燃烧室过量积碳处理
机组爆震停机后，可以取下缸头护罩，取出点火变压器及火花塞，用内窥镜对缸内进行检查，若缸头、缸套壁及活塞上积碳较多，可取下缸头，对缸头、缸套壁及活塞上的积碳进行清理。
3.6燃气浓度发生变化处理
通过我厂DCS监控系统画面，可以直观地看到燃气浓度，当机组燃气浓度降低时，可以及时修改输入燃气低热值，把实际燃气低热值正确地反馈给电子控制模块，从而达到增加燃气供应流量，提高缸内燃料混合气甲烷含量的目的，避免因燃料混合气含甲烷数降低造成的爆震。
4结束语
综上所述：本文以机组爆震排查为目标，首先介绍我厂机组爆震情况，了解机组爆震原理，指出爆震的危害及造成机组爆震原因，提出了切合我厂实际的爆震处理方法，也为同类型燃气发动机爆震排查提供了思路。
参考文献：
[1]卡特彼勒. G300发电机组操作和保养手册. 2012年11月中文版.
[2]刘磊.燃气发动机爆震故障处理.化工管理,2015,(14):9-10.
[3]?鲁龙兴?陈刚?马科笃?刘泽军?史常贵.L7044GSI燃气发动机频繁爆震原因分析与排除.内燃机,2013,(2):61-62.
论文作者:胡殿贵
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 21期
论文发表时间:2020/4/9
标签：机组论文; 燃气论文; 甲烷论文; 发动机论文; 热值论文; 浓度论文; 燃料论文; 《当代电力文化》2019年 21期论文;