La parte de potencia de la bomba diésel contra incendios utilizada en una determinada estación de emergencia petrolera en alta mar adopta un motor diésel de inyección electrónica de combustible John Deere serie 6135. Durante varias semanas de pruebas, se descubrió que el tubo de escape del motor diésel se ponía rojo, la temperatura del tubo de escape excedía el estándar, la velocidad era inestable y había fuertes temblores. Después de inspeccionar el tubo de admisión, el circuito de aceite, el mecanismo de doble turbina y el intercooler del motor diésel, finalmente se descubrió que la manguera de escape estaba rota, el cable estaba corroído, el mecanismo de la turbina estaba dañado y desgastado, y el intercooler estaba corroído y perdía agua de mar. A través del mantenimiento de las piezas defectuosas y el reemplazo del intercooler, los problemas anteriores de la bomba diésel contra incendios se repararon perfectamente y el equipo volvió a funcionar con normalidad.
Estructura básica de la bomba contra incendios diésel
La bomba de emergencia contra incendios es el último medio de extinción de incendios en caso de incendio en la plataforma, que puede salvar las vidas de todas las personas que se encuentran en la plataforma y proteger la seguridad de todos los equipos en momentos críticos.
Por lo tanto, las bombas de emergencia contra incendios son una parte indispensable del equipo de la plataforma. Dada la importancia de las bombas de emergencia contra incendios, la parte del motor de la bomba contra incendios debe someterse a un mantenimiento, inspección y reparación regulares.
La bomba diésel contra incendios John Deere fue diseñada e instalada en la cubierta de 17 metros de la plataforma offshore en 2012 (ubicación al aire libre). Después de 8 años de funcionamiento, el cuerpo del motor diésel sufrió una corrosión severa en varias áreas debido al ambiente de alta salinidad y humedad en el mar. En base a esto, a fines de 2020 se instaló una protección de bloque de palanca independiente en la plataforma y se realizaron modificaciones de control remoto y otras modificaciones de control electrónico.
El principio de funcionamiento general de la bomba contra incendios diésel es el siguiente:
Después de que se pone en marcha la bomba diésel contra incendios (pulsando el botón de arranque de forma local o remota desde la sala de control central o modificando la presión de salida de la red de tuberías contra incendios), el motor eléctrico de 24 V CC es accionado por la batería para hacer girar el volante. El volante hace girar el cigüeñal y el cigüeñal hace girar el pistón para comprimir la mezcla de aire y diésel. Una vez presurizada la mezcla nebulizada, se enciende secuencialmente a través de seis juegos de bujías para poner en marcha el motor diésel.
Después de ser filtrado, el aire fresco aumentará de temperatura después de la turboalimentación y luego se enfriará a 25-60 grado por el intercooler para evitar que la temperatura del aire comprimido en el cilindro sea demasiado alta y el flujo de aire se diluya, lo que resulta en una combustión diésel insuficiente y una disminución de la potencia.
El intercooler de este dispositivo se enfría con agua de mar. Cuando la bomba contra incendios funciona con normalidad, el agua de mar se extraerá de la tubería de salida de agua de mar hasta el intercooler, donde intercambiará calor con aire comprimido. Después del intercambio de calor, el agua de mar se descargará en el mar y el gas comprimido enfriado ingresará al cilindro para la combustión, lo que permitirá que el motor diésel genere potencia.
Solución de problemas, identificación de problemas y gestión de procesos
1. Circuito de escape blando
En el estado de apagado debido a una conexión rota, se encontró una brecha de fractura significativa en la manguera de escape conectada al codo de escape y la tubería de entrada del intercooler en el lado derecho del motor diésel;
Las bielas fijas de ambos lados de la manguera están muy corroídas y se han desprendido de los pernos de fijación.
Después del análisis, la manguera de escape se fija mediante bielas fijas en ambos lados, que desempeñan un papel de fijación y absorción de impactos. Debido al duro entorno marino, las bielas se corroen y se rompen. La manguera de escape carece de soporte y fijación. Durante varias pruebas semanales, la vibración de alta temperatura y alta presión de escape hizo que la manguera vibrara violentamente durante mucho tiempo, lo que finalmente resultó en fatiga mecánica, agrietamiento y fuga de aire.
Rotura de la manguera de escape del motor diésel
Solución:
Reemplace la manguera de escape por una nueva y la hebilla de bloqueo de acero inoxidable;
Rehacer una nueva varilla de fijación de la manguera y restaurar la instalación después del tratamiento anticorrosión.
2. Mal funcionamiento del mecanismo de turbocompresor, daños en el cable.
Según los registros de mantenimiento, esta bomba contra incendios diésel se sometió a mantenimiento a mediados de octubre de 2019. Debido a un bloqueo en el mecanismo del turbocompresor, se reemplazó por un nuevo turbocompresor.
Durante el período de prueba de 2019-2022, se sometió a múltiples reparaciones y actualmente muestra el siguiente rendimiento:
Después de que el motor arranca, funciona normalmente durante un minuto. Cuando la presión del agua de la bomba alcanza los 10 MPA, el tubo de escape se pone rojo y se sobrecalienta, la velocidad del motor es inestable y se produce un fenómeno de camión de aceite, que emite humo negro espeso. El motor tiembla mucho y se generan chispas por la fricción entre las palas del turbocompresor y la voluta.
Temperatura del turbocompresor anormal y quemado en rojo
Funcionamiento anormal del motor diésel, incluyendo:
1. El mecanismo de transmisión del turbocompresor no funciona correctamente y el turbocompresor no se puede abrir con normalidad. Después de unos dos minutos de funcionamiento, la carcasa del turbocompresor se enciende de color rojo.
2. La velocidad inestable del motor diésel genera una presión inestable y un desplazamiento inestable de la bomba contra incendios.
3. Durante el funcionamiento del grupo electrógeno diésel, el tubo de escape emite humo negro denso.
Luego de inspeccionar varios sistemas del motor diesel, el personal de mantenimiento determinó preliminarmente que existía una falla mecánica dentro del turbocompresor del motor diesel.
El personal de mantenimiento encontró durante la inspección que:
El desgaste de la manga de cobre y del eje del turbocompresor provoca un aumento de la holgura longitudinal y axial. Se produce fricción entre las palas de la turbina de admisión del turbocompresor y la carcasa de la voluta, y los residuos generados entran entre la válvula y el anillo del asiento de la válvula a través del conducto de admisión. La cubierta hermética entre el anillo del asiento de la válvula y la válvula se desgasta, lo que da como resultado un sellado deficiente. Algunos gases de alta temperatura y alta presión pasarán a través de la válvula de admisión, el tubo de admisión y el intercooler hasta que se eliminen del puerto de admisión del filtro de aire, lo que provoca un aumento de la resistencia de admisión, admisión insuficiente, combustión incompleta y combustión incompleta del combustible diésel en el tubo de escape. El tubo de escape se pone rojo, la potencia es insuficiente, la velocidad disminuye y ocurren otros fenómenos.
Al iniciar la prueba de carga de la bomba contra incendios diésel, se encontró que había una fuga de aire grave en el colector de escape, lo que provocó una disminución en el flujo de gas y la conversión de calor en el lado de la turbina del turbocompresor, lo que provocó una baja velocidad del turbocompresor y una disminución en la cantidad de aire que ingresa al cilindro, lo que genera una alta temperatura de escape y un tubo de escape rojo.
Cómo solucionar problemas de fugas en los tubos de escape:
1. Retire el silenciador y el fuelle.
2. Drene el agua de enfriamiento de la unidad.
3. Retire el turbocompresor y desmóntelo para inspeccionarlo (excluyendo cualquier daño al turbocompresor)
4. Después de desmontar el colector de escape y otros componentes correspondientes, se encontró que las juntas de los tubos de escape de los cilindros 5 y 6 estaban dañadas, lo que provocaba fugas de aire. Se fabricaron seis juntas de tubos de escape nuevas de material de grafito.
5. Vuelva a instalar el colector de escape, vuelva a instalar el turbocompresor, vuelva a instalar el silenciador, repárelo e instálelo y pruebe la unidad. Primero, desvíe el actuador del turbocompresor, envuelva el enchufe del circuito de control con cinta aisladora y deje que la potencia del turbocompresor alcance su máximo;
Durante la primera prueba, la palanca del actuador del turbocompresor se levantó en la dirección incorrecta y no se abrió completamente, lo que provocó que el tubo de escape aún se pusiera rojo;
La segunda prueba se realizó tirando hacia abajo la varilla del actuador en la dirección correcta. La velocidad del turbocompresor era normal, el tubo de escape no se puso rojo y la velocidad del motor diésel también era normal. Después de funcionar durante más de 10 minutos, la máquina se detuvo normalmente y la prueba se completó.
La causa del daño en la junta del tubo de escape puede ser que el diámetro entre el tubo corrugado del tubo de escape y el silenciador se ha vuelto más pequeño, y el diámetro del extremo de entrada del silenciador también es muy pequeño, lo que provoca un aumento de la contrapresión del escape. Con el tiempo, la junta del colector de escape se daña.
Se recomienda volver a procesar el tubo de escape. El diámetro del tubo de escape aumentará con el número de curvas y la longitud, y no hay posibilidad de que se vuelva más pequeño que antes.
Envuelva el enchufe del circuito de control del actuador del turbocompresor con cinta aisladora y no es necesario volver a conectarlo.
No afecta el uso. (Originalmente, el personal de la plataforma también reparaba el actuador del turbocompresor tirando hacia abajo de la varilla, pero no quitaba el tapón de la línea de control, que podría dañar fácilmente el actuador. Por lo tanto, ahora se quita el circuito del tapón).
Después de reemplazar el mecanismo de la turbina y realizar varias pruebas, se puso en marcha y funcionó durante 5-10 minutos con la carga de salida nominal. La temperatura de escape se mantuvo estable en 400-500 grado y el área del turbocompresor ya no se puso roja. El problema se resolvió.
3. Se muestran varios códigos de falla localmente
Durante el mantenimiento inicial, se descubrió que se mostraban múltiples códigos de advertencia de falla en el monitor local, incluida la advertencia de comunicación SPN3822 para la bomba de circulación de escape de la segunda etapa (cable del segundo sensor ECR) y la advertencia de desconexión SPN641 para el accionamiento de la turbina.
La alarma de falla que se muestra en el módulo de la caja de control local es el código SPN3822, que se debe a la inspección anterior del problema de bloqueo del turbocompresor. Como el turbocompresor no puede detectar y ejecutar automáticamente el grado de apertura para evitar el mal funcionamiento del mecanismo de la turbina, el cable de conexión de la bomba de circulación de escape se desconectó manualmente. Solo restaurando el mecanismo de la turbina más tarde y conectando el cable, se puede eliminar el código de falla relevante.
El módulo de la caja de control local muestra otro código de alarma de falla SPN641, que indica una falla de comunicación entre la válvula VGT del actuador del turbocompresor del motor y el ECM. En la inspección del sitio se encontró que había dos cables corroídos y rotos en el mazo de cables entre el ECM y la caja de control local, que resultó ser el cable de alimentación de trabajo (J1-H3AI-H4) de la válvula VGT del actuador, lo que causaba una falla de comunicación entre el ECM y la válvula VCT.
Este conector pertenece a un conector especializado y no se puede desmontar para realizar tareas de mantenimiento, por lo que solo se puede manipular de forma sencilla en el lugar. Las dos líneas de alimentación de la válvula VCT de JH31-H4 se engarzan en un bloque de terminales circular, luego se insertan en un pasador redondo y se atan firmemente con bridas para evitar un mal contacto. Después del procesamiento, la comunicación entre el ECM y el VCT es normal y el código SPN641 ya no aparece.
4. Corrosión, rotura y fuga de agua del intercooler.
Después de quitar la conexión blanda del escape, utilizando una linterna para iluminar el interior del intercooler, se encontró que había gotas de agua continuas en las aletas de enfriamiento del intercooler. Al tocarlo con la mano, había gotas de agua granuladas con un fuerte olor a agua de mar a pescado, lo que se determinó que era corrosión y perforación del tubo de intercambio de calor del intercooler.
El intercooler utiliza agua de mar para enfriar el aire fresco después de la turboalimentación. El agua de mar es altamente corrosiva, lo que provoca fugas de agua en las tuberías de intercambio de calor del intercooler. Debido a la posición elevada del intercooler, en el punto más alto del motor, y al hecho de que el agua de mar solo llega al intercooler después de arrancar el motor, cuando el motor está en marcha, el agua de mar pasa a través del intercooler y entra en el colector de admisión antes de entrar en el cilindro. Una mala combustión en el cilindro provoca depósitos de carbón y vapor de agua, que corroen aún más las válvulas y los anillos de asiento. El desgaste dentro del cilindro se intensifica y el pistón y el anillo del pistón se desgastan.
Después de determinar la perforación por corrosión del intercooler, considerando que si bien el agua de mar es corrosiva, la cantidad de filtración no es demasiado grande y la bomba contra incendios diésel es un equipo de emergencia crítico y se encuentra en respaldo en línea, no está permitido desmontar y reparar el intercooler durante un tiempo prolongado. Se recomienda que el sitio del yacimiento petrolífero:
1. Reducir la frecuencia de las pruebas de los equipos y pasar de pruebas semanales a pruebas bimensuales;
2. Compre urgentemente un intercooler y reemplácelo de manera oportuna.
3. Resumen de la investigación y sugerencias de respaldo:
Después de una inspección detallada por parte de varias fuerzas de mantenimiento en el campo petrolífero, se descubrió y resolvió que la bomba diésel contra incendios tenía potencia insuficiente y calentamiento de la turbina causado por corrosión, temperaturas anormalmente altas y otras razones. Finalmente, la bomba diésel contra incendios se restableció a su estado normal de funcionamiento reemplazando piezas de repuesto y modificando los procedimientos operativos.
Debido a que el equipo se importa de Estados Unidos, el ciclo de pedido de repuestos es relativamente largo y lleva algún tiempo recuperarse de las fallas del equipo. Además, combinado con la función de emergencia especial de la bomba contra incendios diésel, los procedimientos operativos recomendados son los siguientes:
1) No arranque el motor diésel a menos que sea una emergencia para evitar mayores daños al motor;
2. Reemplace el intercooler;
Reemplace el conjunto del turbocompresor y el tubo de escape;
4) Realizar reparaciones medianas o mayores, reemplazar componentes internos como válvulas, anillos de asiento, anillos de pistón, etc.
Esta bomba contra incendios pertenece al equipo de emergencia y es el equipo de extinción de incendios de emergencia más importante en los yacimientos petrolíferos en alta mar. Si se produce una situación anormal a corto plazo durante el período de producción normal del yacimiento petrolífero, existe un cierto riesgo de seguridad para el yacimiento petrolífero, como se indica a continuación:
Riesgo 1
Durante el uso de rociadores contra incendios a gran escala, puede provocar baja presión en la red de tuberías contra incendios y un suministro insuficiente de agua contra incendios.
Medidas de control:
1) Reemplazar el trabajo en caliente por trabajo en frío y minimizar el número de trabajos en caliente tanto como sea posible.
2) Está prohibido realizar trabajos en caliente simultáneamente en varias áreas peligrosas. Suspender las operaciones con llamas abiertas en áreas peligrosas.
3) Se deben mejorar las medidas de control de los trabajos térmicos realizados en zonas peligrosas.
4) Fortalecer el monitoreo térmico durante las operaciones de trabajo en caliente, equipar equipos de extinción de incendios y mejorar las capacidades de respuesta a emergencias de los observadores de incendios.
5) Cifrar e inspeccionar los equipos y dispositivos eléctricos a prueba de explosiones para eliminar los riesgos de incendio.
6) Verificar el estado de las conexiones internacionales a tierra y las mangueras en la cubierta de atraque para garantizar la confiabilidad y usabilidad.
Riesgo 2
En caso de mantenimiento o falla de energía de la plataforma de la bomba eléctrica contra incendios, la bomba eléctrica contra incendios no puede arrancar normalmente y la bomba contra incendios diésel no se puede utilizar, lo que provoca la falla del sistema de protección contra incendios.
Medidas de control:
1) Cifre y pruebe la bomba eléctrica contra incendios y extienda el período de mantenimiento de apagado de la bomba eléctrica contra incendios de manera adecuada.
2) Reserve una bomba eléctrica contra incendios y haga los preparativos suficientes antes de reemplazarla para acortar el tiempo de mantenimiento de la operación de reemplazo de la bomba.
3) Agregar extintores portátiles de polvo seco y espuma con ruedas en el lugar para mejorar la capacidad de extinguir incendios iniciales.
4) Verifique la conexión a tierra internacional y el estado de las mangueras de la plataforma de atraque para garantizar la confiabilidad y usabilidad.
5) El departamento de energía encriptó y probó el generador de emergencia, intentando suministrar energía a la bomba contra incendios en caso de una pérdida de energía en la plataforma.
6) Promover la interconexión e intercomunicación de las tuberías de protección contra incendio entre esta plataforma y las plataformas adyacentes.