A parte de potência da bomba de incêndio a diesel usada em uma determinada estação de emergência de petróleo offshore adota um motor a diesel com injeção eletrônica de combustível John Deere série 6135. Durante várias semanas de testes, foi descoberto que o tubo de escape do motor a diesel ficou vermelho, a temperatura do tubo de escape excedeu o padrão, a velocidade estava instável e houve forte tremor. Após inspecionar o tubo de admissão, o circuito de óleo, o mecanismo de turbina dupla e o intercooler do motor a diesel, foi finalmente descoberto que a mangueira de escape estava quebrada, o cabo estava corroído, o mecanismo da turbina estava danificado e desgastado, e o intercooler estava corroído e vazava água do mar. Por meio da manutenção das peças defeituosas e da substituição do intercooler, os problemas acima da bomba de incêndio a diesel foram perfeitamente reparados e o equipamento foi restaurado à operação normal.
Estrutura básica da bomba de incêndio a diesel
A bomba de incêndio de emergência é o último recurso de combate a incêndio em caso de incêndio na plataforma, podendo salvar a vida de todos na plataforma e proteger a segurança de todos os equipamentos em momentos críticos.
Portanto, bombas de incêndio de emergência são uma parte indispensável do equipamento da plataforma. Dada a importância das bombas de incêndio de emergência, a parte do motor da bomba de incêndio deve passar por manutenção, inspeção e reparo regulares.
A bomba de incêndio a diesel John Deere foi projetada e instalada no convés de 17 metros da plataforma offshore em 2012 (colocação ao ar livre). Após 8 anos de operação, o corpo do motor a diesel sofreu corrosão severa em várias áreas devido à alta salinidade e umidade do ambiente no mar. Com base nisso, a proteção independente do bloco de alavanca foi instalada na plataforma no final de 2020, e o controle remoto e outras modificações de controle eletrônico foram realizadas.
O princípio geral de operação da bomba de incêndio a diesel é o seguinte:
Após a bomba de incêndio a diesel ser iniciada (pressionando o botão de partida localmente ou remotamente a partir da sala de controle central ou alterando a pressão de saída da rede de tubulação de incêndio), o motor elétrico de 24 Vcc é acionado pela bateria para acionar o volante para girar. O volante aciona o virabrequim para se mover, e o virabrequim aciona o pistão para comprimir a mistura de ar e diesel. Após a mistura nebulosa ser pressurizada, ela é acionada sequencialmente por meio de seis conjuntos de velas de ignição para dar partida no motor a diesel.
Após ser filtrado, o ar fresco aumentará de temperatura após a turbocompressão e, então, será resfriado a 25-60 graus pelo intercooler para evitar que a temperatura do ar comprimido no cilindro fique muito alta e o fluxo de ar seja diluído, resultando em combustão insuficiente do diesel e diminuição da potência.
O intercooler neste dispositivo é resfriado por água do mar. Quando a bomba de incêndio está funcionando normalmente, a água do mar será retirada da tubulação de saída de água do mar para o intercooler, onde trocará calor com ar comprimido. Após a troca de calor, a água do mar será descarregada no mar, e o gás comprimido resfriado entrará no cilindro para combustão, permitindo que o motor a diesel produza energia.
Solução de problemas, identificação de problemas e tratamento de processos
1. Circuito de escape macio
No estado de desligamento devido a uma conexão quebrada, uma lacuna de fratura significativa foi encontrada na mangueira de escape conectada ao cotovelo de escape e à tubulação de entrada do intercooler no lado direito do motor diesel;
As bielas fixas em ambos os lados da mangueira estão severamente corroídas e se soltaram dos parafusos de fixação.
Após a análise, a mangueira de exaustão é fixada por bielas fixas em ambos os lados, que desempenham um papel na fixação e absorção de choque. Devido ao ambiente marinho severo, as bielas são corroídas e quebradas. A mangueira de exaustão não tem suporte e fixação. Durante vários testes semanais, a vibração da pressão de exaustão de alta temperatura e alta pressão fez com que a mangueira vibrasse violentamente por um longo tempo, resultando em fadiga mecânica, rachaduras e vazamento de ar.
Ruptura da mangueira de escape do motor diesel
Solução:
Substitua a mangueira de exaustão por uma nova e a fivela de travamento de aço inoxidável;
Refaça uma nova haste de fixação da mangueira e restaure a instalação após o tratamento anticorrosivo.
2. Mau funcionamento do mecanismo de turbocompressão, danos no cabo
De acordo com os registros de manutenção, esta bomba de incêndio a diesel passou por manutenção em meados de outubro de 2019. Devido a um bloqueio no mecanismo do turbocompressor, um novo turbocompressor foi substituído.
Durante o período de testes de 2019-2022, ele passou por vários reparos e atualmente apresenta o seguinte desempenho:
Após a partida do motor, ele funciona normalmente por um minuto. Quando a pressão da água da bomba atinge 10 MPA, o cano de escape fica vermelho e superaquecido, a velocidade do motor fica instável e há um fenômeno de caminhão de óleo, emitindo fumaça preta espessa. O motor treme significativamente e faíscas são geradas pelo atrito entre as lâminas do turbocompressor e a voluta.
Temperatura do turbocompressor anormal e queimado em vermelho
Funcionamento anormal do motor diesel, incluindo:
1. O mecanismo de transmissão do turbocompressor está com defeito, e o turbocompressor não pode ser aberto normalmente. Após cerca de dois minutos de operação, o alojamento do turbocompressor queima em vermelho.
2. A velocidade instável do motor diesel resulta em pressão e deslocamento instáveis da bomba de incêndio.
3. Durante a operação do grupo gerador a diesel, o tubo de escape emite uma fumaça preta intensa.
Após inspecionar vários sistemas do motor diesel, a equipe de manutenção determinou preliminarmente que havia uma falha mecânica dentro do turbocompressor do motor diesel.
O pessoal de manutenção constatou durante a inspeção que:
O desgaste da luva de cobre e do eixo do turbocompressor causa um aumento na folga longitudinal e axial. O atrito ocorre entre as lâminas da turbina de admissão do turbocompressor e a carcaça da voluta, e os detritos gerados entram entre a válvula e o anel do assento da válvula através do duto de admissão. A tampa apertada entre o anel do assento da válvula e a válvula está desgastada, resultando em má vedação. Alguns gases de alta temperatura e alta pressão passarão pela válvula de admissão, tubo de admissão e intercooler até serem liberados para fora da porta de admissão do filtro de ar, causando aumento da resistência de admissão, admissão insuficiente, combustão incompleta e combustão incompleta de óleo diesel no tubo de escape. O tubo de escape fica vermelho, a potência é insuficiente, a velocidade diminui e outros fenômenos ocorrem.
Iniciando o teste de carga da bomba de incêndio a diesel, foi constatado que havia um grave vazamento de ar no coletor de escape, resultando em uma diminuição no fluxo de gás e na conversão de calor no lado da turbina do turbocompressor, causando uma baixa velocidade do turbocompressor e uma diminuição na quantidade de ar que entra no cilindro, levando à alta temperatura do escape e ao tubo de escape vermelho.
Lidando com problemas de vazamento no tubo de escape:
1. Remova o silenciador e o fole
2. Drene a água de resfriamento da unidade
3. Remova o turbocompressor e desmonte para inspeção (excluindo qualquer dano ao turbocompressor)
4. Após a remoção do coletor de escape e outros componentes correspondentes, foi constatado que as juntas do tubo de escape dos cilindros 5 e 6 estavam danificadas, causando vazamento de ar. Seis novas juntas do tubo de escape foram feitas de material de grafite
5. Reinstale o coletor de escape, reinstale o turbocompressor, reinstale o silenciador, repare e instale-o e teste a unidade. Primeiro, desvie o atuador do turbocompressor, enrole o plugue do circuito de controle com fita isolante e deixe a potência do turbocompressor atingir seu máximo;
Durante o primeiro teste, a alavanca do atuador do turbocompressor foi levantada na direção errada e não totalmente aberta, fazendo com que o tubo de escape continuasse vermelho;
O segundo teste foi conduzido puxando para baixo a haste do atuador na direção correta. A velocidade do turbocompressor estava normal, o tubo de escape não ficou vermelho e a velocidade do motor diesel também estava normal. Após funcionar por mais de 10 minutos, a máquina parou normalmente e o teste foi concluído.
O motivo do dano à junta do tubo de escape pode ser que o diâmetro entre o tubo corrugado do tubo de escape e o silenciador tenha se tornado menor, e o diâmetro da extremidade de entrada do silenciador também é muito pequeno, causando um aumento na contrapressão do escape. Com o tempo, a junta do coletor de escape é danificada.
É recomendado reprocessar o tubo de escape. O diâmetro do tubo de escape aumentará com o número de curvas e o comprimento, e não há possibilidade de ele ficar menor do que antes.
Enrole o plugue do circuito de controle do atuador do turbocompressor com fita isolante e não precisa ser reconectado.
Não afeta o uso. (Originalmente, o pessoal da plataforma também consertou o atuador do turbocompressor puxando a haste para baixo, mas não removeu o plugue da linha de controle, o que poderia facilmente danificar o atuador. Portanto, o circuito do plugue agora está removido).
Após substituir o mecanismo da turbina e conduzir vários testes, ele foi iniciado e operado por 5-10 minutos com a carga de saída nominal. A temperatura do escapamento permaneceu estável em 400-500 graus, e a área do turbocompressor não ficou mais vermelha. O problema foi resolvido.
3. Vários códigos de falha são exibidos localmente
Durante a manutenção inicial, foi descoberto que vários códigos de aviso de falha foram exibidos no monitor local, incluindo o aviso de comunicação SPN3822 para a bomba de circulação de exaustão do 2º estágio (segundo cabo do sensor ECR) e o aviso de desconexão SPN641 para o acionamento da turbina.
O alarme de falha exibido no módulo da caixa de controle local é o código SPN3822, que é devido à inspeção anterior do problema de travamento do turbocompressor. Como o turbocompressor não pode detectar e executar automaticamente o grau de abertura para evitar que o mecanismo da turbina funcione incorretamente, o cabo de conexão da bomba de circulação de exaustão foi desconectado manualmente. Somente restaurando o mecanismo da turbina posteriormente e conectando o cabo, o código de falha relevante pode ser eliminado.
O módulo da caixa de controle local exibe outro código de alarme de falha SPN641, indicando uma falha de comunicação entre a válvula VGT do atuador do turbocompressor do motor e o ECM. A inspeção no local descobriu que havia dois fios corroídos e quebrados no chicote elétrico entre o ECM e a caixa de controle local, que por acaso era o fio de alimentação de energia em funcionamento (J1-H3AI-H4) da válvula VGT do atuador, causando falha de comunicação entre o ECM e a válvula VCT.
Este conector pertence a um conector especializado e não pode ser desmontado para manutenção, então ele só pode ser manuseado simplesmente no local. As duas linhas de energia da válvula VCT do JH31-H4 são crimpadas em um bloco de terminais circular, então inseridas em um pino redondo e amarradas firmemente com braçadeiras de plástico para evitar mau contato. Após o processamento, a comunicação entre ECM e VCT é normal e o código SPN641 não aparece mais.
4. Corrosão, ruptura e vazamento de água do intercooler
Após remover a conexão suave do escapamento, usando uma lanterna para iluminar o interior do intercooler, foi descoberto que havia gotículas de água contínuas nas aletas de resfriamento do intercooler. Quando tocadas com a mão, havia gotículas de água granulares com um forte cheiro de água do mar de peixe, que foi determinado como corrosão e perfuração do tubo de troca de calor do intercooler.
O intercooler usa água do mar para resfriar o ar fresco após a turbocompressão. A água do mar é altamente corrosiva, causando vazamento de água nos tubos de troca de calor do intercooler. Devido à posição alta do intercooler, no ponto mais alto do motor, e ao fato de que a água do mar só chega ao intercooler após a partida do motor. Quando o motor está funcionando, a água do mar passa pelo intercooler e entra no coletor de admissão antes de entrar no cilindro. A má combustão no cilindro causa depósitos de carbono e vapor de água, que corroem ainda mais as válvulas e os anéis de assento. O desgaste dentro do cilindro se intensifica, e o pistão e o anel do pistão se desgastam.
Após determinar a perfuração de corrosão do intercooler, considerando que, embora a água do mar seja corrosiva, a quantidade de infiltração não é muito grande, e a bomba de incêndio a diesel é um equipamento crítico de emergência e está em backup online, não é permitido desmontar e reparar o intercooler por um longo tempo. É recomendado que o local do campo petrolífero:
1. Reduzir a frequência dos testes de equipamentos e mudar de testes semanais para testes bimestrais;
2. Compre um intercooler com urgência e substitua-o em tempo hábil.
3, Resumo da investigação e sugestões de backup:
Após uma inspeção detalhada por várias forças de manutenção no campo de petróleo, foi descoberto e resolvido que a bomba de incêndio a diesel tinha potência e aquecimento de turbina insuficientes causados por corrosão, altas temperaturas anormais e outros motivos. Eventualmente, a bomba de incêndio a diesel foi restaurada ao modo de espera normal pela substituição de peças de reposição e alteração dos procedimentos operacionais.
Devido ao fato de o equipamento ser importado dos Estados Unidos, o ciclo de pedidos de peças de reposição é relativamente longo, e leva algum tempo para se recuperar de falhas no equipamento. Além disso, combinado com a função especial de emergência da bomba de incêndio a diesel, os procedimentos operacionais recomendados são os seguintes:
1) Não ligue o motor diesel, a menos que seja uma emergência, para evitar maiores danos ao motor;
2. Substitua o intercooler;
Substitua o turbocompressor e o conjunto do tubo de escape;
4) Realizar reparos médios ou grandes, substituição de componentes internos como válvulas, anéis de sede, anéis de pistão, etc.
Esta bomba de incêndio pertence ao equipamento de emergência e é o equipamento de combate a incêndio de emergência mais importante em campos de petróleo offshore. Se houver um estado anormal de curto prazo durante o período normal de produção do campo de petróleo, há um certo risco de segurança para o campo de petróleo, como segue:
Risco 1
Durante incêndios em larga escala, pode ocorrer baixa pressão na rede de tubulação de incêndio e fornecimento insuficiente de água para incêndio.
Medidas de controle:
1) Substitua o trabalho a quente pelo trabalho a frio e minimize o número de trabalhos a quente o máximo possível.
2) É proibido realizar trabalho a quente simultaneamente em várias áreas perigosas. Suspenda operações com chama aberta em áreas perigosas.
3) As medidas de controle para trabalhos térmicos realizados em áreas perigosas devem ser atualizadas.
4) Fortalecer o monitoramento térmico durante as operações de trabalho a quente, equipar equipamentos de extinção de incêndio e melhorar as capacidades de resposta a emergências dos observadores de incêndio.
5) Criptografe e inspecione equipamentos elétricos e dispositivos elétricos à prova de explosão para eliminar riscos de incêndio.
6) Verifique o status das conexões internacionais em terra e mangueiras no convés de atracação para garantir confiabilidade e usabilidade.
Risco 2
Em caso de manutenção ou falha de energia da plataforma da bomba de incêndio elétrica, a bomba de incêndio elétrica não poderá dar partida normalmente, e a bomba de incêndio a diesel não poderá ser usada, resultando na falha do sistema de proteção contra incêndio.
Medidas de controle:
1) Criptografe e teste a bomba de incêndio elétrica e estenda adequadamente o período de manutenção do desligamento da bomba de incêndio elétrica.
2) Reserve uma bomba de incêndio elétrica e faça preparativos suficientes antes de substituir a bomba para encurtar o tempo de manutenção da operação de substituição da bomba.
3) Adicione extintores de incêndio portáteis, de pó seco e de espuma, com rodas, no local para aumentar a capacidade de extinguir os incêndios iniciais.
4) Verifique a conexão internacional com a costa e o status da mangueira do convés de atracação para garantir confiabilidade e usabilidade.
5) O departamento de energia criptografou e testou o gerador de emergência, tentando fornecer energia para a bomba de incêndio no caso de queda de energia na plataforma.
6) Promover a interligação e intercomunicação de tubulações de proteção contra incêndio entre esta plataforma e as plataformas adjacentes.