Bộ phận nguồn của máy bơm chữa cháy diesel được sử dụng trong một trạm cứu hộ dầu ngoài khơi nhất định sử dụng động cơ diesel phun nhiên liệu điện tử John Deere series 6135. Trong nhiều tuần thử nghiệm, người ta phát hiện ra rằng ống xả của động cơ diesel chuyển sang màu đỏ, nhiệt độ ống xả vượt quá tiêu chuẩn, tốc độ không ổn định và có hiện tượng rung lắc nghiêm trọng. Sau khi kiểm tra ống nạp, mạch dầu, cơ cấu tua bin đôi và bộ làm mát trung gian của động cơ diesel, cuối cùng người ta phát hiện ra rằng ống xả bị hỏng, cáp bị ăn mòn, cơ cấu tua bin bị hỏng và mòn, bộ làm mát trung gian bị ăn mòn và rò rỉ nước biển. Thông qua việc bảo dưỡng các bộ phận bị lỗi và thay thế bộ làm mát trung gian, các vấn đề trên của máy bơm chữa cháy diesel đã được khắc phục hoàn hảo và thiết bị đã được khôi phục hoạt động bình thường.
Cấu tạo cơ bản của máy bơm chữa cháy diesel
Máy bơm chữa cháy khẩn cấp là phương tiện chữa cháy cuối cùng trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn trên giàn khoan, có thể cứu sống mọi người trên giàn khoan và bảo vệ an toàn cho mọi thiết bị vào những thời điểm quan trọng.
Do đó, máy bơm chữa cháy khẩn cấp là một bộ phận không thể thiếu của thiết bị nền tảng. Với tầm quan trọng của máy bơm chữa cháy khẩn cấp, bộ phận động cơ của máy bơm chữa cháy phải được bảo dưỡng, kiểm tra và sửa chữa thường xuyên.
Máy bơm chữa cháy diesel John Deere được thiết kế và lắp đặt trên sàn 17 mét của giàn khoan ngoài khơi vào năm 2012 (đặt ngoài trời). Sau 8 năm hoạt động, thân động cơ diesel bị ăn mòn nghiêm trọng ở nhiều khu vực do môi trường có độ mặn và độ ẩm cao trên biển. Dựa trên điều này, bảo vệ khối nạy độc lập đã được lắp đặt trên giàn khoan vào cuối năm 2020 và điều khiển từ xa và các sửa đổi điều khiển điện tử khác đã được thực hiện.
Nguyên lý hoạt động chung của máy bơm chữa cháy diesel như sau:
Sau khi máy bơm chữa cháy diesel được khởi động (bằng cách nhấn nút khởi động cục bộ hoặc từ xa khởi động từ phòng điều khiển trung tâm hoặc thay đổi áp suất đầu ra của mạng lưới đường ống chữa cháy), động cơ điện 24Vdc được dẫn động bởi pin để dẫn động bánh đà quay. Bánh đà dẫn động trục khuỷu chuyển động và trục khuỷu dẫn động piston để nén hỗn hợp không khí và diesel. Sau khi hỗn hợp sương mù được nén, nó được đánh lửa tuần tự thông qua sáu bộ bugi để khởi động động cơ diesel.
Sau khi được lọc, không khí trong lành sẽ tăng nhiệt độ sau khi tăng áp, sau đó được làm mát xuống 25-60 độ bởi bộ làm mát trung gian để ngăn nhiệt độ không khí nén trong xi lanh quá cao và luồng không khí bị loãng, dẫn đến quá trình đốt cháy diesel không đủ và giảm công suất.
Bộ làm mát trung gian trong thiết bị này được làm mát bằng nước biển. Khi máy bơm chữa cháy hoạt động bình thường, nước biển sẽ được hút từ đường ống thoát nước biển đến bộ làm mát trung gian, tại đó nước biển sẽ trao đổi nhiệt với khí nén. Sau khi trao đổi nhiệt, nước biển sẽ được xả ra biển và khí nén được làm mát sẽ đi vào xi lanh để đốt cháy, cho phép động cơ diesel phát ra công suất.
Xử lý sự cố, xác định vấn đề và xử lý quy trình
1. Mạch xả mềm
Trong trạng thái dừng máy do kết nối bị hỏng, phát hiện khe nứt đáng kể ở ống xả nối với ống khuỷu xả và đường ống dẫn vào bộ làm mát trung gian ở phía bên phải động cơ diesel;
Các thanh kết nối cố định ở cả hai bên ống bị ăn mòn nghiêm trọng và đã bong ra khỏi bu lông cố định.
Sau khi phân tích, ống xả được cố định bằng thanh kết nối cố định ở cả hai bên, đóng vai trò cố định và hấp thụ sốc. Do môi trường biển khắc nghiệt, thanh kết nối bị ăn mòn và gãy. Ống xả thiếu sự hỗ trợ và cố định. Trong nhiều lần thử nghiệm hàng tuần, rung động áp suất xả ở nhiệt độ cao và áp suất cao khiến ống rung dữ dội trong thời gian dài, cuối cùng dẫn đến mỏi cơ học và nứt và rò rỉ không khí.
Ống xả động cơ diesel bị vỡ
Giải pháp:
Thay ống xả mới và khóa bằng thép không gỉ;
Làm lại thanh cố định ống mới và khôi phục lại vị trí lắp đặt sau khi xử lý chống ăn mòn.
2. Cơ chế tăng áp bị trục trặc, cáp bị hỏng
Theo hồ sơ bảo trì, máy bơm chữa cháy diesel này đã được bảo trì vào giữa tháng 10 năm 2019. Do cơ cấu tăng áp bị tắc nên đã phải thay thế một tăng áp mới.
Trong thời gian thử nghiệm 2019-2022, sản phẩm đã trải qua nhiều lần sửa chữa và hiện cho thấy hiệu suất như sau:
Sau khi khởi động động cơ, chạy bình thường trong một phút. Khi áp suất nước bơm đạt 10MPA, ống xả chuyển sang màu đỏ và quá nhiệt, tốc độ động cơ không ổn định và có hiện tượng xe chở dầu, phát ra khói đen dày. Động cơ rung lắc đáng kể và tia lửa được tạo ra bởi ma sát giữa các cánh tăng áp và xoắn ốc.
Nhiệt độ tăng áp bất thường và cháy đỏ
Hoạt động bất thường của động cơ diesel, bao gồm:
1. Cơ cấu truyền động của bộ tăng áp bị trục trặc, bộ tăng áp không thể mở bình thường. Sau khoảng hai phút hoạt động, vỏ bộ tăng áp cháy đỏ.
2. Tốc độ không ổn định của động cơ diesel dẫn đến áp suất và độ dịch chuyển không ổn định của máy bơm chữa cháy.
3. Trong quá trình vận hành máy phát điện diesel, ống xả thải ra khói đen dày đặc.
Sau khi kiểm tra nhiều hệ thống khác nhau của động cơ diesel, nhân viên bảo trì sơ bộ xác định rằng có lỗi cơ học bên trong bộ tăng áp của động cơ diesel.
Trong quá trình kiểm tra, nhân viên bảo trì đã phát hiện:
Sự mài mòn của ống lót đồng và trục của bộ tăng áp gây ra sự gia tăng khe hở dọc và trục. Ma sát xảy ra giữa các cánh tuabin nạp của bộ tăng áp và vỏ xoắn ốc, và các mảnh vụn tạo ra đi vào giữa van và vòng đệm van thông qua ống dẫn nạp. Nắp kín giữa vòng đệm van và van bị mòn, dẫn đến tình trạng bịt kín kém. Một số khí có nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ đi qua van nạp, ống nạp và bộ làm mát trung gian cho đến khi chúng được xả ra khỏi cổng nạp của bộ lọc khí, gây ra sự gia tăng sức cản nạp, nạp không đủ, đốt cháy không hoàn toàn và đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu diesel trong ống xả. Ống xả chuyển sang màu đỏ, công suất không đủ, tốc độ giảm và các hiện tượng khác xảy ra.
Khi bắt đầu thử tải máy bơm chữa cháy diesel, phát hiện có rò rỉ khí nghiêm trọng ở ống xả, dẫn đến lưu lượng khí và chuyển hóa nhiệt ở phía tuabin tăng áp giảm, khiến tốc độ tuabin tăng áp thấp và lượng không khí đi vào xi lanh giảm, dẫn đến nhiệt độ khí thải cao và ống xả có màu đỏ.
Xử lý sự cố rò rỉ ống xả:
1. Tháo bộ giảm thanh và ống thổi
2. Xả nước làm mát ra khỏi thiết bị
3. Tháo bộ tăng áp và tháo rời để kiểm tra (loại trừ bất kỳ hư hỏng nào đối với bộ tăng áp)
4. Sau khi tháo ống xả và các thành phần tương ứng khác, phát hiện ra rằng gioăng ống xả của xi lanh 5 và 6 bị hỏng, gây rò rỉ không khí. Sáu gioăng ống xả mới được làm bằng vật liệu graphite
5. Lắp lại ống xả, lắp lại bộ tăng áp, lắp lại bộ giảm thanh, sửa chữa và lắp đặt, và kiểm tra thiết bị. Trước tiên, bỏ qua bộ truyền động của bộ tăng áp, quấn phích cắm mạch điều khiển bằng băng keo điện và để công suất bộ tăng áp đạt mức tối đa;
Trong lần thử nghiệm đầu tiên, cần gạt của bộ truyền động tăng áp đã được nâng lên theo hướng sai và không mở hoàn toàn, khiến ống xả vẫn chuyển sang màu đỏ;
Thử nghiệm thứ hai được thực hiện bằng cách kéo thanh truyền động xuống theo đúng hướng. Tốc độ tăng áp bình thường, ống xả không chuyển sang màu đỏ và tốc độ động cơ diesel cũng bình thường. Sau khi chạy hơn 10 phút, máy dừng lại bình thường và thử nghiệm đã hoàn thành.
Nguyên nhân gây ra hư hỏng gioăng ống xả có thể là do đường kính giữa ống lượn sóng của ống xả và ống giảm thanh đã trở nên nhỏ hơn, đường kính đầu vào của ống giảm thanh cũng rất nhỏ, khiến áp suất ngược của khí thải tăng lên. Theo thời gian, gioăng ống xả bị hỏng.
Nên xử lý lại ống xả. Đường kính của ống xả sẽ tăng theo số lần uốn cong và chiều dài, và không có khả năng ống xả sẽ nhỏ hơn trước.
Quấn băng dính điện vào phích cắm của mạch điều khiển bộ truyền động của bộ tăng áp và không cần phải kết nối lại.
Không ảnh hưởng đến việc sử dụng. (Ban đầu, nhân viên sàn cũng đã sửa bộ truyền động của bộ tăng áp bằng cách kéo thanh xuống, nhưng không tháo phích cắm đường dây điều khiển, điều này có thể dễ dàng làm hỏng bộ truyền động. Do đó, mạch phích cắm hiện đã được tháo ra).
Sau khi thay thế cơ cấu tua bin và tiến hành nhiều lần thử nghiệm, tua bin đã được khởi động và vận hành trong 5-10 phút với tải đầu ra định mức. Nhiệt độ khí thải vẫn ổn định ở mức 400-500 độ và khu vực bộ tăng áp không còn chuyển sang màu đỏ nữa. Vấn đề đã được giải quyết.
3. Nhiều mã lỗi được hiển thị cục bộ
Trong quá trình bảo trì ban đầu, người ta phát hiện ra rằng nhiều mã cảnh báo lỗi được hiển thị trên màn hình cục bộ, bao gồm cảnh báo giao tiếp SPN3822 cho bơm tuần hoàn xả giai đoạn 2 (Cáp cảm biến ECR thứ hai) và cảnh báo ngắt kết nối SPN641 cho bộ truyền động tuabin.
Báo động lỗi hiển thị trên mô-đun hộp điều khiển cục bộ là mã SPN3822, do kiểm tra trước đó về sự cố kẹt bộ tăng áp. Do bộ tăng áp không thể tự động phát hiện và thực hiện độ mở để ngăn cơ cấu tua bin hoạt động sai, nên cáp kết nối của bơm tuần hoàn khí thải đã được ngắt kết nối thủ công. Chỉ bằng cách khôi phục cơ cấu tua bin sau đó và kết nối cáp, mã lỗi có liên quan mới có thể được loại bỏ.
Mô-đun hộp điều khiển cục bộ hiển thị một mã báo lỗi khác là SPN641, cho biết lỗi giao tiếp giữa van VGT của bộ truyền động tăng áp động cơ và ECM. Khi kiểm tra tại chỗ, phát hiện có hai dây bị ăn mòn và đứt trong dây điện giữa ECM và hộp điều khiển cục bộ, tình cờ là dây cung cấp điện đang hoạt động (J1-H3AI-H4) của van VGT của bộ truyền động, gây ra lỗi giao tiếp giữa ECM và van VCT.
Đầu nối này thuộc về đầu nối chuyên dụng và không thể tháo rời để bảo trì, do đó chỉ có thể xử lý đơn giản tại chỗ. Hai đường dây điện van VCT của JH31-H4 được uốn cong vào một khối đầu cuối hình tròn, sau đó được lắp vào một chốt tròn và buộc chặt bằng dây buộc để tránh tiếp xúc kém. Sau khi xử lý, giao tiếp giữa ECM và VCT diễn ra bình thường và mã SPN641 không còn xuất hiện nữa.
4. Ăn mòn, vỡ và rò rỉ nước của bộ làm mát trung gian
Sau khi tháo kết nối mềm ống xả, dùng đèn pin soi vào bên trong bộ làm mát trung gian, phát hiện trên các cánh tản nhiệt của bộ làm mát trung gian có những giọt nước liên tục, khi sờ bằng tay thấy có những giọt nước dạng hạt có mùi tanh nồng của nước biển, xác định là do ống trao đổi nhiệt của bộ làm mát trung gian bị ăn mòn và thủng.
Bộ làm mát trung gian sử dụng nước biển đi kèm để làm mát không khí trong lành sau khi tăng áp. Nước biển có tính ăn mòn cao, gây rò rỉ nước trong các ống trao đổi nhiệt của bộ làm mát trung gian. Do bộ làm mát trung gian được đặt ở vị trí cao, tại điểm cao nhất của động cơ và thực tế là nước biển chỉ đến được bộ làm mát trung gian sau khi khởi động động cơ. Khi động cơ đang chạy, nước biển đi qua bộ làm mát trung gian và đi vào ống nạp trước khi vào xi lanh. Quá trình đốt cháy kém trong xi lanh gây ra cặn cacbon và hơi nước, làm ăn mòn thêm các van và vòng đệm. Sự mài mòn bên trong xi lanh tăng lên và piston và vòng piston bị mòn.
Sau khi xác định được lỗ thủng do ăn mòn của bộ làm mát trung gian, xét đến việc nước biển tuy có tính ăn mòn nhưng lượng rò rỉ không quá lớn, và bơm chữa cháy diesel là thiết bị khẩn cấp quan trọng và đang trong tình trạng dự phòng trực tuyến, không được phép tháo dỡ và sửa chữa bộ làm mát trung gian trong thời gian dài. Khuyến cáo rằng địa điểm khai thác dầu khí:
1. Giảm tần suất kiểm tra thiết bị và chuyển từ kiểm tra hàng tuần sang kiểm tra hai tháng một lần;
2. Mua ngay bộ làm mát trung gian và thay thế kịp thời.
3, Tóm tắt kết quả điều tra và đề xuất dự phòng:
Sau khi kiểm tra chi tiết bởi nhiều lực lượng bảo trì trong mỏ dầu, người ta phát hiện và giải quyết được rằng máy bơm chữa cháy diesel không đủ công suất và tuabin bị nóng do ăn mòn, nhiệt độ cao bất thường và các lý do khác. Cuối cùng, máy bơm chữa cháy diesel đã được khôi phục chế độ chờ bình thường bằng cách thay thế các bộ phận dự phòng và thay đổi quy trình vận hành.
Do thiết bị nhập khẩu từ Hoa Kỳ nên chu kỳ đặt hàng phụ tùng tương đối dài, thời gian phục hồi sau sự cố thiết bị cũng mất một thời gian. Ngoài ra, kết hợp với chức năng khẩn cấp đặc biệt của máy bơm chữa cháy diesel, quy trình vận hành được khuyến nghị như sau:
1) Không khởi động động cơ diesel trừ khi trong trường hợp khẩn cấp để tránh làm hỏng thêm động cơ;
2. Thay thế bộ làm mát trung gian;
Thay thế cụm ống tăng áp và ống xả;
4) Thực hiện sửa chữa vừa hoặc lớn, thay thế các bộ phận bên trong như van, vòng đệm, vòng piston, v.v.
Máy bơm chữa cháy này thuộc về thiết bị khẩn cấp và là thiết bị chữa cháy khẩn cấp quan trọng nhất trong các mỏ dầu ngoài khơi. Nếu có trạng thái bất thường ngắn hạn trong thời gian sản xuất bình thường của mỏ dầu, sẽ có một số rủi ro an toàn nhất định đối với mỏ dầu, như sau:
Rủi ro 1
Trong quá trình chữa cháy bằng hệ thống phun nước quy mô lớn, có thể gây ra tình trạng áp suất trong mạng lưới đường ống chữa cháy thấp và nguồn cung cấp nước chữa cháy không đủ.
Các biện pháp kiểm soát:
1) Thay thế công việc nóng bằng công việc nguội và giảm thiểu số lượng công việc nóng xuống mức thấp nhất có thể.
2) Cấm thực hiện công việc nóng cùng lúc ở nhiều khu vực nguy hiểm. Tạm dừng các hoạt động có ngọn lửa trần ở những khu vực nguy hiểm.
3) Cần nâng cấp các biện pháp kiểm soát công việc nhiệt được thực hiện ở những khu vực nguy hiểm.
4) Tăng cường giám sát nhiệt độ trong quá trình làm việc nóng, trang bị thiết bị chữa cháy và nâng cao năng lực ứng phó khẩn cấp của lực lượng quan sát cháy.
5) Mã hóa và kiểm tra các thiết bị điện chống cháy nổ và các thiết bị điện để loại bỏ nguy cơ hỏa hoạn.
6) Kiểm tra tình trạng của các kết nối bờ biển quốc tế và ống mềm trên sàn neo tàu để đảm bảo độ tin cậy và khả năng sử dụng.
Rủi ro 2
Trong trường hợp bảo trì hoặc mất điện trên bệ máy bơm chữa cháy điện, máy bơm chữa cháy điện không thể khởi động bình thường và máy bơm chữa cháy diesel không thể sử dụng được, dẫn đến hệ thống phòng cháy chữa cháy bị hỏng.
Các biện pháp kiểm soát:
1) Mã hóa và thử nghiệm máy bơm chữa cháy điện, đồng thời kéo dài thời gian bảo dưỡng máy bơm chữa cháy điện một cách hợp lý.
2) Dự trữ một máy bơm chữa cháy điện và chuẩn bị đầy đủ trước khi thay thế máy bơm để rút ngắn thời gian bảo dưỡng khi thay thế máy bơm.
3) Bổ sung bình chữa cháy dạng bột và bọt di động có bánh xe tại chỗ để tăng khả năng dập tắt đám cháy ban đầu.
4) Kiểm tra kết nối bờ quốc tế và tình trạng ống của sàn neo đậu để đảm bảo độ tin cậy và khả năng sử dụng.
5) Bộ phận điện đã mã hóa và thử nghiệm máy phát điện khẩn cấp, cố gắng cung cấp điện cho máy bơm chữa cháy trong trường hợp mất điện trên giàn khoan.
6) Thúc đẩy sự kết nối và thông tin liên lạc của các đường ống phòng cháy chữa cháy giữa giàn này và các giàn lân cận.