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【摘要】钻井队柴油机排气冒黑烟是由多种原因互相作用造成的，在实际工作过程中，要加强柴油机状态的维持、附属系统的正确管理、运转情况的认真检查以及正确的使用，防止柴油机超出工作范围工作，减轻排气冒黑烟。
【关键词】柴油机 排气 冒黑烟 原因 预防措施
柴油机因其热效率高、经济性好、功率大、使用范围广、可靠性强和排气污染少等特点，在石油工程特别是钻井队上的应用非常广泛。
一、柴油机排气管冒黑烟的原因分析
柴油的主要成分是碳氢化合物，在缺氧的情况下燃烧，会造成燃烧不完全，产生大量的一氧化碳，在高温高压下析出游离碳，悬浮在燃气中，随废气一起排出形成黑烟。在柴油机冒黑烟的同时，柴油机表现出动力性、经济性下降。柴油机排黑烟的主要原因如下：
1、气缸工作温度太低或缸内压力严重不足
喷油器将柴油喷入气缸，利用活塞顶部的特殊形状，在压缩冲程和动力冲程中，使空气在燃烧室产生强烈的旋转运动，促使油束分散，增大混合范围，加速火焰传播，使燃烧尽快结束。如果气缸内温度太低或压力严重不足，空气涡流不够强，柴油蒸发雾化不够彻底，形成的混合气不够均匀，火焰传播速度低，燃烧性能变差，燃烧不完全，排气冒黑烟。
当喷油压力过低、弹簧端面磨损或弹簧弹力下降时，会使喷油器提前开启、延时关闭，并出现喷油雾化不良现象，导致柴油机功率下降、燃烧不充分而排气管冒黑烟。
2、柴油品质的影响
如果添加的柴油品质不佳，那么混合气燃烧后就会产生积碳，而积炭会阻碍油路，并导致供油不畅，可能导致混合气过浓而生成黑烟。在燃油性能指标中，十六烷值的大小对滞燃期的影响最大。在其它条件相同的情况下，十六烷值越高，燃油的自燃性能越好，滞燃期越短，燃烧越平稳。十六烷值过低，柴油机工作时着火迟后，燃烧过程粗暴，加速机件磨损，特别是影响启动和低负荷运转性能。但若十六烷值过高，不但燃油价格高，而且会因燃烧太快，喷入气缸的燃油来不及與空气混合就燃烧，使燃油因高温裂化生成游离碳，致使柴油机排气冒黑烟，经济性下降。
3、供气不足
空气滤清器严重堵塞或增压器故障使空气流通不畅，进入气缸内的空气量减少，形成的混合气过浓，造成严重缺氧，使一部分未燃烧的碳元素呈游离碳随废气一起排出，排气冒黑烟。
涡轮增压柴油机在突加负荷时，喷油量突然增加，而增压器因转子的惯性，转速上升缓慢，使得供气量不能与喷油量协调增长，形成短时缺气。不过，这种黑烟随着增压器转速逐渐上升，会自动消除。
4、燃油系统故障
⑴喷油过多
柴油机的每个工作循环吸入气缸的空气量变化不大，如果喷油泵每循环供油量过多，会造成混合气过浓，氧气严重不足，燃烧不完全，排气冒黑烟。特别在柴油机刚启动时表现得更为明显。
⑵雾化不良、分布不均
喷雾质量是喷油器喷出的油束的喷散细微程度和喷散的均匀度，喷雾越散、越细、越均匀，雾化质量就越好，便于与空气混合形成细而均匀的混合气，使燃烧更集中、更完全，热功转换效率高。若喷油压力过低、喷嘴滴油、二次喷射、尾喷等原因使得射程、喷雾锥角及喷雾质量达不到要求，喷雾区可能出现有的区有油滴没有空气，有的区有空气没有柴油，形成的混合气严重不均匀，混合气浓的地方严重缺氧燃烧不完全，排气冒黑烟。
⑶供油提前角太小
供油太晚，使形成混合气的时间缩短，混合气严重不均匀，随着燃烧空间的逐渐增大，气缸内压力、温度逐渐降低，火焰传播速度下降，燃烧期延长，产生过后燃烧，燃烧的最高压力和温度下降，使柴油燃烧不集中、不完全，排气冒黑烟。
5、超负荷运行
大多数柴油机采用柱塞式喷油泵，随着柴油机负荷的变化，通过油量调节机构，转动喷油泵柱塞，改变各分泵的供油量，以满足柴油机在不同负荷下对混合气成分的需要。当柴油机超负荷运行时，喷油泵会供给过多的柴油，以满足柴油机在超负荷工况下输出更大功率，但过多的柴油会使混合气过浓，氧气严重不足，燃烧不完全，导致柴油机排气冒黑烟。
总之，排气冒黑烟不仅表明燃烧不良，而且使循环平均温度和排气温度上升，导致受热机件的温度和热负荷增加。另外，碳烟在燃烧室表面及涡轮叶片和喷嘴环中形成积碳，有些积碳落入套缸和滑油中，导致活塞环卡死、机件磨损加剧、滑油变质加速、增压器效率降低等。柴油机冒黑烟污染环境，不利于企业的环保建设。
二、减轻和预防柴油机冒黑烟的措施
减轻和预防柴油机冒黑烟的关键，是防止气缸内的柴油不完全燃烧，从使用管理的角度，钻井队柴油机管理人员应采取的主要技术措施包括：
1、维持气缸良好的压缩性能
及时检查、调整气阀定时和气阀间隙，气阀定时的微小变化可通过调整气阀间隙实现。
按使用保养条例及时检修柴油机，消除缸套、活塞、活塞环、气阀及气阀座等零件的磨损和超限间隙;正确安装活塞连杆组，防止活塞环对口，产生漏气，保持气缸密封良好。
当柴油机曲轴与轴瓦磨损、气阀与气阀座磨损、连杆弯曲变形时，都会使燃烧室容积增大，压缩比减小，引起燃烧不完全。因此，要提高柴油机的维修质量，尽量控制压缩比不变。
同时，使用质量好的柴油和标号合适的十六烷值燃油品，减少燃油标号过高或过低，对柴油机工作的影响。
2、保持正常的水温
柴油机冷却水温应保持在80℃～95℃之间。禁止长时间怠速运转，因为怠速时，由于水温低，柴油雾化不良，最容易形成不完全燃烧和有害物的排放。另一方面，也要防止柴油机过热，机器在高温条件下工作时，充气系数下降，吸入的空气量相对减少，使柴油与空气的比例失调，柴油燃烧不完全。
3、保持进气和排气顺畅
对进气系统主要是保证进气口的清洁或及时清洗空气滤清器滤芯，按规定时间更换空气滤清器滤芯。
对排气系统，应定期清洁保养排烟管，使其畅通;保证废气涡轮增压器的工作可靠性。
4、保证燃油系统工作正常
检验、调整喷油泵和喷油器的性能，特别是保持3对精密偶件（柱塞—柱塞套、出油阀—出油阀座、针阀—针阀体）处于良好的技术状态，做到供油正时、压力合适、雾化良好、不滴不漏，同时要及时维护保养柴油滤清器，以确保柴油供应畅通。
5、避免柴油机超负荷工作
柴油机超负荷运行时，由于供油量增大，水温显著升高，排气管冒浓重黑烟，对柴油机的损害很大。因此，要选择合适的转速和负荷范围，特别是柴油机在井队钻进、起钻时，严防超负荷工作。
6、避免带故障运行
柴油机带故障运行，不仅降低工作效率，而且增加燃油消耗和有害物的排放。为此，要加强柴油机的维护保养，使柴油机保持良好的技术状态。
柴油机排气冒黑烟是由多种原因互相作用造成的，在实际工作过程中，要加强柴油机状态的维持、附属系统的正确管理、运转情况的认真检查以及正确的使用，防止柴油机超出工作范围工作，减轻排气冒黑烟。同时，也是减少对环境的污染。
参考文献
[1]官金亭;柴油机冒黑烟的原因及控制措施[J];城市公共交通;2004年 第04期
[2]柴油机综合性故障的判断与分析;技师培训课件
[3] 王义德;孟宪柱;刘兴柱;柴油机冒黑烟的原因及排除方法[N];济南日报; 2012年12月18日
[4]钻井柴油机工;绿皮书;中国石油大学出版社
中石化中原石油工程有限公司钻井二公司冀东项目部50865队
【关键词】柴油机 排气 冒黑烟 原因 预防措施
柴油机因其热效率高、经济性好、功率大、使用范围广、可靠性强和排气污染少等特点，在石油工程特别是钻井队上的应用非常广泛。
一、柴油机排气管冒黑烟的原因分析
柴油的主要成分是碳氢化合物，在缺氧的情况下燃烧，会造成燃烧不完全，产生大量的一氧化碳，在高温高压下析出游离碳，悬浮在燃气中，随废气一起排出形成黑烟。在柴油机冒黑烟的同时，柴油机表现出动力性、经济性下降。柴油机排黑烟的主要原因如下：
1、气缸工作温度太低或缸内压力严重不足
喷油器将柴油喷入气缸，利用活塞顶部的特殊形状，在压缩冲程和动力冲程中，使空气在燃烧室产生强烈的旋转运动，促使油束分散，增大混合范围，加速火焰传播，使燃烧尽快结束。如果气缸内温度太低或压力严重不足，空气涡流不够强，柴油蒸发雾化不够彻底，形成的混合气不够均匀，火焰传播速度低，燃烧性能变差，燃烧不完全，排气冒黑烟。
当喷油压力过低、弹簧端面磨损或弹簧弹力下降时，会使喷油器提前开启、延时关闭，并出现喷油雾化不良现象，导致柴油机功率下降、燃烧不充分而排气管冒黑烟。
2、柴油品质的影响
如果添加的柴油品质不佳，那么混合气燃烧后就会产生积碳，而积炭会阻碍油路，并导致供油不畅，可能导致混合气过浓而生成黑烟。在燃油性能指标中，十六烷值的大小对滞燃期的影响最大。在其它条件相同的情况下，十六烷值越高，燃油的自燃性能越好，滞燃期越短，燃烧越平稳。十六烷值过低，柴油机工作时着火迟后，燃烧过程粗暴，加速机件磨损，特别是影响启动和低负荷运转性能。但若十六烷值过高，不但燃油价格高，而且会因燃烧太快，喷入气缸的燃油来不及與空气混合就燃烧，使燃油因高温裂化生成游离碳，致使柴油机排气冒黑烟，经济性下降。
3、供气不足
空气滤清器严重堵塞或增压器故障使空气流通不畅，进入气缸内的空气量减少，形成的混合气过浓，造成严重缺氧，使一部分未燃烧的碳元素呈游离碳随废气一起排出，排气冒黑烟。
涡轮增压柴油机在突加负荷时，喷油量突然增加，而增压器因转子的惯性，转速上升缓慢，使得供气量不能与喷油量协调增长，形成短时缺气。不过，这种黑烟随着增压器转速逐渐上升，会自动消除。
4、燃油系统故障
⑴喷油过多
柴油机的每个工作循环吸入气缸的空气量变化不大，如果喷油泵每循环供油量过多，会造成混合气过浓，氧气严重不足，燃烧不完全，排气冒黑烟。特别在柴油机刚启动时表现得更为明显。
⑵雾化不良、分布不均
喷雾质量是喷油器喷出的油束的喷散细微程度和喷散的均匀度，喷雾越散、越细、越均匀，雾化质量就越好，便于与空气混合形成细而均匀的混合气，使燃烧更集中、更完全，热功转换效率高。若喷油压力过低、喷嘴滴油、二次喷射、尾喷等原因使得射程、喷雾锥角及喷雾质量达不到要求，喷雾区可能出现有的区有油滴没有空气，有的区有空气没有柴油，形成的混合气严重不均匀，混合气浓的地方严重缺氧燃烧不完全，排气冒黑烟。
⑶供油提前角太小
供油太晚，使形成混合气的时间缩短，混合气严重不均匀，随着燃烧空间的逐渐增大，气缸内压力、温度逐渐降低，火焰传播速度下降，燃烧期延长，产生过后燃烧，燃烧的最高压力和温度下降，使柴油燃烧不集中、不完全，排气冒黑烟。
5、超负荷运行
大多数柴油机采用柱塞式喷油泵，随着柴油机负荷的变化，通过油量调节机构，转动喷油泵柱塞，改变各分泵的供油量，以满足柴油机在不同负荷下对混合气成分的需要。当柴油机超负荷运行时，喷油泵会供给过多的柴油，以满足柴油机在超负荷工况下输出更大功率，但过多的柴油会使混合气过浓，氧气严重不足，燃烧不完全，导致柴油机排气冒黑烟。
总之，排气冒黑烟不仅表明燃烧不良，而且使循环平均温度和排气温度上升，导致受热机件的温度和热负荷增加。另外，碳烟在燃烧室表面及涡轮叶片和喷嘴环中形成积碳，有些积碳落入套缸和滑油中，导致活塞环卡死、机件磨损加剧、滑油变质加速、增压器效率降低等。柴油机冒黑烟污染环境，不利于企业的环保建设。
二、减轻和预防柴油机冒黑烟的措施
减轻和预防柴油机冒黑烟的关键，是防止气缸内的柴油不完全燃烧，从使用管理的角度，钻井队柴油机管理人员应采取的主要技术措施包括：
1、维持气缸良好的压缩性能
及时检查、调整气阀定时和气阀间隙，气阀定时的微小变化可通过调整气阀间隙实现。
按使用保养条例及时检修柴油机，消除缸套、活塞、活塞环、气阀及气阀座等零件的磨损和超限间隙;正确安装活塞连杆组，防止活塞环对口，产生漏气，保持气缸密封良好。
当柴油机曲轴与轴瓦磨损、气阀与气阀座磨损、连杆弯曲变形时，都会使燃烧室容积增大，压缩比减小，引起燃烧不完全。因此，要提高柴油机的维修质量，尽量控制压缩比不变。
同时，使用质量好的柴油和标号合适的十六烷值燃油品，减少燃油标号过高或过低，对柴油机工作的影响。
2、保持正常的水温
柴油机冷却水温应保持在80℃～95℃之间。禁止长时间怠速运转，因为怠速时，由于水温低，柴油雾化不良，最容易形成不完全燃烧和有害物的排放。另一方面，也要防止柴油机过热，机器在高温条件下工作时，充气系数下降，吸入的空气量相对减少，使柴油与空气的比例失调，柴油燃烧不完全。
3、保持进气和排气顺畅
对进气系统主要是保证进气口的清洁或及时清洗空气滤清器滤芯，按规定时间更换空气滤清器滤芯。
对排气系统，应定期清洁保养排烟管，使其畅通;保证废气涡轮增压器的工作可靠性。
4、保证燃油系统工作正常
检验、调整喷油泵和喷油器的性能，特别是保持3对精密偶件（柱塞—柱塞套、出油阀—出油阀座、针阀—针阀体）处于良好的技术状态，做到供油正时、压力合适、雾化良好、不滴不漏，同时要及时维护保养柴油滤清器，以确保柴油供应畅通。
5、避免柴油机超负荷工作
柴油机超负荷运行时，由于供油量增大，水温显著升高，排气管冒浓重黑烟，对柴油机的损害很大。因此，要选择合适的转速和负荷范围，特别是柴油机在井队钻进、起钻时，严防超负荷工作。
6、避免带故障运行
柴油机带故障运行，不仅降低工作效率，而且增加燃油消耗和有害物的排放。为此，要加强柴油机的维护保养，使柴油机保持良好的技术状态。
柴油机排气冒黑烟是由多种原因互相作用造成的，在实际工作过程中，要加强柴油机状态的维持、附属系统的正确管理、运转情况的认真检查以及正确的使用，防止柴油机超出工作范围工作，减轻排气冒黑烟。同时，也是减少对环境的污染。
参考文献
[1]官金亭;柴油机冒黑烟的原因及控制措施[J];城市公共交通;2004年 第04期
[2]柴油机综合性故障的判断与分析;技师培训课件
[3] 王义德;孟宪柱;刘兴柱;柴油机冒黑烟的原因及排除方法[N];济南日报; 2012年12月18日
[4]钻井柴油机工;绿皮书;中国石油大学出版社
中石化中原石油工程有限公司钻井二公司冀东项目部50865队