钻井队柴油机余热回收利用技术.pdf

1前言 塔里 木盆 地是我 国最 大的含油气 盆地 ， 总面积 5 6 1 0 k m ， 盆地周边被天山、 昆仑山和阿尔金 山所环 绕 ， 中部是号称“ 死亡之海 ” 的塔克拉玛干沙漠 ， 面积 3 3 ． 7 1 0 k m ， 是世界第二大流动性沙漠。据最新一轮 资源评价 ， 塔里木盆地可探明油气资源总量为 1 6 0 x 1 0 t ， 是 中国石油资源量大于 1 5 0 x 1 0 t 的 四个盆地之 一 ，勘探前景十分广阔。随着塔里木石油工业的不断 深入 ， 在塔里木油 田进行勘探 作业 的钻井 队越来 越 多。塔里木油田冬季气温最低达一3 0 ℃以下 ， 钻井作 业一年四季都在进行 ， 冬季井队设备的保温是钻井lT 程 的重要环节 ， 保温工作 直接影响钻井 的安 全及 成 本 。钻井 队冬季都需要用大量的蒸汽进行诸如吹扫 钻台、 清洗套管 、 紧急解冻 、 特殊部位保温等T作 。现 阶段的钻井队基本上都使用燃煤锅炉来产生蒸汽 ， 一 个钻井 队每年大概会消耗大约 2 0 0 t 煤 ， 同时产生大 量的一氧化碳 、 二氧化碳等空气污染物和废渣。在钻 井队柴油机是必不可缺的设备 ， 柴油机在工作时会产 生炯气 ， 炯气出口的温度最高可达4 0 0 C以上 ， 如果充 分利用这部分高温烟气可以将水变成蒸汽为井队提供 保温热源 ， 从而取代燃煤锅炉， 以达到节能减排的目的。 2 各勘探公司柴油机组主要类型 通 过对塔里木探 区钻井队的钻机调查， 目前 在塔 里木服务的钻机有 6 0 余部 ， 这些钻机配备 的柴油机 多为 1 2 V1 9 0系列 ， 配备的柴油发 电机为8 V1 9 0 系列 、 C A T 3 5 1 2 系列 、 V O L V O系列等 ， 见图 1 、 图 2 。通过测 试分析 ， 当柴油机 的出力大于 8 0 ％时 ， 有 9 0 ％以上 的 柴油机排烟管温度大 于3 5 O ℃， 由烟气带走的热量 占 总热量 的4 0 ％以上 ， 余热 同收的价值很大 ， 见表 1 。 表 1 柴油机 发电机 组各项参数 图 1 发电机实物图 3 钻 井队 冬 季保 温 现状 根据收集的资料 ， 目前钻井队有以下几种冬季生 产供暖保温方式 1 燃煤锅炉供暖系统 ； 2 燃油锅炉供暖系统； 3 电热锅炉供暖系统。 对供暖保温方式调查分析认为 1 燃煤锅炉供 暖系统环境污染严重 ， 运行 成本高 ， 维护费用大； 2 燃油锅炉供暖系统一环境污染严重， 运行成本高； 3 电热锅炉供暖系统耗 电量大， 运行成本高。 4 余热回收利用装置系 统 图2柴油机实物图 4 ． 1 余热回收装置原理 井 队柴油发电机余热 回收是将制作好 的余热 回 收装置直接安装在柴油机的排气管上 ， 形成简单的管 壳式换热器， 见图3 。外部供通过管层， 烟气通过壳层 传导 。由泵给 出的工质水经给水 阀， 预热盘管、 给水 调节阀 ， 给水分配管分别进入换热器的浮式螺旋盘管 组 ， 柴油机废气在浮式螺旋盘管组的作用下 ， 以近似 螺旋轨迹横向冲刷盘管外壁 ， 使废气的热能不断传给 管内工质 。管 内工质吸热升温 ， 体积迅速膨胀 ， 流速 提高 ， 汽水 开始在 管内分离。经集气管膨胀器粗 分 离 ， 由膨胀器喷射进入 Ⅲ级换热器 ， 继续加热汽化， 饱 和蒸汽进入管汇 ， 分离后未汽化 的饱和水经底流管进 入再热器继续加热汽化 ， 直至全部成为饱和蒸汽 由蒸 汽管输 出。 2 0 1 0 5 期7 D月 出版 4 ． 2 余热回收利用装置的主要设备 余热回收利用装置主要设备见表2 。 图3 余热回收利用装置图 表 2 余热回收利用装置主要设备 4 ． 3 余热回收利用装置工艺流程 原水经水处理设备处理后进入软化水箱 ， 软化水 通过气动隔膜泵向换热器供水 ， 软化水流入换热器的 盘管里 ， 经过加热形成水蒸汽 ， 水蒸汽通过蒸汽管线 排向井 队的各个需要保温的位置， 具体流程见图4 。 图4 余热回收利用装置工艺流程图 4 ． 4 系统蒸汽效果 经测试 ， Z P 1 2 V1 9 0柴油机 功率 8 1 0 k W 在 出力 7 5 ％H ,1 “ ， 采用余 热 回收装 置 ， 每小 时可 以产生 5 0 0 k g 2 01 0 5 1 0，1 l1 出扳 以上的饱和蒸 汽 ， 蒸汽压力 0 ． 6 MP a 、 温度最高可达 1 8 0 C ， 完全可以满足井队冬季保温需求， 余热回收利 用装置蒸汽效果见图5 。 5 余热回收装置的效益分析 图5 余热 回收利用装置蒸汽效果图 5 ． 1 社会效益分析 煤是 由有机物和无机物所组成的复杂的混合物， 经过计算燃烧 1 t 优质煤会产生 3 ． 3 t 的二氧化碳 ， 同 时还产生一氧化碳 1 ． 3 6 k g ， 碳氢化合物 0 ． 4 5 k g ， 氮氧 化物9 ． 0 8 k g ， 二氧化硫 2 4 k g ， 烟尘 4 2 ． 5 k g 。同时还会 产生大量废渣 ， 这些都是对大气和环境有害 的物质 。 井 队在整个取 暖期消耗大约 2 0 0 t 煤 ， 所 造成 的污染 极大 ， 浪 费能源 。余 热 回收装置能有效地节约能源， 对大气环境无污染 。同时余热 回收装置还具有很好 的消音灭火功能 ， 烟气经过余热 回收装置时压力始终 是均衡 的， 消除了压力波动 ， 加之余热 回收装置外壳 的保温隔热材料具有很好 的吸声性能 ， 可降低噪音 l 5 d B 。烟气中的火星与余热 回收装置 内的螺旋盘管 多次碰撞后 ， 很快熄灭 ， 不会随烟气带 出烟管 ， 安全 、 环保功效显著。 5 ． 2经济效益分析 使用燃煤锅炉的井 队， 一个采暖期成本费用大约 为 3 0 1 0 4 元 承包 费 ， 其 中包括锅炉租用费 ， 人工费 及燃煤等费用 。在安装柴油机余热 回收装置后 ， 每年 可直接减少成本 3 0 x 1 0 元 ， 同时由于井队余热锅炉产 生的蒸汽 热水 还可以用于井队柴油罐的保温 ， 可提 高井队冬季使用柴油的标号 ， 大大降低柴油的使用成 本 。单套余热 回收设 备投资大约在 6 0 x 1 0 ～8 0 x 1 0 元 ， 投资回收期 1 ～2 a ， 经济效益十分显著。 6 使用柴油机余热回收装置的注意事项 柴油机余热 回收利用装置经过不断试验和设计 优化 ， 其节能效果和经济效益明显 ， 在实际生产使用 过程 中应注意以下几个方面 1 由于余热换热器是采用盘管结构， 所 以在使 用中应注意水质的要求 ， 应尽量使用软化水 ； 2 当在柴油机上安装余 热回收利用装置时应 注意采用防爆装置 柴油机离钻井架 比较近 ； 3 为防止余热换热器盘管结构堵塞 ， 应定期对 换热器进行除垢处理 ， 保证盘管通畅； 4 施工过程中应严格遵守井场的各项规定 ， 穿 戴好劳保品 ， 确保施工安全 ； 5 每天应进行 3 ～ 4 次例行检查 ， 由于换热器工 作时温度较高 ， 例行检查时应佩戴好劳保用品； 6 本套设备操作虽然方便简洁 ， 但必须按规定 操作流程操作。 7 结语 随着我国社会和经济的快速发展 ， 节能减排问题 越发突出 ， 其重要性 已越来越明显。石油工业在油气 田勘探开发过程中消耗了大量能源 ， 如何在生产能源 的过程中有效地降低能源消耗 ， 实现油气勘探开发领 域 的节能发展 、 清洁发展和可持续发展 ， 是当前摆在 面前的紧迫 问题。井 队柴油机余热利用装置作为一 项减少钻井能源消耗 的节能技术 ， 在为钻井队带来较 大 的经济效益的同时， 又减少对环境 的污染 ， 适合于 大面积推广使用。 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 2 4 编辑庄景春 2 ow - 5 期7 D月出版