钻井供水泵站节能机组改造技术探讨.pdf

摘要 文中针对钻 井供水设备柴油机输 出功率较大， 有效 功率没有充分发挥等 问题 ， 提 出在 柴油机输 出端设计加 装一套传动装置驱动一台小型发电机带动 离心泵的节能 机纽改造方案， 充分利用柴油机输 出功率， 同时替代一 台 大型柴油发 电机组 ， 省去一 台设备 ， 这样减 少了能源消 耗 ， 取得 了较大的经济效益。 关键词 柴油机 ； 发电机组 ； 技术运 用； 节能 秦 建中 王汝 华 张 德 李满 江 川庆钻探长庆钻井总公司 陕西省西安市 7 1 0 0 2 1 1 概述 长庆钻 井总 公 司 目前钻井 主要供水 方式和工 作流程是选 择合适 的水 源点建立供水泵站 ， 泵 站 设 施 配 置 一 般 采 用 2 0～ 9 0 k W 发 电机 组带 2 0～ 4 5 0 m扬 程抽水泵作为一级供水 系统 ， 将 水源水抽到泵站蓄水罐 池 内， 然后用 5 0～2 0 0 k W柴 油机驱 动 泥浆泵 ， 将泵站蓄水罐 池 内的 水 通过长距 离管线输送 到钻井 队储水罐 池 供钻井使用 。 供 水泵站 使用 的柴 油机输 出功率较大 ， 泥浆泵 的额定压力 为 6 MP a 。在实际供水过程 中 ， 泥浆泵实 际使 用压力一 般只有 2 4 MP a ， 因此柴油机 有效功率 只达到 了2 ／ 3 左右 ， 还有 一定 的 节余功 率 。而一级 供水设备 中 柴油发 电机的输 出功率 为 2 0～ 9 0 k W， 仅带一 台2 0～4 5 0 m扬程 功率 7 ． 5～7 0 k w 的水泵 ， 它的 有效功率也没有充分发挥 ， 功率 浪费较 大。对现有设 备加 以改 造 ， 以便合理利用泵站设备的配 置 ， 提高设备综 合效能 ， 达 到优 化钻 井 供水 结 构 ， 实 现一 机 多 用 ， 缓解设备 紧缺 ， 达到节能 降 耗的目的。 2 - ．v ,．- ,月a 匕la 机组改造方案的提出 根 据柴 油机 和发 电机 的输 出功率都没有充分发挥 ， 功率浪 费较大的现状 ， 如何充分发挥现 有柴油机的功率 ， 节约发电机 的 功率是我们研 究 的课 题 。经过 ■2 0 1 0 年 第 4 期8 月 出 版 对现场设备使用情况进行认真分析和研究 ， 提出了在 柴油机输 出端设计加装一套传动装 置驱动一 台小型 发电机带动离心泵， 从而代替一台大型柴油发电机组 的改造方案。 3 改 造方 案 3 ． 1 两级节能机组初步改造方案 小型节能发电机 固定在 电动机支架上 ， 电动机支 架泥浆泵和柴油机固定在动力机组底座上形成一体 ； 柴油机的传动轴固定在电动机支架的轴承座上， 传动 轴上装有两个主动皮带轮 ， 一个将部分动力通过皮带 与电动机从动轮连接 ， 使柴油机的部分动力传递给小 型节能发 电机 ， 将动能转变为电能 ， 通过配电箱及调 压装置输 ， 带动小型抽水泵工作取水 ； 另一个皮带 轮将部分动力通过皮带与泥浆泵从动轮连接 ； 柴油机 的动力是通过联轴器和传动轴输出的， 如图 1 所示。 图 1 钻井供水机组改造结构示意图 1 ． 钻机 2 ． 井队蓄水罐 池 3 ． 水管线 4 ． 井场 5 ． 泥浆泵 6 ． 柴油机 7 ． 小型节能发电机 8 ． 传动轴9 ． 电缆线 l O ． 泵站蓄水罐 池 1 1 ． 供水泵站 1 2 可坝水或井水 l 3 ． 抽水泵 l 4 ． 水源管线 l 5 ． 配电箱及调压装置 l 6 ． 电动机支架 l 7 ． 动力机组底座 l 8 ． 主动皮带轮 】 9 ． 电动机从动轮 2 O ． 联轴器 2 J ． 泥浆泵从动轮 2 2 ． 皮带 3 _ 2 整体改造方案 井 队蓄水罐 池 通过泵站水管线连接 泥浆泵 的 出水 口， 泥浆泵通过水管连接泵站蓄水罐 池 ， 泥浆 泵与柴油机组连接， 由柴油机组通过传动轴向泥浆泵 提供动力； 柴油机通过传动轴与小型节能发电机皮带 连接 ， 将柴油机组的动能转变成电能， 小型节能发电 机输 出的电压经配电箱及调压装置将稳定的电压 由 电缆线提供给抽水泵 ， 抽水泵通过水源管线将河坝水 2 0 1 0 4 期8 月 出 版 ■ 或井水供应到泵站 的蓄水罐 池 内。供 水泥浆泵将 蓄水罐的水通过管线供应至井队。 4 方 案设 计计 算 4 ． 1 发电机选配 根据现 场使用需要 ， 选 择型号为 S T C 一 1 5的三相 交流 同步发 电机 。其基 本参数如下 额 定功率 N为 1 5 k W， 额定电流 I 为2 7 A， 额定电压 U为 3 8 0 V， 频率 H 为5 0 H z ， 转 速 n为 1 5 0 0 r p m ， 绝缘等级 为 B， 可满足带 动 7 ～1 5 k W的离心泵或潜水泵 的需求。 4 ． 2 皮带轮的设计 柴油机转速 n 。 为 1 1 0 0 r p m， 皮带轮直径 D。 为 2 1 0 m m． 发 电机组转 速 n 为 1 5 0 0 r p m， 发 电机皮带轮直径 据公式 1 3 。 n D D。 得 D 1 5 4 m m， 取发电机皮 带轮直径为 1 6 0 h i m。 4 ． 3 三角带的选型 皮带所受功率 P k P 1 8 k W，n 1 5 0 0 r p m， 查 表选皮带型号为 C型。 4 ． 4 确定皮带长度转动。 首先计算出皮带速度 7 r XN 2 6 0 0 00 3 ． 1 4x 21 0 xl 5 0 0 6 00 0 0 1 6 ． 48 m／ s ≤ 2 5 m／ s 。 皮带传动比 n r l 。 1 5 0 0 ／ 1 1 0 0 1 ． 3 6 ≤7 中心 巨 D A ⋯2 D D 2 2 1 6 O 2 1 0 7 4 0 mm A ⋯ O ． 7 x D- D 2 0 ． 7 1 6 O 2 1 O 2 5 9 m m 初定 中心距为 A 。 A ⋯A ⋯ ／ 2 5 0 0 ram 皮带长 L 2 x A 7 r ／ 2 x [ D , 。 一 】 ／ A 1 6 49 ． 3 5 ram 取 L1 6 0 0 mm， 1 6 5 5 mm， 则实际 中心距 为 AA o 一 厶 ／ 2 5 0 0 1 6 5 5 1 6 4 9 ／ 2 5 6 0 mm 确定 j 角带的规格为 1 6 0 0 C型 4 ． 5 校对带轮包角 皮 带 轮 包 角 1 8 0 。 一[ 2 1 0 1 6 0 ／ 5 2 3 6 0 。 ] 1 3 4‘ ’1 2 0 4 ． 6 确定三角皮带的根数 Y ／ Mx卵 1 8 ／ 5 ． 4 6 0 ． 8 5 2 ． 7 9根取 3 根 4 ． 7 稳压调节器的选择 根据传 递 动 力 、 转 速选 用 M T D ～ A V 一 9 6 3型调 压 器 。 5 样机试制及试验 5 ． 1 样机试制 专业工程技术人员根据改造方案 ， 严格按照设计 要求到供水泵站生产现场进行测绘设计加工 。制作 流程如下 1 根据柴油机输 出功率和转速 ， 选配节能发电 机 、 稳压调节器。 2 根据柴油机输出轴带轮和小 型发 电机转速 ， 设计皮带传动系统。包括传动比 、 中心距确定 ， 被动 轮结构设计 ， 皮带型号及根数确定 ， 加工皮带轮 、 选购 皮带。 3 进行 电动机支架 、 传动系统安全防护罩 、 稳压 过载保护装置设计加工 。 4 到供水泵站安装 ， 首台样机于 2 0 0 9 年 9 月份 试制完成， 9 月 1 6日安装投入试用。 5 ． 2 样机试用效果 2 0 0 9年 9月 1 6日将 样 机 安 装 到 第 二 项 目部 3 0 5 2 1 钻井队庄 1 6 4 3 9 井供水泵站供水机组上 ， 代替 5 0 k W柴油发电机进行试验， 使用效果如下； 1 连接 1 0 8 型潜水泵 9 ． 2 k w ， 排量 2 0 m 。 ／ h 负荷 时 ， 小发电机 电压下降幅度大 、 电压不稳 ， 加之潜水泵 排量小 ， 无法满足大泵的打水需求 2 更换7 ． 5 k W离心泵试验， 6 1 3 5 柴油机在 1 1 0 0 r p m 时， 小发 电机电压可稳定在 3 5 0～4 3 0 V之间 ， 使用效 果 良好 ， 试验初步取得成功 ， 但仍有许 多不 足之处有 待改进。 5 ． 3 存在问题及改进 通过试验发现原设计存在诸多不足之处， 具体整 改如下 1 传动 比设计不合理 ， 转速和电压不足。6 1 3 5 柴油机 的正常使用转速一般在 9 0 0～1 1 0 0 r p m时 长 时间 1 3 0 0 r p m运转 ， 泵和管线压力大损坏严重 ， 发电 机转速偏低 ， 不能满足动力要求 。在提高了柴油机输 出转速的基础上 ， 重新设计传动 比和小型发电机皮带 轮尺寸 ， 重新选取皮带 。 2 稳压过载保护系统中调压范围小 ， 不能满 足 不 同工况负荷 的使用要求 ， 通过对稳压 电路 系统改 进 ， 扩大了调压范围。 3 电动机皮带轮轴 向窜动严重 ， 致使皮带异常 磨损 ， 通过在轴端钻中心孔 ， 加装定位挡板予以解决 。 4 改进了传动皮带松紧调节装置 ， 方便操作人 员的使用操作。 5 大皮带轮 为实心 轮重量 大 ， 对轴 的磨 损严 重， 改做成轮辐式， 减轻重量。 6 在小带轮上端和柴油机输出轴连轴器处加装 防护罩 ， 在皮带传动周 围加装花纹防护网 ， 提高了安 全性能。 I 2 0 7 0 年 第 4 期8 A 出 版 6 改 造进度 公司通过对样机 的试验和改进 ， 观察其 动力性 、 安全性 、 可操作性 和便 于维护等使用性能 ， 均达到 了 设计要求 。样机改造改进取得成功后 ， 根据各区块实 际生产需要 ， 对 2 0台套机组改造计划进行全面实施 。 先后在钻前供水一队延安地 区改造 8 台套 ， 供水 二 队陇东地 区改造 8台套 ， 供水 四队定 边地区改造 4 台套 ， 到2 0 0 9 年 l 2 月 1 6日圆满完成了全部 2 O 台机组 的改造计划 ， 试运行 ， 效果 良好。 7 改造效果分析 7 ． 1 节省设备 改造后可减少使用 5 0 k W柴油发电机组 2 O 台。 7 ． 2节约燃料 改造前 5 0 k W发 电机 每 口井 按 2 0 0 0 m井深 测 算 耗油0 ． 6 t ， 9 0 k W柴油机每 口井耗油约为 0 ． 7 5 t ， 共 计每 口井耗油 1 ． 3 5 t 。改造后仅用一 台9 0 k W柴油机 同时带动节能发 电机 和泥浆泵 ， 每 口井 消耗柴油约 0 ． 9 t 。改造后每 口井总体可节约柴油0 ． 4 5 t ， 每套机组 年平均供水 2 2口井 ， 2 0台发电机全年按供水 4 4 0口， 年节约油料费 1 l 8 ． 8 1 0 元 。 7 ． 3 减少设备维修费 技术改造后可减少设备维修费 6 x l O 元。 7 ． 4 节约运费 2 0台发 电机组按年均搬迁 6 次 ， 每次搬迁一台柴 油发 电机需 5 t 卡车拉运 ， 按 每趟 次 8 h ， 每小时 1 6 k in 计算 ， 节约运费 4 ． 6 1 0 元 ， 吊车费用为 1 1 ． 5 x 1 0 元 ， 共 计约 1 6 ． 1 x l O 元。合计年节约费用 1 4 0 ．9 x 1 0 元。 同时还取 消了一级泵站发 电机 的搬运安装等工 作量 ， 减轻工人 劳动强度 ， 节 省了人力 、 物 力 ， 也可缩 短建泵站周期。 该套钻井 供水改造设备成本 小 ， 投 资回报 率高； 动力机功率利用充分 ， 可操作性强 ； 节能效果明显 ， 经 济效益显著 ， 很有推广的价值。 参加本项工作 的还 有 王艳丽任桂英 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 2 编辑庄景春 据新华网报道 ， 国务院 国资委副主任黄淑和近 日表示 ， 中央企业切 实履行环境 责任 ， 去年共投入 8 7 8 ． 41 0 元实施 节能减排 ， 提 前完成“ 十一五” 减排 目标。 在介绍 中央企业去年社会 责任履行情况时， 黄淑和表示 ， 中央企业认真贯彻 落 实国务院有 关节能减排的一 系列方针政策， 建立领导体制 ， 落实工作责任 ， 节能减排 工作 取得 了明 显成 效。 据统 计 ， 与 2 0 0 5年相 比 ， 2 0 0 9年 中央企 业万元 产值 综合 能耗 可 比价 下 降 1 5 ． 1 ％； 二氧化硫排放量减 少3 6 ． 8 ％， 化 学需氧量减少3 3 ． 0 4 ％， 提 前完成“ 十一五” 主 要污染物排放总量减 少1 0 ％的 目标 。 据 了解 ， 许多中央企业结合 自身业务特点， 大力推进节能减排和环境保护工 作。中国华能 实施 了“ 燃煤发 电厂年捕 集二氧化碳 3 0 0 0 t 试验示范工程” ， 是 国内首 个燃煤 电厂烟 气二氧化碳捕集装置， 也是 国际上技 术先进、 规模较大的燃煤 电厂烟 气二氧化碳捕集项 目。 中国华电在乌江、 金沙江水 电开发 中高度重视水土保持和生 态保护工作 ， 对流岩原鲤 、 白甲鱼等珍稀鱼类实施 了增殖放流保护项 目， 保护 了水生 野 生动 物 。 选 自 新华网 2 o l o - 第 4 期8 月 出 版 ■ 中 央 企 业 提 前 完 成一 十一 五 ～ 减 排 目 标