ZYT系列天然气式油井清蜡车研制与应用.pdf

２０１５年第４４卷第８期第９３页石油矿场机械犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１５，４４（８）９３  ９５文章编号１００１  ３４８２（２０１５）０８  ００９３  ０３犣犢犜系列天然气式油井清蜡车研制与应用李念，秦宏生，王建，吴彦峰，李晓洛，李世龙（中原特种车辆有限公司，河南濮阳４５７００１）摘要国内现有的热洗井清蜡设备大多数是以柴油作为锅炉燃料，作业成本高，环境污染严重。研制了以天然气为锅炉燃料的热洗井清蜡设备，关键部件有车载特种天然气锅炉、多级递降式燃气减压处理系统及燃烧智能控制系统等，采用了新技术，并优化了结构。现场应用结果表明，该设备性能可靠，节能环保，完全可以满足油田热洗井作业需要。关键词清蜡设备；天然气；锅炉中图分类号ＴＥ９３５文献标识码Ｂ犱狅犻１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１  ３８４２．２０１５．０８．０２３犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犪狀犱犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犣犢犜犛犲狉犻犲狊狅犳犖犪狋狌狉犪犾犌犪狊犗犻犾  狑犲犾犾犠犪狓犚犲犿狅狏犪犾犞犲犺犻犮犾犲ＬＩＮｉａｎ，ＱＩＮＨｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎ，ＷＵＹａｎｆｅｎｇ，ＬＩＸｉａｏｌｕｏ，ＬＩＳｈｉｌｏｎｇ（犣犢犜犘犲狋狉狅犾犲狌犿犈狇狌犻狆犿犲狀狋犆狅．，犔狋犱．，犘狌狔犪狀犵４５７００１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｏｉｌ  ｗｅｌｌｗａｘｒｅｍｏｖａｌｖｅｈｉｃｌｅｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｍｏｓｔｌｙｕｓｅｓｄｉｅｓｅｌｏｉｌａｓｔｈｅｆｕ  ｅｌｏｆｔｈｅｂｏｉｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｈｉｇｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｓｔｓａｎｄｓｅｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｏｉｌ  ｗｅｌｌｗａｘｒｅｍｏｖａｌｖｅｈｉｃｌｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｉｔｈｎａｔｕｒａｌｇａｓａｓｔｈｅｆｕｅｌｏｆｔｈｅｂｏｉｌｅｒａｎｄｗｉｔｈｋｅｙｃｏｍｐｏ  ｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｔｒｕｃｋｍｏｕｎｔｅｄｓｐｅｃｉａｌｎａｔｕｒａｌｇａｓｂｏｉｌｅｒ，ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｓｔｅｐ  ｄｏｗｎｇａｓｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔａｄｏｐｔｓｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗｉｔｈｒｅｌｉａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃａｎｆｕｌｌｙｍｅｅｔｔｈｅｏｉｌｆｉｅｌｄｗａｘｒｅｍｏｖａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｗａｘｒｅｍｏｖａｌｖｅｈｉｃｌｅ；ｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｂｏｉｌｅｒ随着全球性的能源价格上涨，以柴油为锅炉燃料的传统清蜡设备的运行成本不断升高，如何通过技术创新实现节能降耗和降低油田生产维护成本已成为油田企业面临的紧迫任务。另一方面，随着国家环境保护立法的实施和绿色低碳要求的不断提高，石油企业必须高度重视节能减排和新能源的开发和应用。天然气式油井清蜡车所使用的锅炉燃料包括压缩天然气ＣＮＧ和液化天然气ＬＮＧ，中原特种车辆有限公司在２００９年研发了第１代压缩天然气ＣＮＧ油井清蜡车，通过在青海和中原地区进行现场试验，性能稳定。在认真调研和总结经验的基础上，通过对燃气减压处理装置、天然气燃烧机、车载特种天然气锅炉及燃烧控制系统的优化分析，又于２０１１年研发了液化天然气ＬＮＧ清蜡设备，样机在大港油田进行现场试验，效果良好。本项目已获得６项专利（专利号ＺＬ２００９１００６５７４５．５；ＺＬ２００９２００９２３３６．Ｘ；ＺＬ２０１１２０５６４６６２．３；ＺＬ２０１２２０７４８０１３．３；ＺＬ２０１２２０４８６７１２．５；ＺＬ２０１３２０１９９２５０．３）。１系统组成天然气式油井清蜡车采用二类底盘的车装式结构［１］，由汽车底盘、车载特种天然气锅炉［２］、三缸柱  收稿日期２０１５  ０３  ０６专利技术国家发明专利（ＺＬ２００９１００６５７４５．５）作者简介李念（１９７８ ），男，山东曹县人，工程师，现从事石油机械产品设计与开发工作。塞泵、天然气燃烧机、多级递降式燃气减压系统及燃烧控制系统［３  ５］等部件组成（如图１）。１底盘；２侧取力系统；３车厢；４燃气储存系统；５液压系统；６多级递降式燃气减压处理系统；７三缸柱塞泵；８燃烧控制系统；９锅炉进水管路；１０供风系统；１１燃烧机；１２车载特种锅炉；１３锅炉出水管路。图１天然气式油井清蜡车组成天然气式油井清蜡车应用了多种先进技术，包括燃气气化水浴伴热处理技术，多级递降式燃气减压处理技术，比例式燃烧智能控制技术等，申报并获批了６项国家专利，其中包括１项发明专利。２工作原理天然气式油井清蜡车通过燃气减压处理系统将天然气ＣＮＧ／ＬＮＧ压力降低至天然气燃烧机进气压力允许值，在车载特种锅炉炉膛内进行燃烧，通过比例式燃烧控制系统进行燃烧火焰出力功率控制，从而实现锅炉出水水温恒定而入井，达到洗井清蜡作业要求。３关键技术３．１车载特种天然气锅炉对锅炉盘管结构、炉膛空间结构、防爆结构及保温技术等方面进行调研，并进行锅炉的烟风阻力、水动力、热力平衡及受压元件强度等方面的计算，满足天然气ＣＮＧ／ＬＮＧ在炉膛内燃烧的要求（如图２）。图２锅炉结构开发的新型车载特种天然气锅炉具有独特的盘管结构、炉膛空间结构及防爆结构，可适用于液化天然气ＬＮＧ、压缩天然气ＣＮＧ进行安全稳定高效燃烧，适用范围广。该锅炉通过全比例控制技术和自动调整风量与气量配比，保证了锅炉的安全运行；采用多级递降式天然气减压技术，使高压气体经处理后进入燃烧机，燃烧机采用２４ＶＤＣ为主电源，具有预吹扫、风压监测、燃气压力监测、自动点火及熄火保护等功能，达到了平稳运行的目的。３．２多级递降式燃气减压处理系统多级递降式燃气减压系统是将额定压力２０ＭＰａ的ＣＮＧ或１．５９ＭＰａ的ＬＮＧ经过系统减压后，形成额定压力为５～１０ｋＰａ的可安全燃烧的气态天然气。目前燃气减压阀专业厂家生产的燃气减压阀尚无法满足直接降压要求，需对２０ＭＰａ的压缩天然气ＣＮＧ或１．５９ＭＰａ的液化天然气ＬＮＧ（流程如图３）进行多级递降减压处理。该系统设置有高压紧急切断装置，具有过滤、紧急切断、多级减压、安全发散及压力监测等功能。ａＣＮＧ减压系统ｂＬＮＧ减压系统图３多级递降式燃气减压系统流程图４９石油矿场机械２０１５年８月  ３．３天然气燃烧机根据油井清蜡车的作业工艺参数，并考虑天然气燃烧的安全性，采用底盘电源２４ＶＤＣ为主要工作电压，设计能够使用ＬＮＧ、ＣＮＧ做燃料的全自动燃气燃烧机。通过独特的燃气燃烧头和多空射流混合装置，合理组织燃料和空气的混合，可实现稳定安全高效燃烧。采用全自动控制程序，集运行控制、火焰检测、熄火保护、燃气和空气压力保护为一体，实现全自动燃烧运行和全自动控制。天然气压力监测及流量监测和锅炉燃烧三位一体的自动控制系统，具有预吹扫、风压监测、燃气压力监测、点火、燃料供给与切断、大小火转换、超温超压报警及熄火保护等功能，能有效保证设备安全运行及降低人工误操作的几率，使燃料合理利用效益最大化。燃烧机结构如图４所示。图４燃烧机结构３．４燃烧控制系统控制系统设置了燃气压力保护装置、比例式燃烧控制系统、低温保护装置、锅炉超温超压保护装置、熄火保护装置及操作柜紧急断电装置，避免了因突发情况造成的设备故障，保证了操作人员和设备的安全，安全保护等级高。３．５技术参数天然气式油井清蜡车包括洗井清蜡车和清蜡车，技术参数分别见如表１～２。表１天然气式油井清蜡车技术参数（洗井清蜡车）热洗井额定工作压力／ＭＰａ２０热洗井额定工作温度／℃ １６０热洗井额定工作温度下对应排量／（ｍ３ｈ－１）３～５表２天然气式油井清蜡车技术参数（清蜡车）额定工作压力／ＭＰａ６额定工作温度／℃ ２００额定工作排量／（ｍ３ｈ－１）１．２６４现场应用天然气式油井清蜡车完成样车设计、组装、工厂试验后，ＺＹＴ５２４０ＴＱＬ６型清蜡车（ＣＮＧ）于２００９  ０６在青海油田花土沟地区砂西采油区１  ２  ３５、４  ５  ８５等２０口井进行了现场试验，历时近４０ｄ，ＺＹＴ５１８０ＴＸＬ２０型洗井清蜡车（ＬＮＧ）于２０１１  ０５在大港油田采油五厂西５３  ３  ３、５９  ４等１１口井进行了现场试验，历时近２０ｄ，２次试验情况总结如下１）节能效果明显。现场试验表明，在同等条件下，天然气式油井清蜡车相比柴油式油井清蜡车节能４９％。２）性能稳定。由于采用比例式燃烧等新技术，入井热洗温度恒定，洗井效果突出，深受用户欢迎。３）智能化程度高。控制系统集成化及智能化程度高，可多点控制整车运行，实时监测锅炉、天然气及燃烧机运行状态，确保人员及设备安全。４）绿色环保。经测算，车载特种锅炉使用天然气可实现ＳＯ２、ＮＯＸ及ＣＯ等有毒有害气体零排放，降低了碳排放，减少了环境污染，更加适合城市及居民区等特殊地域井场作业。４结论１）天然气式油井清蜡车运用了多级递降式燃气减压技术、天然气燃烧机及燃烧智能控制系统等国内首创的新技术，提供了一种新能源清蜡设备。２）通过对影响设备使用的燃气减压系统、天然气燃烧机及燃烧智能控制系统等关键部件研发，提高了产品的竞争力。３）现场试验结果表明，天然气式油井清蜡车具有安全环保、节能高效、适应性强及操作方便等优点。参考文献［１］杨成，任苏朝，牛文录，等．ＬＴＪ５１００ＴＱ６型蒸汽清蜡车技术改造［Ｊ］．石油矿场机械，２０１３，４２（６）６７  ６９．［２］刘智勇，丁亮，马玉华，等．天然气整体橇装加热炉的研发与应用［Ｊ］．石油矿场机械，２００８，３７（６）９９  １０１．［３］魏传峰，刘玉梅，周軦，等．热油清蜡车车载锅炉双燃料燃烧加热系统研究［Ｊ］．石油矿场机械，２００７，３６（２）４８  ５２．［４］李方运．天然气燃烧及应用技术［Ｍ］．北京石油工业出版社．２００２６４  ７５．［５］李雷，徐忠，李栋．洗井清蜡车燃烧系统改造［Ｊ］．中国设备工程，２０１１（２）４８  ４９．５９第４４卷第８期李念，等ＺＹＴ系列天然气式油井清蜡车研制与应用 

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