王文智　張小虎　金志雄　章喻華

摘要：詳細闡述了190型柴油機電暖機裝設計原理、改造安裝情況和現(xiàn)場試驗應用產(chǎn)生的效果和經(jīng)濟效益，為鉆井降本增效、節(jié)能降耗起到了很大的作用。

關鍵詞：柴油機電暖機裝置設計應用

中圖分類號：TK423 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0100-02

吐哈鉆井公司鉆探的大部分領域都處于比較寒冷地區(qū)，在冬天打井時柴油機長期處于較低的野外環(huán)境溫度下運轉(zhuǎn)，其中尤其在三塘湖區(qū)塊冬季更是十分嚴寒。為了防止冷卻水冰凍，即使在鉆井過程中不需要全負荷動力的時候，柴油機也必須全部進行運轉(zhuǎn)[1]。該設計就是解決野外工作的190型柴油機冬季冷卻水凍結(jié)和啟動困難問題，替代以前采用低速運轉(zhuǎn)的方法。

1結(jié)構(gòu)原理

結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

根據(jù)190型柴油機的高低溫水箱以及高低溫水管線外置安裝的結(jié)構(gòu)特點，將190型柴油機外置水管線進行改造，使2套電加熱裝置分別與高低溫循環(huán)水串聯(lián)起來，通過電加熱裝置的小型暖氣水泵促使柴油機冷卻液不斷循環(huán)，電加熱元件不斷供暖加熱從而達到暖機保溫目的。

該裝置主要由兩部分組成：一是電加熱裝置1；二是水泵循環(huán)裝置7，兩部分通過聯(lián)通管8進行串聯(lián)，電加熱裝置1將柴油機的冷卻液進行加熱，暖氣循環(huán)水泵7促使柴油機冷卻液在機體內(nèi)不間斷循環(huán)，從而使整個機體溫度保持均衡。該裝置具有與循環(huán)水泵連接的上接管3和與散熱水箱連接的下接管5，其特征在于在上接管3和下接管6之間連通一個內(nèi)部具有電加熱元件2的電加熱裝置1，并和機體的冷卻水形成閉式串聯(lián)循環(huán)。其主要優(yōu)點是克服了北方冬季野外作業(yè)的柴油機循環(huán)水結(jié)冰影響使用和啟動時的蒸氣加熱工序。

2加熱器功率計算

假定柴油機工作的冬天野外溫度為-20℃，現(xiàn)在需要機體能夠保持30℃的恒溫，

即機體和外部環(huán)境溫差△t=30℃-（-20℃）=50℃

由于機體內(nèi)部是一個相對密封的腔體，而冷卻水又一直圍繞缸套進行循環(huán)，其機體內(nèi)部的溫度基本一致，即整個機體內(nèi)部可以看作是一維溫度場，柴油機外壁的換熱有自然對流換熱和輻射換熱兩種方式，單位時間內(nèi)自然對流傳導的熱量計算：

取機體外表面與空氣間的自然對流換熱系數(shù)α=7.5W/（m2·℃），

12V190柴油機外形尺寸為：L×B×H（mm）3400×1560×1600

柴油機機體表面面積：

F=2×（L×B+L×H+B×H）

=2×（3.4m×1.56m+3.4m×1.6m+1.56m×1.6m）

=26.48㎡

代入牛頓對流換熱公式Q=α·F·（tw-tf）

可得單位時間內(nèi)的對流導熱量：

Q1=α·F·（tw-tf）

=7.5W/（㎡℃）×26.48㎡×50℃

=9.93kW

單位時間內(nèi)柴油機機體熱輻射散失熱量：

Q2=F·ε·σ·[（Tw/100）4-（Tf/100）4]

=26.48㎡×0.9×5.67w/㎡×[（30+273）4-（-20+273）4]×10-8=5.84kW

（ε為機體輻射能力系數(shù)及黑度系數(shù)、σ為黑體輻射系數(shù)）

Q=Q1+Q2=15.77kW

即表明如果需要在-20℃的野外溫度下保持機體溫度在30℃以上至少需要有15.77kW的電加熱器不間斷地為循環(huán)冷卻液進行供暖。

結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境以及電加熱棒的實際規(guī)格，選用4個4kW規(guī)格的電加熱棒合計功率16kW對柴油機高低溫冷卻水進行加熱的暖機方案，通過上面的計算和論證說明這一方案是完全可行的。

3總體設計

3.1 水管線連接

將柴油機左右循環(huán)水泵前端與水箱聯(lián)結(jié)的φ78S型水管拆下，將1#加熱器上端連接左側(cè)高溫循環(huán)水泵法蘭上，下端與水箱及膨脹水箱連管連接好，并將原高溫進水口溫度表感溫包插在水泵進水口水溫表座上，另外加一只附加溫度表，感溫包插入加熱器進水管水溫表座上內(nèi)，表頭固定在適當位置。

將2#加熱器裝在右側(cè)低溫循環(huán)水泵法蘭上（接線盒向柴油機外側(cè)），下端與水箱及膨脹水箱連接好，加一只附加溫度表感溫包，插入加熱器進水管溫度表座內(nèi)，表頭與另一只附加溫度表固定在同一表盤上，該溫度即為兩循環(huán)水最低溫度。

當柴油機正常運行時，將管線截止閥轉(zhuǎn)至與管線平行（開啟），并將閥門關閉即可。當柴油機需要加熱保溫時，將管線截止閥關閉，將閥門開啟，冷卻水就將經(jīng)過加熱器加熱后不斷在機體內(nèi)進行高低溫閉式循環(huán)，從而達到暖機保溫的目的。

3.2 電路連接

將每臺柴油機兩個加熱器用電纜線與接線盒可靠連接，用電纜線將接線盒與控制柜按端子號連接緊固。同時將加熱器下部進水口插入溫度傳感器接頭，固定牢固。每臺柴油機有高低溫兩個加熱器，因此每臺柴油機有兩條電纜線進入控制柜，井場的線路布局如圖2所示.

在檢查接線無誤后，對柴油機進行注冷卻液，檢查管線無滲漏后，開機運行3～5min，檢查電器各部分無異常然后給加熱裝置進行供電。

4現(xiàn)場使用效果評價

從2006年開始分別在8部鉆機的190柴油機上面安裝了暖機裝置，經(jīng)現(xiàn)場試驗，使用效果良好，達到了預定的暖機效果。三塘湖井隊每年大概有5個月的保溫期，井隊安裝該裝置后，均可以在保溫期內(nèi)對柴油機進行保溫，隨時可以進行啟動并正常運轉(zhuǎn)。

5結(jié)論

（1）190柴油機電暖機裝置對節(jié)約燃油、減少污染排放有很大實際效果，經(jīng)濟效益及社會效益十分顯著。（2）190柴油機電暖機裝置的應用，使柴油機不再需要進行不間斷跑溫，對減少柴油機磨損、延長柴油機的使用周期有明顯效果。（3）環(huán)境溫度稍高時，該裝置也可進行間斷使用，只需在柴油機啟動前通電，達到快速預熱，從而避免冷機強行啟動對柴油機造成的損害。

參考文獻

[1] 髙志和，白承斌，張燕，等.12V190型柴油機節(jié)油裝置應用研究[J].石油礦場機械，2011，40（6）：77-79.