滕一寧+孫長(zhǎng)征+郭星民

（勝利工程公司渤海鉆井 山東東營(yíng) 257200）

摘要：本文通過對(duì)勝利油區(qū)鉆井裝備特點(diǎn)和冬季施工需求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析和研究，設(shè)計(jì)出一套鉆井用柴油機(jī)余熱回收裝置，用于冬防保溫，大幅提高了能源的利用率，降低了廢氣排放，改善了野外施工條件，順應(yīng)當(dāng)前綠色低碳發(fā)展的新趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了安全環(huán)保、降本增效。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；余熱回收；綠色低碳；

一、項(xiàng)目背景

勝利油田地處北方地區(qū)，冬季基本上都使用柴油鍋爐或者電加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽實(shí)現(xiàn)設(shè)備保溫，同時(shí)駐井宿舍房的采暖基本上靠電加熱暖氣片。這些不僅增加了鉆井隊(duì)的燃料、電力成本負(fù)擔(dān)，從環(huán)保角度，柴油機(jī)碳高溫?zé)煔庵苯优湃氪髿?，也不符合?jié)能減排的理念。隨著環(huán)保壓力的迫切需要，國(guó)家制定了節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略以及國(guó)家應(yīng)對(duì)溫室氣體排放的要求，中石化也制定《中國(guó)石化合同能源管理項(xiàng)目的實(shí)施辦法》，對(duì)節(jié)能減排提出具體指導(dǎo)意見、考核實(shí)施。開展柴油機(jī)尾氣余熱回收利用技術(shù)的研究，不僅能夠降低鉆井運(yùn)行成本，而且能夠解決能源浪費(fèi)問題和安全環(huán)保隱患問題，達(dá)到實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

二、設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)分析

鉆井柴油機(jī)余熱回收裝置利用鉆井隊(duì)目前主要配備的動(dòng)力柴油機(jī)或者發(fā)電柴油機(jī)排出的高溫?zé)煔庾鳛橹饕獰嵩矗?qū)動(dòng)余熱蒸汽鍋爐產(chǎn)生高溫、高壓的水蒸汽，通過換熱器交換驅(qū)動(dòng)采暖管網(wǎng)，可以為宿舍房提供冬季采暖。另外，蒸汽可以用于井隊(duì)設(shè)備的冬防保溫，進(jìn)行吹掃鉆臺(tái)、清洗套管、緊急解凍等工作。

余熱回收裝置由兩個(gè)撬塊結(jié)構(gòu)組成：水箱撬置于地上，工作時(shí)換熱撬放在水箱撬上面，另外包括為宿舍供暖的整個(gè)采暖系統(tǒng)。

換熱撬主要包括余熱蒸汽鍋爐、鍋爐補(bǔ)水泵、換熱器、防凍液回收系統(tǒng)、采暖循環(huán)泵、電控箱組成（如圖1所示）。余熱蒸汽鍋爐與柴油機(jī)煙囪連接，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。蒸汽一方面通過蒸汽換熱器加熱采暖介質(zhì)（防凍液），另外可外接作為冬防保溫使用。2臺(tái)鍋爐補(bǔ)水泵其中的1臺(tái)為手動(dòng)操作，為鍋爐上水，另外1臺(tái)為自動(dòng)控制上水，當(dāng)手動(dòng)上水達(dá)到規(guī)定液位以后，即可關(guān)閉手動(dòng)上水泵，自動(dòng)控制的上水泵在液位控制器的控制下開始工作，維持鍋爐水位在一定的范圍以內(nèi)。

水箱撬主要有冷水箱、熱水箱、控制系統(tǒng)、補(bǔ)水泵組成。高溫蒸汽通過換熱器交換以后變成熱水回到熱水箱，熱水通過補(bǔ)水泵向鍋爐補(bǔ)水。由于使用過程中熱水不斷消耗，下降到低液位以后，應(yīng)該及時(shí)通過補(bǔ)水泵向熱水箱補(bǔ)水。

采暖系統(tǒng)包括宿舍暖氣片、供暖管線、熱水泵、防凍液回收系統(tǒng)組成。為了防止系統(tǒng)停止時(shí)供暖管線凍結(jié)，采用防凍液作為暖氣給水。井隊(duì)搬家時(shí)要回收防凍液，采用壓縮空氣將整個(gè)供暖系統(tǒng)的防凍液壓回回收系統(tǒng)儲(chǔ)備箱。

該方案有以下特點(diǎn)：

1）既可以產(chǎn)生蒸汽也可以采暖用。蒸汽可作為冬防保溫用，平時(shí)用來加熱采暖。

2）采用大口徑排煙管，減少折彎數(shù)量，基本不影響柴油機(jī)功率。通過使用可伸縮排煙管、波紋管?；顒?dòng)法蘭等技術(shù)，一根排煙管可以切換到2臺(tái)柴油機(jī)上面。煙氣在經(jīng)過排煙管、蒸汽鍋爐、盤管換熱器后，其中的火星與熱量多次碰撞后很快熄滅，具有良好的滅火罩、消音作用。

3）具有好的自動(dòng)控制功能，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

三、技術(shù)指標(biāo)分析

用于單臺(tái)柴油機(jī)的系統(tǒng)熱工指標(biāo)如表所示：

為滿足以上指標(biāo)，對(duì)涉及參數(shù)進(jìn)行計(jì)算如下：

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，每臺(tái)Z12V190B柴油機(jī)平均每小時(shí)廢氣側(cè)產(chǎn)生熱量Q約為439200KJ。

每臺(tái)柴油機(jī)、每小時(shí)加熱50℃熱水產(chǎn)生0.6MPa、158℃蒸汽，廢氣側(cè)熱量*熱效率=蒸汽產(chǎn)量*（蒸汽焓-給水焓），已知0.6MPa、158℃蒸汽焓=2756KJ/kg，50℃水焓=210KJ/kg，效率=80%，則蒸汽產(chǎn)量=廢氣側(cè)熱量*熱效率/（蒸汽焓-給水焓）=439200*80%/（2756-210）KJ/kg =138 kg 設(shè)計(jì)供暖防凍液進(jìn)水溫55°，出水溫度95°，55℃水（防凍液）焓=230KJ/kg， 95℃水（防凍液）焓=398KJ/kg，設(shè)計(jì)蒸汽換熱器效率80%，進(jìn)口0.6MPa、158℃蒸汽，焓2756KJ/kg，出口100熱水，焓419KJ/kg，設(shè)計(jì)盤管加熱器進(jìn)氣溫度200℃，出口溫度150℃，盤管加熱器吸收熱量

=CP0（T2-T1）*120*60*0.61

=219600KJ ，那么，

每小時(shí)加熱總熱量 =（進(jìn)口蒸汽焓-出口熱水焓）*蒸汽量*效率+盤管加熱器吸收熱量*轉(zhuǎn)換效率=（2756-419）*138*80%+219600*80%=433685KJ

加熱功率=每小時(shí)加熱總熱量/3600s=120KW

設(shè)每小時(shí)加熱的防凍液質(zhì)量W（kg） ，每小時(shí)加熱總熱量=（95℃水焓-55℃水焓）*W，則W=2580kg

則要求熱水循環(huán)泵排量=2580/60=43L/min以上。

如果防凍液全部用于供暖，取供暖功率150W/m2，供暖進(jìn)水溫度90°，出水溫度60°，效率80%，已知60℃水焓為252KJ/kg ，90℃水焓=377KJ/kg，得出每小時(shí)供暖面積=（90℃水焓—60℃水焓）*2580*1000*0.8/150/3600

=478 m2

四、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

4.1經(jīng)濟(jì)效益分析

本系統(tǒng)可以取代10個(gè)宿舍、20片電熱暖氣片，按照每個(gè)暖氣片2KW、冬季加熱按照3個(gè)月計(jì)算，可節(jié)電86400kwh，如果發(fā)1度電按照230g柴油計(jì)算，可節(jié)約柴油19.872t，經(jīng)濟(jì)效益8.95萬(wàn)元。

本系統(tǒng)在用于冬防保溫時(shí)，每小時(shí)產(chǎn)生138kg 蒸汽，如果取代柴油加熱鍋爐，按照一公斤輕柴油產(chǎn)生15KG蒸汽來計(jì)算，每小時(shí)節(jié)約柴油9kg。如果每個(gè)冬季使用200小時(shí)，節(jié)約柴油1.8t，經(jīng)濟(jì)效益8100元。如果取代電加熱鍋爐，由于柴油機(jī)發(fā)電效率的原因，經(jīng)濟(jì)效益更高一些。

4.2社會(huì)效益分析

余熱回收裝置還具有很好的消音、滅火功能。柴油機(jī)內(nèi)部發(fā)出聲波經(jīng)過多次設(shè)備、管道的緩沖、吸收，加之裝置煙道外殼保溫材料具有很好的吸聲性能，可降低噪聲15dB。煙氣的火星在裝置盤管多次碰撞后很快熄滅，不會(huì)隨煙氣帶出排煙管。煙氣在經(jīng)過裝置后溫度由380℃降低到150℃左右，降低了排氣與可燃?xì)怏w發(fā)生燃燒爆炸的可能性。endprint