（大慶石油管理局松原機(jī)械總廠，吉林 松原 138000）

LNG鍋爐車的研制及應(yīng)用

張鵬

（大慶石油管理局松原機(jī)械總廠，吉林 松原 138000）

以LNG為燃料的鍋爐車與傳統(tǒng)燃油和CNG鍋爐車相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，其具有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。采用LNG為燃料，簡化了柴油箱的設(shè)備結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部件有車載特種燃?xì)忮仩t、多級(jí)遞降式LNG減壓處理系統(tǒng)及燃燒智能控制系統(tǒng)等，采用了新技術(shù)，并優(yōu)化了結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，該鍋爐車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作方便、性能優(yōu)越，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

LNG；鍋爐車；燃?xì)夤┙o系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

隨著國家環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施和綠色低碳要求的不斷提高，石油企業(yè)必須高度重視節(jié)能減排和新能源的開發(fā)及應(yīng)用。采用LNG作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的原料，發(fā)動(dòng)機(jī)僅需做適當(dāng)?shù)淖儎?dòng)，運(yùn)行不僅安全可靠，而且噪聲低、污染小，特別是在排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)嚴(yán)格的今天，以LNG作為燃料的汽車，排放明顯改善。

LNG鍋爐車使用的鍋爐燃料是液化天然氣LNG，在認(rèn)真調(diào)研和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對燃?xì)鉁p壓處理裝置、天然氣燃燒機(jī)、車載特種天然氣鍋爐及燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析,我廠在2014年研制了JY5180TGL6型液態(tài)天然氣鍋爐車，在大慶油田得到廣泛使用。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)簡述

圖1 JY5180TGL6型鍋爐車結(jié)構(gòu)示意圖

JY5180TGL6型鍋爐車即清臘車，采用LNG底盤車，如圖1所示。附架通過連接座安裝到底盤車上，車廂通過螺栓固定在附架上。附架前部裝有燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組為燃燒機(jī)和操控裝置供電，底盤車上的液態(tài)天然氣為其提供能源；中部裝有管匯、陶瓷柱塞泵、天然氣燃燒機(jī)和鍋爐，其中天然氣燃燒機(jī)的燃料也來自底盤車上LNG儲(chǔ)液罐中的液態(tài)天然氣；后部裝有水箱。

1.2 工作原理

水箱中的水經(jīng)陶瓷柱塞泵加壓后，進(jìn)入鍋爐中，燃?xì)庋b置啟動(dòng)點(diǎn)火，將鍋爐盤管中的水加熱成高壓蒸汽水。工作原理見圖2。

圖2 LNG鍋爐車工作原理圖

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

額定壓力：6MPa

額定溫度：200℃

額定排量：3000L/h

正常尺寸：9.45×2.5×3.7m

整車質(zhì)量：18噸

1.4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）底盤車選用重汽公司生產(chǎn)的豪濼，ZZ1257M4647D1L / 6×4 LNG底盤，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)/功率：T10.27-40 / 196kW

（2）蒸汽鍋爐采用臥式直流鍋爐，其最大熱功率為1000kW，蒸汽最高溫度和壓力分別為280℃和6MPa。介質(zhì)最大排量為1250L/h。爐體端部設(shè)計(jì)有中心爆破式防爆系統(tǒng)，爆破極限為0.02±0.005MPa，可有效避免因誤操作而導(dǎo)致鍋爐爆膛的危險(xiǎn)事故發(fā)生。

（3）燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組為燃燒機(jī)、柱塞泵電機(jī)和操控裝置提供電能。

燃燒機(jī)加熱鍋爐盤管中的介質(zhì)，采用TBG65P（意大利進(jìn)口百德燃?xì)馊紵到y(tǒng)）。

因此，本設(shè)備的車上部分不需要柴油箱。減輕了設(shè)備質(zhì)量。

（4）操控裝置采用我廠最新研發(fā)的人機(jī)交互系統(tǒng)。控制系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，根據(jù)溫度值可進(jìn)行燃燒機(jī)大、小火自動(dòng)轉(zhuǎn)化控制，并能自動(dòng)開啟、停止燃燒器?？刂葡到y(tǒng)還具有超壓、超溫報(bào)警功能，并可及時(shí)停止供氣。壓力值和溫度值也可通過控制柜自行設(shè)定后自動(dòng)控制，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

（5）泵注系統(tǒng)采用電磁調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)陶瓷柱塞泵輸送工作介質(zhì)。與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比，它傳動(dòng)路線簡單、功率損耗少，維修方便，主車發(fā)生故障時(shí)，不影響現(xiàn)場作業(yè)的需要。驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置電磁調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)了水泵供水量0～1260L/h的隨意調(diào)節(jié)。

由于發(fā)電機(jī)組和燃?xì)馊紵龣C(jī)的燃料來自底盤車的液態(tài)天然氣，所以車上部分不需設(shè)置燃料箱。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 燃?xì)忮仩t

開發(fā)的新型鍋爐具有獨(dú)特的盤管結(jié)構(gòu)、爐膛空間結(jié)構(gòu)及防爆結(jié)構(gòu)。該鍋爐主要由爐體、盤管和防爆吹灰裝置組成。

爐體主要由前蓋、爐殼、后蓋、保溫層等組成，前后蓋均是端面有輻板，爐殼為金屬殼的筒形金屬結(jié)構(gòu)件，筒形內(nèi)側(cè)填墊有50mm的硅酸鋁板，用以隔熱；外側(cè)填砌耐火水泥。前蓋開有燃燒器安裝孔，使燃燒器噴嘴頭伸入爐膛內(nèi)。后蓋開有爐蓋堵塊孔；中間裝有錐形堵塊，以利于維修。爐筒為鋼板圓筒，周圍用螺栓與前后蓋相聯(lián)，形成爐腔。其外圓周填充有100mm厚的巖棉，形成保溫層，具有良好的保溫隔熱效果。盤管分為外盤管、平盤管和內(nèi)盤管，水汽流向是由外盤管進(jìn)，經(jīng)過平盤管，從內(nèi)盤管出。平盤管為多層平面螺旋盤，內(nèi)、外盤管為圓柱螺旋筒，其螺旋起點(diǎn)分別與平盤管兩端焊連。另一起點(diǎn)從后蓋與筒體相貼平面中間的護(hù)板孔伸出，端頭有進(jìn)出口接頭。

2.2 燃?xì)鉁p壓處理系統(tǒng)

液態(tài)天然氣需轉(zhuǎn)變?yōu)槟馨踩紵臍鈶B(tài)天然氣，才能供燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和燃?xì)馊紵龣C(jī)使用。

1.59MPa的液態(tài)天然氣從底盤車中的氣瓶出來，經(jīng)過換熱器升溫轉(zhuǎn)化成氣態(tài)天然氣，然后過濾，進(jìn)入減壓閥，控制天然氣的壓力，形成5～10kPa的可安全燃燒的氣態(tài)天然氣，流程見圖3。

圖3 LNG減壓處理系統(tǒng)

2.3 操控裝置

操控裝置采用電路集成模塊，包括緊急漏電保護(hù)器、壓力變送器、溫度傳感器、水箱液位變送器、電磁電機(jī)調(diào)速器、PLC程序控制器、液晶觸摸屏、發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)及儀器儀表開關(guān)按鈕等。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)及手動(dòng)兩大操作模式，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鍋爐的吹掃、點(diǎn)火、火焰監(jiān)測、燃料供給與切斷、大小火焰轉(zhuǎn)換以及水量、蒸汽壓力與溫度的監(jiān)控等操作。操控裝置流程如圖4所示。

圖4 全自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖

該操控裝置已獲得國家專利，專利號(hào)為ZL201620473331.1。

3 應(yīng)用效果

LNG鍋爐車完成樣車設(shè)計(jì)、組裝、工廠試驗(yàn)后，JY5140TGL6型鍋爐車于2015年9月在大慶油田薩南實(shí)業(yè)公司進(jìn)行了6口井的清蠟作業(yè)，試驗(yàn)情況總結(jié)如下。

（1）節(jié)能效果明顯?，F(xiàn)場試驗(yàn)表面，在同等條件下，LNG鍋爐車相比柴油鍋爐車節(jié)能49%。

（2）性能穩(wěn)定，由于鍋爐采用特殊盤管結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生蒸汽效率高，深受用戶歡迎。

（3）智能化程度高。控制系統(tǒng)集成化及智能化程度高，可多點(diǎn)控制整車運(yùn)行，實(shí)時(shí)檢測鍋爐、天然氣及燃燒機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，確保人員及設(shè)備安全。

（4）綠色環(huán)保。經(jīng)測算，車載特種鍋爐使用天然氣可實(shí)現(xiàn)SO2/NOx 及CO等有害氣體零排放，降低了碳排放，減少了環(huán)境污染，更加適合城市及居民區(qū)等特殊地域井場作業(yè)。

4 結(jié)語

LNG式鍋爐車運(yùn)用了LNG燃料，燃燒機(jī)及鍋爐燃燒控制系統(tǒng)等國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)。該設(shè)備布局合理，達(dá)到用戶使用要求，解決了設(shè)備使用成本和運(yùn)輸成本高、排放污染嚴(yán)重的問題，節(jié)約能源。經(jīng)實(shí)踐證明，是一項(xiàng)較好的經(jīng)濟(jì)、高效的產(chǎn)品，受到大慶用戶的歡迎。

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