靖濤

摘要：鉆井柴油機(jī)排出的煙氣可高達(dá)350-400度，造成了很大的能量浪費(fèi)，采用柴油機(jī)排煙余熱利用裝置可以充分煙氣的熱量。本文對(duì)鉆井柴油機(jī)排煙余熱利用技術(shù)方案及指標(biāo)進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)出鉆井柴油機(jī)排煙余熱回收利用裝置，在實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：鉆井柴油機(jī)；排熱余熱再次利用；節(jié)能

鉆井柴油機(jī)尾氣排放溫度會(huì)達(dá)到350度左右，具有很高的煙品，如果可以進(jìn)行回收利用可以實(shí)現(xiàn)很好的使用價(jià)值。依據(jù)鉆井柴油機(jī)組的配置情況，和井隊(duì)冬季供熱的實(shí)際需要求情況，深入分析柴油機(jī)煙氣回收應(yīng)用的可行性，確定出井隊(duì)柴油機(jī)煙氣回收的方案，可以為防棚砂等裝置實(shí)現(xiàn)冬季供暖，可以節(jié)省冬季采用柴油暖風(fēng)供暖現(xiàn)狀，起到了很好的節(jié)能效果，有效地減少鉆井施工作業(yè)成本。

1.鉆井柴油機(jī)排煙余熱利用研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)

為了更好地把井隊(duì)柴油機(jī)排煙余熱進(jìn)行很好地利用，需要對(duì)換熱器裝置、余熱回收供熱流程和柴油機(jī)尾氣余熱回收供熱進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，柴油機(jī)余熱回收供熱系統(tǒng)是由供熱系統(tǒng)、熱交換器、換熱循環(huán)系統(tǒng)和儲(chǔ)水系統(tǒng)構(gòu)成。需要對(duì)柴油機(jī)煙氣余熱回收利用安全性、投資效益等進(jìn)行分件，并結(jié)合柴油機(jī)的實(shí)際煙氣情況，在冬季時(shí)柴油機(jī)類(lèi)煙氣余熱實(shí)現(xiàn)再次利用，可以取代原來(lái)的電熱管來(lái)對(duì)柴油進(jìn)行預(yù)熱，有效地節(jié)耗電能的消耗，可以在寒冷的冬季采用0號(hào)柴油，有效地減少了鉆井作業(yè)成本，避免向自然環(huán)境中排施污染物，起到了節(jié)能減排的目標(biāo)。

結(jié)合井隊(duì)配置的動(dòng)力設(shè)備，并根據(jù)燃料供給情況，對(duì)柴油機(jī)煙氣余熱回收利用方案進(jìn)行分析，并分析鉆井設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)行參數(shù)。制定的方案需要滿(mǎn)足鉆井冬季保溫和供熱的要求，需要給柴油儲(chǔ)罐進(jìn)行保溫，淘汰能耗較高的煤油鍋爐，還需要保證柴油機(jī)組的正常動(dòng)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)多次的方案論證和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的柴油機(jī)余熱利用裝置，可以在冬季為各種設(shè)備提供很好的保溫效，可以達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)，達(dá)到HSE環(huán)保要求，有效地減少鉆井成本。

2.鉆井柴油機(jī)排煙余熱利用技術(shù)方案及指標(biāo)

需要設(shè)計(jì)出一種高效的熱交換裝置，可以安裝到柴油機(jī)組消音器部位，可以形成較小的負(fù)壓，不會(huì)對(duì)柴油機(jī)的正常運(yùn)行造成干擾，還可以起到消音效果。采取的技術(shù)方案有：1）對(duì)鉆井隊(duì)柴油機(jī)排煙管和煙氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。2）設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的熱交換裝置，保證構(gòu)造可以滿(mǎn)足使用要求，在保證安全使用的前提下改進(jìn)和完善煙氣回收系統(tǒng)。3）合理裝配柴油機(jī)煙氣余熱回收利用系統(tǒng)，在冬季時(shí)在鉆井隊(duì)開(kāi)展使用性能試驗(yàn)，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，進(jìn)一步改進(jìn)柴油機(jī)煙氣回收利用系統(tǒng)。4）需要保證換熱器安裝的穩(wěn)定、可靠，需要對(duì)支吊架進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

結(jié)合井隊(duì)對(duì)柴油機(jī)煙氣的回收利用的實(shí)際情況，制定出的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有：1）利用回收到柴油機(jī)煙氣熱能來(lái)對(duì)儲(chǔ)油罐內(nèi)的柴油進(jìn)行預(yù)熱，從而取供原來(lái)的37kW電加熱裝置，避免電加熱帶來(lái)的安全隱患。2）使用0號(hào)柴油來(lái)取代原來(lái)采用的-20號(hào)柴油。3）為井隊(duì)鉆井作業(yè)人員提供熱水。4）柴油機(jī)煙氣回收利用可以起到節(jié)能減排的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.鉆井柴油機(jī)排煙余熱回收利用裝置

3.1裝置結(jié)構(gòu)

柴油機(jī)排煙余熱回收裝置主要有熱交換器、管道和閥門(mén)配件、水箱、壓力儀表、溫度儀表和控制系統(tǒng)等，還有水箱與熱交換器相互間連接軟件管等。熱交換器內(nèi)的煙氣管道采用鍋爐管道，安裝到柴油機(jī)消音器部位，柴油機(jī)尾氣煙囪采用法蘭連接，與尾氣出口部位形成整體，可以起到一定的消聲作用。水箱容積設(shè)計(jì)為0.5立方米，配置有供熱循環(huán)泵、換熱循環(huán)泵和備用泵。

3.2實(shí)現(xiàn)原理

水箱是柴油機(jī)排煙余熱系統(tǒng)的連接中樞，是煙氣使用流程的關(guān)鍵。主要由水倉(cāng)及泵閥室構(gòu)成。泵閥室中安裝兩套循環(huán)系統(tǒng)，需要首先向水倉(cāng)內(nèi)注滿(mǎn)水，打開(kāi)控制閥門(mén)后使循環(huán)泵處于運(yùn)行狀態(tài)，流動(dòng)的水分經(jīng)過(guò)柴油機(jī)煙氣換熱器，如果水溫超過(guò)50度需要啟動(dòng)放熱系統(tǒng)。需要先把柴油加熱系統(tǒng)控制閥門(mén)打開(kāi)，啟動(dòng)熱水循環(huán)泵，熱水流過(guò)柴油儲(chǔ)罐加熱盤(pán)管實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱。同時(shí)，吸熱和放熱循環(huán)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，水倉(cāng)是兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵連接件，冷水通過(guò)柴油排煙余熱換熱器后經(jīng)過(guò)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油儲(chǔ)罐的加熱，之后回流回到水倉(cāng)。水倉(cāng)設(shè)置了進(jìn)、出水口實(shí)現(xiàn)水量的補(bǔ)充。吸熱系統(tǒng)熱量會(huì)不斷增加，為了保持熱平衡狀態(tài)，需要采用放熱系統(tǒng)進(jìn)行控制，柴油儲(chǔ)罐的溫度與加熱的水溫有著直接的聯(lián)系，水溫可以通過(guò)柴油機(jī)排煙回收器進(jìn)行控制，保證柴油儲(chǔ)罐處于5-15度。

4.試驗(yàn)效果

柴油機(jī)排煙余熱回收利用裝置循環(huán)管線(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效地保溫，主要用于對(duì)高架柴油儲(chǔ)罐進(jìn)行供熱，可以在冬季使用0號(hào)柴油，保證兩臺(tái)熱交換器可以交替使用。從實(shí)現(xiàn)結(jié)果可以看出，換熱效率可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，換熱系統(tǒng)和供熱循環(huán)系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠運(yùn)行。室外溫度達(dá)到零下4度時(shí)，換熱器可以達(dá)到80.5度，柴油儲(chǔ)罐溫度為14.5度。柴油機(jī)排煙余熱回收利用裝置循環(huán)系統(tǒng)為普通水管，不具備很好的抗壓和耐高溫能力，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，需要更換循環(huán)管線(xiàn)。采用鋼絲夾層橡膠軟管可耐受100度的熱水，可承受4兆帕壓力，接頭連接可靠，不會(huì)產(chǎn)生爆管現(xiàn)象。水箱與熱交換器相互間連接管路、水箱與柴油儲(chǔ)罐連接管都可以承受4兆帕的壓力，進(jìn)入到12月中旬并沒(méi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)管線(xiàn)異常問(wèn)題。通過(guò)多次的試驗(yàn)，鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以正常使用0號(hào)柴油，柴油機(jī)排煙余熱回收裝置可以正常使用，柴油機(jī)運(yùn)行情況正常，增壓器溫度處于正常水平，沒(méi)有形成很大的負(fù)壓，可以在冬季施工中起到很好的保溫效果，完全符合HSE施工要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)的節(jié)能減排效果，有效地減少了鉆井施工作業(yè)成本。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果可以看出，柴油機(jī)排煙余熱回收裝置可以充分利用好尾氣的余熱，有效的提高了柴油機(jī)利用率，把冬季柴油替換成0號(hào)柴油，為鉆井隊(duì)伍提供有效的供暖，達(dá)到了節(jié)能減排要求，使作業(yè)成本進(jìn)一步降低，可以在大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]武金龍.鉆井用柴油機(jī)排煙余熱的利用[J].油氣田地面工程，2014，33（06）：97.

[2]董呈彬，張紅軍.鉆井平臺(tái)柴油機(jī)排煙管下行設(shè)計(jì)及余熱再利用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015，34（02）：11-12.

[3]劉向龍.海上采油設(shè)施主機(jī)余熱回收過(guò)程的熱力學(xué)研究[D].湖南大學(xué)，2016.