楊保良，陳和平

（川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司機電工程公司，四川遂寧 629000）

0 引言

試修放噴排液、測試施工是試修作業(yè)不可缺少的環(huán)節(jié)。放噴排液、測試過程時間較長（幾小時或幾天不等），放噴口會排出天然氣（有的井含硫），為保證安全，必需點火燃燒。傳統(tǒng)的點火方式有油盆和魔術彈點火、高能電子自動點火裝置，三種方式均存在較多缺陷和安全風險。

1 研究原因

（1）油盆和魔術彈兩種方式存在較多缺陷和安全風險。

（2）鉆井過程中目前使用的高能電子自動點火裝置不適合試修放噴排液、測試工藝過程中點火的原因：①該裝置是鉆井過程用于應急點燃天然氣的裝置；②不適合試修排液測試過程多頻次、適時點火，電子點火放電針長期處于燃燒的放噴火焰2000 ℃高溫中，腐蝕嚴重，當長時間高頻次點火時點火針難以可靠點燃放噴的天然氣體。同時，該裝置僅靠高壓脈沖放電點火，在放噴火焰因燃氣濃度低于燃燒值而熄滅，點火針會自動長時間放電點火，對高能變壓器及控制保護產(chǎn)生嚴重的過載，從而使其可靠性大幅下降；③該裝置安裝在燃燒筒上部，在天然氣長時間燃燒產(chǎn)生的高溫炙烤下，易燒壞；④安裝難、煩，價格昂貴。

（3）放噴初期，特別是酸化后排液初期點火口有CO2氣體排出，點火不易燃，且點燃后中途可能會熄滅，需適時點火。點火裝置需具備連續(xù)（提供長明火）、多次、適時能實現(xiàn)點火的功能。

（4）每天幾萬、幾十萬、上百萬方的天然氣燃燒會產(chǎn)生高溫和熱輻射，直接置于點火口的點火裝置極易燒壞。點火裝置需具備耐高溫、防直接置于火口燒壞的功能。

（5）排液時可能遇大雨、大風，酸化后排液初期點火口有酸霧等影響點火的因素。點火裝置需具備防雨、防風、防腐蝕的功能。

基于以上原因分析：急需研究一種安全、可靠、經(jīng)濟、耐用、方便、操作穩(wěn)定的新型點火裝置。

2 研究目標

針對現(xiàn)有點火裝置存在的上述缺陷，結合現(xiàn)場放噴實際工況，研制的點火裝置中點火燃燒器耐高溫、防腐蝕、長時間提供火源、多頻次適時點火的可靠性是其主要的研究目標。

3 研究主要內(nèi)容

（1）研制長明火小火頭燃燒器，提供長明火源、防風雨熄滅火焰、不易燒壞。小火頭燃燒器作為放噴火焰（大火頭）的引燃裝置，保證4～5 h 長明火提供，且防風防雨。采用小火頭燃燒器加防風防雨罩，自移動機構與小火頭燃燒器一并移出已被點燃的放噴大火焰，延長其使用壽命和提高點火的可靠性。

（2）研究小火頭點火針點火的可靠性、耐高溫、耐腐蝕、長壽命。通過采用高性能點火針、控制小火頭的燃燒火焰的大小及點火方向，使其避免長時間受放噴火焰高溫燒蝕，提高其點燃小火頭的可靠性。

（3）研究電源的供電問題。電源采用AC 220 V 或AC 380 V，可就近井場電源供電。整個裝置的功率控制在3～5 kW 以內(nèi)，若考慮供電可靠性，需加裝5 kW·h 的逆變電源及蓄電池，容量較大，成本較高且裝置重量增加約20～50 kg。也可采用單臺5～8 kW 小發(fā)電機作為備用電源。主選采用AC 220 V 或AC 380 V 電源，可就井場電源供電。

（4）主控單元研制。采用西門子PLC 控制燃油泵、空氣壓縮泵及電磁閥，同時控制電子點火發(fā)生器、自移動機構、電子火焰監(jiān)控儀等。

（5）油箱及空壓裝置研制。油箱采用不銹鋼材質(zhì)，油泵功率50～150 W，空氣壓縮機采用100～300 W 電機驅(qū)動。

（6）自移動裝置研制。功率1～2 kW 步進電機，采用滾動絲杠將點火裝置作直線運動，前進點火，點火完成移出高溫大火區(qū)。（7）解決耐高溫油管、氣管及耐火電纜問題。

4 研究技術指標

4.1 點火裝置主要結構系統(tǒng)功能（圖1）

圖1 點火裝置主要結構系統(tǒng)功能

4.2 裝置技術要求

4.2.1 主要技術參數(shù)

裝置整體配置功率≤5 kW；雙電源：電源電壓AC 220 V/380 V 50 Hz 交流電源與逆變電源或8 kW 微型發(fā)電機組；適應燃料：燃氣、輕油、重油；點火頭瞬時耐溫1300 ℃；點火頻次6～12 次/s；火花能量6～12 J；自移動裝置：行程范圍3～6 m。

4.2.2 基本參數(shù)

點燃介質(zhì)：放噴天然氣；引燃介質(zhì)：柴油；助燃介質(zhì)：壓縮空氣0.3～0.8 MPa；點火方式：不銹鋼火焰?zhèn)鬏斠迹ㄩg接點火）；燃燒器種類：柴油霧化壓縮空氣助燃；油箱容積：15～20 L；耗油量：≤6 L/h（在壓縮空氣為0.2～0.3 MPa 時）；控制系統(tǒng)PLC：西門子S7-200；使用環(huán)境：雨雪冰凍、高溫強腐蝕等惡劣自然環(huán)境能可靠運行。

5 智能點火裝置配置

（1）主控制單元。西門子PLC S7-200 CPU226XP，I/O 點數(shù)：32；功能：可編程邏輯控制器；工作電壓：AC 220 V；輸出頻率：100 Hz；處理速度：0.21 μs；程序容量：64 G；數(shù)據(jù)容量：64 G。

（2）遙控裝置。紅外遙控接收模塊，紅外遙控器。

（3）逆變單元。蓄電池組：電瓶DC 24 V 100 A·h，僅可持續(xù)續(xù)供電30 min，體積較大，重量23 kg。逆變充電器：6 kVA 逆變器轉換效率89%；頻率50 Hz/60 Hz，輸出電壓220 V±2%；輸入電壓48 V，重量24.5 kg；體積較大，重量較重。

（4）備用發(fā)電機組。功率8 kW，輸出220 V，汽油機重量：87 kg。

（5）不銹鋼柴油箱。容積15～20 L；燃油泵型號LY86BAC220V；額定壓力0.5 MPa；排量1750 mL/min；AC 220 V 120 W；重量2 kg。

（6）空氣壓縮機。型號：HM550；名稱：無油壓縮機主機；功率：300 W；最大壓力：0.8 MPa；最大排氣量：116 L/min；安裝尺寸：22.3×8.89 cm；外觀尺寸：25×12×21 cm；重量：9 kg。

（7）火焰探測儀、報警燈及高能發(fā)生器。報警燈：AC 220 V，30 W。火焰紅外探測儀工作電壓：DC 24 V（允許范圍：DC 18～30 V）。工作電流：監(jiān)視≤25 mA，報警≤35 mA（繼電器型）。視角范圍：120°。靈敏度等級：1～5 級可調(diào)。探測距離：≤60 m（UV&IR2/IR2/IR3）；≤45 m（UV）。繼電器型，火警繼電器，常開觸點輸出，2 A DC 30 V。故障繼電器，常閉觸點輸出，2 A DC 30 V。工作溫度：0～50 ℃；工作濕度：0～95%RH；儲存溫度：-40 ℃～85 ℃防爆等級：EXdⅡCT6（防爆型）防護等級：IP66。重量：3 kg。殼體材料：鋁合金，表面烤漆防護處理。高能發(fā)生器：電源電壓：220 V±10% 50/60 Hz；適應燃料：輕油、重油、燃氣；點火頻率6～12 次/s；火花能量：12 J。

（8）燃燒噴射器。噴嘴：柴油；G1/8，氣壓0.3 MPa，油壓0.2 MPa，流量20 L/min。點火桿：點火桿發(fā)火端耐高溫1300 ℃，材質(zhì)2520；點火棒使用壽命20 萬次，點火桿直徑常用Ф12、Ф14、Ф16、Ф18 四種規(guī)格，點火桿的長度（80 mm～16 m 可定制）。霧化油槍：耐高溫油管及電纜：高溫油管Ф8，合金撓性管，純鎳防火耐溫500 ℃耐火高溫電線玻纖編織云母繞包0.75/1.2/1.5/2/6 白色6 m2，長度40 m。

（9）點火移動機構。采用高溫同步電機將點火桿旋轉0～900°內(nèi)任意角度，通過設置將點火桿移至放噴管線口，大火點燃后將點火桿移至低溫區(qū)，保證裝置的安全。有效行程4000～7000 mm，負載能力1～25 kg，定位精度±0.1 mm（行程1 m 以內(nèi)的精度），最高速度3000 mm/s（加減速時間0.2 s）。因翻轉件存在壽命和可靠性問題，建議采用旋轉平移機構。

（10）其他構件及附件：控制箱、撬裝構件、普通電纜管線、安裝附件等，不銹鋼材質(zhì)。

6 點火控制原理

（1）自動：按動點火按鈕（或遙控器點火）→啟動燃油泵同時啟動空壓機→點火槍噴嘴霧化噴油→電子點火自動打火→引燃霧化柴油→移動機構自動前移至放噴管口→點燃放噴火焰→點火槍火焰自動降壓保持明火→移動機構自動返回明火待命→放噴火焰熄滅→火焰檢測信息反饋→移動機構自動旋轉前移→空壓機自動啟動增壓→點火噴嘴自動噴油點燃放噴火焰。

（2）手動：啟動燃油泵→啟動空壓機→按動點火按鈕→點火槍霧化柴油點燃明火→按動移動機構前移→點燃放噴管口火焰→停止空壓機→按動后移按鈕→點火槍返回保持長明火待命。

7 現(xiàn)場布置圖（圖2）

圖2 現(xiàn)場布置

8 結束語

該裝置點火槍采用柴油霧化燃燒明火，直觀可靠?？稍O計防風護罩，抗風耐寒防雨，柴油在低壓油泵工作時可保持長時間低壓燃燒。點火槍避免了長期置于防噴器火焰高溫腐蝕中，槍內(nèi)噴嘴、油氣管線、點火電極的使用壽命顯著提高。該裝置的點火槍移動機構實現(xiàn)遠程自動控制，保證點火槍準確運動到點火位置。