摘 要：鉆屑螺旋輸送機(jī)使用過程中頻頻出現(xiàn)木材、塑料、藥品包裝袋卷入輸送機(jī)絞籠的現(xiàn)象，造成設(shè)備損毀、電機(jī)燒壞;近幾年國內(nèi)外鉆井市場(chǎng)還出現(xiàn)了多起鉆屑螺旋輸送機(jī)致人傷亡事故。鑒于此，結(jié)合該設(shè)備在鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)了一套鉆屑螺旋輸送機(jī)安全化改造的實(shí)施方案：通過對(duì)電氣控制線路進(jìn)行優(yōu)化改造，并對(duì)絞籠加裝蓋板、裝設(shè)限位開關(guān)、加置聲光報(bào)警器、配備急停按鈕等一系列措施，達(dá)到設(shè)備安全可靠運(yùn)行的目的。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用測(cè)試，改造后的鉆屑螺旋輸送機(jī)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益良好，具有一定的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：鉆屑;螺旋輸送機(jī);安全改造;聲光報(bào)警

中圖分類號(hào)：TE924? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）13-0035-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.010

0??? 引言

在鉆井行業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)施工活動(dòng)中，隨著鉆進(jìn)過程的不斷進(jìn)行，鉆屑源源不斷地自井下被帶出地面，經(jīng)振動(dòng)篩分離出來后，使用水流將鉆屑經(jīng)專用管道或水槽沖刷至大循環(huán)池。然而在極度缺水的中東沙漠地區(qū)，水資源的匱乏促使鉆井公司只能采用鉆屑螺旋輸送機(jī)來進(jìn)行鉆屑的移運(yùn)、輸送;國內(nèi)鉆井市場(chǎng)隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，也在不斷推廣使用泥漿不落地系統(tǒng)。鉆屑螺旋輸送機(jī)因節(jié)水、環(huán)保、使用方便等諸多優(yōu)勢(shì)得以不斷推廣普及，取得了良好的使用效果。在使用過程中，如何確保鉆屑螺旋輸送機(jī)的使用可靠性和延長(zhǎng)裝置的使用壽命是一個(gè)重要課題。此外，隨著大面積的推廣使用，鉆屑螺旋輸送機(jī)造成了多起人身傷亡事故，暴露出許多安全問題和隱患。

因此，需要根據(jù)近幾年鉆屑螺旋輸送機(jī)的實(shí)際使用情況，結(jié)合鉆井行業(yè)的作業(yè)環(huán)境，了解現(xiàn)場(chǎng)工人的作業(yè)內(nèi)容和工作習(xí)慣，總結(jié)、分析各項(xiàng)因素，對(duì)裝置進(jìn)行必要的軟、硬件升級(jí)改造，以確保設(shè)備的本質(zhì)安全，避免設(shè)備損壞、人身傷害事故的發(fā)生。

1??? 現(xiàn)場(chǎng)存在問題分析及安全改造基本思路

對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)鉆屑螺旋輸送機(jī)工作環(huán)境、實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的設(shè)備故障和人員傷亡事故進(jìn)行考察和分析發(fā)現(xiàn)，主要問題出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)的木材、塑料、泥漿藥品包裝袋等雜物進(jìn)入絞籠內(nèi)，造成負(fù)荷增加、燒壞電機(jī)，同時(shí)因雜物難以取出，造成生產(chǎn)活動(dòng)停滯;（2）裝置較長(zhǎng)時(shí)間停用、絞籠內(nèi)鉆屑未及時(shí)清理等原因，造成裝置啟動(dòng)時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn);（3）因鉆井工藝、工況等原因，造成鉆屑返出量增加，絞籠內(nèi)鉆屑過多，電機(jī)負(fù)荷超出額定承受能力;（4）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在清洗、檢維修設(shè)備或靠近設(shè)備時(shí)，衣物、身體部位、手工具絞入，由此引發(fā)人身傷害事故;（5）設(shè)備維修時(shí)人員配合不當(dāng)，造成人身傷害事故;（6）設(shè)備的電源開關(guān)與設(shè)備有一定距離，發(fā)現(xiàn)緊急情況，處置時(shí)間上會(huì)有一定延遲，造成問題惡化;（7）設(shè)備因跳閘等原因而故障停機(jī)，缺乏停機(jī)報(bào)警功能，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，造成環(huán)境污染。

經(jīng)過對(duì)上述因素的逐一分析，查閱相關(guān)材料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和輸送機(jī)絞籠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制訂出以下安全改造思路：（1）鉆屑螺旋輸送機(jī)的絞籠頂部配備頂蓋，起到隔離密封效果，以免現(xiàn)場(chǎng)雜物的進(jìn)入以及人員衣物或手工具的絞入[1];（2）絞籠頂蓋做成半活動(dòng)式，方便清潔和檢維修作業(yè)，同時(shí)設(shè)計(jì)開蓋自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能;（3）分別在絞籠處和循環(huán)罐面的顯眼位置設(shè)置急停按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的設(shè)備快速停機(jī);（4）在絞籠處配備聲光報(bào)警裝置，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)前聲光預(yù)警，然后電機(jī)延遲一段時(shí)間再啟動(dòng);（5）通過合理設(shè)計(jì)電路和布線，實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)報(bào)警功能。

2??? 安全改造方案的具體技術(shù)實(shí)施

2.1??? 硬件設(shè)施的改造和配備

（1）在鉆屑螺旋輸送機(jī)的絞籠槽體頂部加裝由鋼質(zhì)隔柵做成的蓋板，蓋板寬度尺寸與絞籠槽體大致相同，蓋板可根據(jù)絞籠的長(zhǎng)度平均分割成0.8～1.0 cm相等長(zhǎng)度的小塊。加裝隔柵蓋板的目的是防止雜物進(jìn)入絞籠，同時(shí)也可以通過隔柵看清楚絞籠內(nèi)部的工作情況。

（2）每塊蓋板的相同一側(cè)通過合頁與絞籠的槽體連接，以方便打開蓋板進(jìn)行檢維修。蓋板的另一側(cè)，也就是可活動(dòng)的一側(cè)的上面同一方向焊接長(zhǎng)10 cm、寬5 cm、厚0.5 cm的鐵板。該鐵板焊接時(shí)，保持鐵板的右邊一半焊接固定于右側(cè)隔柵蓋板上，左邊一半伸出，覆蓋在左側(cè)隔柵蓋板上。焊接此鐵板的目的是，實(shí)現(xiàn)各個(gè)蓋板的聯(lián)鎖，要想打開任何一個(gè)蓋板，都必須打開最右側(cè)的蓋板才可以，以便于在最右側(cè)蓋板設(shè)置鎖定裝置，實(shí)現(xiàn)落鎖功能，同時(shí)方便設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，實(shí)現(xiàn)開蓋停機(jī)保護(hù)功能。

（3）在絞籠蓋板最右側(cè)下方，安裝一個(gè)限位開關(guān)，調(diào)整好限位開關(guān)的安裝位置，確保打開和關(guān)閉蓋板可以觸發(fā)限位開關(guān)的觸頭狀態(tài)發(fā)生改變，以識(shí)別蓋板的開、關(guān)狀態(tài)。

（4）在絞籠右側(cè)顯眼位置焊接一個(gè)高度1.5 m左右的立柱，立柱頂部安裝一個(gè)聲光報(bào)警裝置。該裝置應(yīng)確保聲音分貝數(shù)滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，發(fā)光顏色最好為橙色，以滿足現(xiàn)場(chǎng)多水霧環(huán)境需要。

（5）在絞籠右側(cè)配備一個(gè)小配電盒，配電盒上配有一個(gè)緊急停止按鈕，以便就近及時(shí)關(guān)停鉆屑螺旋輸送機(jī)。同時(shí)，該配電盒的配備也便于限位開關(guān)和聲光報(bào)警裝置的布線。

（6）在循環(huán)罐面的合適位置配置一個(gè)小配電盒，配電盒上配有一個(gè)緊急停止按鈕，以便罐面上的工作人員可以就近及時(shí)關(guān)停鉆屑螺旋輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制裝置的停止，起到緊急救援的作用。

2.2??? 鉆屑螺旋輸送機(jī)安全化改造后的控制流程及電氣控制線路設(shè)計(jì)

（1）鉆屑螺旋輸送機(jī)安全化改造后的控制流程如圖1所示。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員合上電源后，聲光報(bào)警器即時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境內(nèi)的相關(guān)人員鉆屑螺旋輸送機(jī)已經(jīng)開始啟動(dòng)，請(qǐng)立即停止相關(guān)作業(yè)，提高警惕、不要靠近。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的兩處急停按鈕均已釋放，絞籠蓋板已蓋好且限位開關(guān)已動(dòng)作，此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，時(shí)間繼電器得電，開始按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)（建議10 s）。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，聲光報(bào)警器關(guān)閉，同時(shí)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，絞籠內(nèi)鉆屑被正常輸送，整套裝置正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急情況需要緊急停機(jī)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中蓋板被違章打開，電機(jī)負(fù)荷過大超出額定能力，現(xiàn)場(chǎng)工況需要設(shè)備正常停機(jī)、停止按鈕按下等幾種情況時(shí)，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)立即停機(jī)，同時(shí)聲光報(bào)警裝置發(fā)出聲光信號(hào)。聲光信號(hào)的發(fā)出可以讓現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)掌握鉆屑螺旋輸送機(jī)的工作狀態(tài)，結(jié)合實(shí)際情況執(zhí)行人員緊急救援、違章作業(yè)制止與糾正、設(shè)備故障造成非正常停機(jī)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)對(duì)等相關(guān)狀態(tài)下的處置措施。

（2）鉆屑螺旋輸送機(jī)安全化改造后的電氣控制原理圖如圖2所示。該線路由主電路和控制電路兩部分組成，其中主電路由電源開關(guān)QF、熔斷器FU1、交流接觸器的3個(gè)主觸點(diǎn)、熱繼電器FR、主電機(jī)和聲光報(bào)警器組成，控制電路部分由熔斷器FU2、啟停按鈕開關(guān)、時(shí)間繼電器開關(guān)、急停按鈕、限位開關(guān)和接觸器KM線圈組成。

裝置的啟動(dòng)過程：如圖2所示，三相斷路器QF為整套裝置的總電源，當(dāng)合上斷路器QF接通電源后，由于聲光報(bào)警器用交流接觸器的常閉觸點(diǎn)接通，報(bào)警器在合上總電源后會(huì)立即發(fā)出聲光警示信號(hào)，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員注意，鉆屑螺旋輸送機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，主電機(jī)即將開始運(yùn)轉(zhuǎn);但此時(shí)由于接觸器未動(dòng)作，接觸器KM的3個(gè)主觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，電源無法給電動(dòng)機(jī)供電，此時(shí)電動(dòng)機(jī)實(shí)際不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)緊急停止按鈕處于釋放狀態(tài)，絞籠蓋板已蓋好，限位開關(guān)觸電閉合時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)裝置，B、C兩相電壓依次通過熱繼電器常閉觸點(diǎn)、兩個(gè)急停按鈕、蓋板限位開關(guān)以及熔斷器FU2、停止按鈕常閉觸點(diǎn)加載到時(shí)間繼電器的兩端。由于啟動(dòng)按鈕處并聯(lián)了時(shí)間繼電器KT的常開觸點(diǎn)，形成運(yùn)行自鎖回路，此時(shí)即使松開啟動(dòng)按鈕，時(shí)間繼電器KT仍然有電壓加載，并開始按照預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)（建議10 s），當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)過程結(jié)束，時(shí)間繼電器的延遲閉合觸點(diǎn)就會(huì)閉合。此時(shí)B、C兩相電壓加載到交流接觸器KM線圈的兩端，有電流通過KM線圈，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引觸頭動(dòng)作并保持吸合狀態(tài)。交流接觸器常閉觸點(diǎn)斷開，聲光報(bào)警器回路斷開，停止發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);同時(shí)接觸器的3個(gè)主觸點(diǎn)閉合，三相交流電A、B、C通過FU1、KM主觸點(diǎn)和熱繼電器觸點(diǎn)給電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。由于控制回路的自鎖功能，KM主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)會(huì)保持持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

裝置的停止過程：如圖2所示，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)因工況需要進(jìn)行停機(jī)時(shí)，按下停止按鈕開關(guān)，控制回路被切斷，B、C兩相的電壓無法加載到接觸器線圈上，線圈不再產(chǎn)生吸力，無法吸合觸頭，3個(gè)主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn);同時(shí)，由于接觸器常閉觸點(diǎn)重新閉合，聲光報(bào)警器回路重新導(dǎo)通，將發(fā)出聲光警示信號(hào)。同理，當(dāng)兩個(gè)急停按鈕的任何一個(gè)在緊急情況下被人為按下或者絞籠蓋板被人為違章打開、限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)，與人為操作主動(dòng)停機(jī)原理相同，一旦接觸器觸頭松開，均可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)停機(jī)、聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員在確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)無異常情況后，斷開主斷路器QF，整個(gè)輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)入正常關(guān)機(jī)狀態(tài)。

該電路還同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下保護(hù)功能：一是電動(dòng)機(jī)過流、過載保護(hù)功能。由于主電路中配備了熔斷器和熱繼電器，根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定功率合理設(shè)置保護(hù)參數(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)停機(jī)。二是欠電壓保護(hù)。當(dāng)電源的相間電壓偏低時(shí)（一般在低于額定電壓的85%時(shí)），接觸器線圈吸合力下降。當(dāng)吸合力小于彈簧彈力時(shí)，接觸器觸頭松開，主、輔觸點(diǎn)均會(huì)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)停機(jī)。三是失壓保護(hù)。當(dāng)電源電壓突然消失時(shí)，設(shè)備被動(dòng)停止;同時(shí)保證控制電路能夠在電壓消失瞬間切斷電動(dòng)機(jī)的供電途徑。當(dāng)電源恢復(fù)重新供電時(shí)，由于控制電路各觸點(diǎn)恢復(fù)初始狀態(tài)，線路不會(huì)自動(dòng)為電動(dòng)機(jī)供電，因此電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)自行啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)功能[2]。以上三種保護(hù)功能，除了可保證電動(dòng)機(jī)停機(jī)，也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，警示現(xiàn)場(chǎng)工作人員在第一時(shí)間結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析處理，做出妥善的處置。

3??? 現(xiàn)場(chǎng)使用效果及展望

在科威特鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)，按照此方案進(jìn)行安全化改造后，經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，鉆屑螺旋輸送機(jī)再也沒有造成一例人身傷害事故，安全性能得到大幅提升，獲得了甲方KOC公司監(jiān)督的高度肯定和贊賞。使用過程中，未出現(xiàn)雜物卷入現(xiàn)象，設(shè)備的可靠性得以提高，使用壽命大大延長(zhǎng)。啟動(dòng)時(shí)聲光預(yù)警、電機(jī)延時(shí)啟動(dòng)、故障停機(jī)聲光報(bào)警功能的設(shè)計(jì)，讓設(shè)備的本質(zhì)安全化水平得到較大提升，有效避免了非正常停機(jī)導(dǎo)致的環(huán)境污染事件。該方案具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、安全環(huán)保效益，擁有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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[2] 蔡杏山.電氣工程師學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020.

收稿日期：2022-04-18

作者簡(jiǎn)介：張鵬濤（1986—），男，山東棗莊人，工程師，研究方向：石油鉆井機(jī)械及電氣自動(dòng)化。