ZYT系列天然气式油井清蜡车研制与应用.pdf

２ ０ １ ５年 第４ ４卷 第８期第９ ３页 石 油 矿 场 机 械 犗 犐 犔 犉 犐 犈 犔 犇 犈 犙 犝 犐 犘犕犈 犖 犜 ２ ０ １ ５，４ ４（８） ９ ３  ９ ５ 文章编号 １ ０ ０ １  ３ ４ ８ ２（２ ０ １ ５）０ ８  ０ ０ ９ ３  ０ ３ 犣 犢 犜系列天然气式油井清蜡车研制与应用 李 念， 秦宏生， 王 建， 吴彦峰， 李晓洛， 李世龙 （ 中原特种车辆有限公司， 河南 濮阳４ ５ ７ ０ ０ １） 摘要 国内现有的热洗井清蜡设备大多数是以柴油作为锅炉燃料， 作业成本高， 环境污染严重。研 制了以天然气为锅炉燃料的热洗井清蜡设备， 关键部件有车载特种天然气锅炉、 多级递降式燃气减 压处理系统及燃烧智能控制系统等， 采用了新技术， 并优化了结构。现场应用结果表明， 该设备性 能可靠， 节能环保， 完全可以满足油田热洗井作业需要。 关键词 清蜡设备； 天然气； 锅炉 中图分类号Ｔ Ｅ ９ ３ ５ 文献标识码 Ｂ 犱 狅 犻１ ０． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １  ３ ８ ４ ２． ２ ０ １ ５． ０ ８． ０ ２ ３ 犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋 犪 狀 犱犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犣 犢 犜犛 犲 狉 犻 犲 狊 狅 犳犖 犪 狋 狌 狉 犪 犾犌 犪 狊犗 犻 犾  狑 犲 犾 犾犠 犪 狓犚 犲 犿 狅 狏 犪 犾犞 犲 犺 犻 犮 犾 犲 Ｌ ＩＮ ｉ ａ ｎ，Ｑ Ｉ Ｎ Ｈ ｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ，ＷＡＮＧＪ ｉ ａ ｎ，ＷＵＹ ａ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ，Ｌ ＩＸ ｉ ａ ｏ ｌ ｕ ｏ，Ｌ ＩＳ ｈ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ （犣 犢 犜犘 犲 狋 狉 狅 犾 犲 狌 犿犈 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋犆 狅．，犔 狋 犱．，犘 狌 狔 犪 狀 犵４ ５ ７ ０ ０ １，犆 犺 犻 狀 犪） 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋Ｔ ｈ ｅｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇｏ ｉ ｌ  ｗ ｅ ｌ ｌｗ ａ ｘｒ ｅ ｍ ｏ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎｏ ｕ ｒ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｙｍ ｏ ｓ ｔ ｌ ｙｕ ｓ ｅ ｓｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｏ ｉ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ  ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅｂ ｏ 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料的传统清蜡设备的运行成本不断升高， 如何通过 技术创新实现节能降耗和降低油田生产维护成本已 成为油田企业面临的紧迫任务。另一方面， 随着国 家环境保护立法的实施和绿色低碳要求的不断提 高， 石油企业必须高度重视节能减排和新能源的开 发和应用。天然气式油井清蜡车所使用的锅炉燃料 包括压缩天然气Ｃ ＮＧ和液化天然气Ｌ ＮＧ， 中原特 种车辆有限公司在２ ０ ０ ９年研发了第１代压缩天然气 Ｃ Ｎ Ｇ油井清蜡车， 通过在青海和中原地区进行现场 试验， 性能稳定。在认真调研和总结经验的基础上， 通过对燃气减压处理装置、 天然气燃烧机、 车载特种 天然气锅炉及燃烧控制系统的优化分析， 又于２ ０ １ １ 年研发了液化天然气Ｌ Ｎ Ｇ清蜡设备， 样机在大港油 田进行现场试验， 效果良好。本项目已获得６项专利 （ 专利号Ｚ Ｌ２ ０ ０ ９ １ ０ ０ ６ ５ ７ ４ ５ ． ５；Ｚ Ｌ２ ０ ０ ９ ２ ０ ０ ９ ２ ３ ３ ６ ． Ｘ； Ｚ Ｌ２ ０ １ １ ２ ０ ５ ６ ４ ６ ６ ２． ３；Ｚ Ｌ２ ０ １ ２ ２ ０ ７ ４ ８ ０ １ ３． ３； Ｚ Ｌ２ ０ １ ２ ２ ０ ４ ８ ６ ７ １ ２． ５；Ｚ Ｌ２ ０ １ ３ ２ ０ １ ９ ９ ２ ５ ０． ３） 。 １ 系统组成 天然气式油井清蜡车采用二类底盘的车装式结 构［ １］， 由汽车底盘、 车载特种天然气锅炉［２］、 三缸柱  收稿日期２ ０ １ ５  ０ ３  ０ ６ 专利技术 国家发明专利（Ｚ Ｌ ２ ０ ０ ９ １ ０ ０ ６ ５ ７ ４ ５． ５） 作者简介 李 念（１ ９ ７ ８ ） ， 男， 山东曹县人， 工程师， 现从事石油机械产品设计与开发工作。 塞泵、 天然气燃烧机、 多级递降式燃气减压系统及燃 烧控制系统［ ３  ５］等部件组成（ 如图１） 。 １底盘；２侧取力系统；３车厢；４燃气储存系统； ５液压系统；６多级递降式燃气减压处理系统； ７三缸柱塞泵；８燃烧控制系统；９锅炉进水管路； １ ０供风系统；１ １燃烧机；１ ２车载特种锅炉； １ ３锅炉出水管路。 图１ 天然气式油井清蜡车组成 天然气式油井清蜡车应用了多种先进技术， 包 括燃气气化水浴伴热处理技术， 多级递降式燃气减 压处理技术， 比例式燃烧智能控制技术等， 申报并获 批了６项国家专利， 其中包括１项发明专利。 ２ 工作原理 天然气式油井清蜡车通过燃气减压处理系统将 天然气Ｃ ＮＧ／Ｌ ＮＧ压力降低至天然气燃烧机进气 压力允许值， 在车载特种锅炉炉膛内进行燃烧， 通过 比例式燃烧控制系统进行燃烧火焰出力功率控制， 从而实现锅炉出水水温恒定而入井， 达到洗井清蜡 作业要求。 ３ 关键技术 ３． １ 车载特种天然气锅炉 对锅炉盘管结构、 炉膛空间结构、 防爆结构及 保温技术等方面进行调研， 并进行锅炉的烟风阻 力、 水动力、 热力平衡及受压元件强度等方面的计 算， 满足天然气Ｃ ＮＧ／Ｌ Ｎ Ｇ在炉膛内燃烧的要求 （ 如图２） 。 图２ 锅炉结构 开发的新型车载特种天然气锅炉具有独特的盘 管结构、 炉膛空间结构及防爆结构， 可适用于液化天 然气Ｌ ＮＧ、 压缩天然气Ｃ ＮＧ进行安全稳定高效燃 烧， 适用范围广。该锅炉通过全比例控制技术和自 动调整风量与气量配比， 保证了锅炉的安全运行； 采 用多级递降式天然气减压技术， 使高压气体经处理 后进入燃烧机， 燃烧机采用２ ４Ｖ Ｄ Ｃ为主电源， 具有 预吹扫、 风压监测、 燃气压力监测、 自动点火及熄火 保护等功能， 达到了平稳运行的目的。 ３． ２ 多级递降式燃气减压处理系统 多级递降式燃气减压系统是将额定压 力２ ０ ＭＰ ａ的Ｃ ＮＧ或１． ５ ９ ＭＰ ａ的Ｌ ＮＧ经过系统减压 后， 形成额定压力为５～１ ０ｋ Ｐ ａ的可安全燃烧的气 态天然气。目前燃气减压阀专业厂家生产的燃气减 压阀尚无法满足直接降压要求， 需对２ ０ ＭＰ ａ的压 缩天然气Ｃ ＮＧ或１． ５ ９ ＭＰ ａ的液化天然气Ｌ ＮＧ （ 流程如图３） 进行多级递降减压处理。该系统设置 有高压紧急切断装置， 具有过滤、 紧急切断、 多级减 压、 安全发散及压力监测等功能。 ａ Ｃ ＮＧ减压系统 ｂ Ｌ ＮＧ减压系统 图３ 多级递降式燃气减压系统流程图 ４９ 石 油 矿 场 机 械 ２ ０ １ ５年８月  ３． ３ 天然气燃烧机 根据油井清蜡车的作业工艺参数， 并考虑天然 气燃烧的安全性， 采用底盘电源２ ４Ｖ Ｄ Ｃ为主要工 作电压， 设计能够使用Ｌ ＮＧ、Ｃ ＮＧ做燃料的全自动 燃气燃烧机。通过独特的燃气燃烧头和多空射流混 合装置， 合理组织燃料和空气的混合， 可实现稳定安 全高效燃烧。采用全自动控制程序， 集运行控制、 火 焰检测、 熄火保护、 燃气和空气压力保护为一体， 实 现全自动燃烧运行和全自动控制。天然气压力监测 及流量监测和锅炉燃烧三位一体的自动控制系统， 具有预吹扫、 风压监测、 燃气压力监测、 点火、 燃料供 给与切断、 大小火转换、 超温超压报警及熄火保护等 功能， 能有效保证设备安全运行及降低人工误操作 的几率， 使燃料合理利用效益最大化。燃烧机结构 如图４所示。 图４ 燃烧机结构 ３． ４ 燃烧控制系统 控制系统设置了燃气压力保护装置、 比例式燃 烧控制系统、 低温保护装置、 锅炉超温超压保护装 置、 熄火保护装置及操作柜紧急断电装置， 避免了因 突发情况造成的设备故障， 保证了操作人员和设备 的安全， 安全保护等级高。 ３． ５ 技术参数 天然气式油井清蜡车包括洗井清蜡车和清蜡 车， 技术参数分别见如表１～２。 表１ 天然气式油井清蜡车技术参数（ 洗井清蜡车） 热洗井额定工作压力／ＭＰ ａ ２ ０ 热洗井额定工作温度／℃ １ ６ ０ 热洗井额定工作温度下对应排量／ （ｍ ３ｈ－１） ３～５ 表２ 天然气式油井清蜡车技术参数（ 清蜡车） 额定工作压力／ＭＰ ａ ６ 额定工作温度／℃ ２ ０ ０ 额定工作排量／ （ｍ ３ｈ－１） １． ２ ６ ４ 现场应用 天然气式油井清蜡车完成样车设计、 组装、 工厂 试验后，Ｚ ＹＴ ５ ２ ４ ０ ＴＱ Ｌ ６型清蜡车（Ｃ ＮＧ） 于２ ０ ０ ９  ０ ６在青海油田花土沟地区砂西采油区１  ２  ３ ５、４  ５  ８ ５等２ ０口 井 进 行 了 现 场 试 验， 历 时 近４ ０ｄ， Ｚ ＹＴ ５ １ ８ ０ Ｔ Ｘ Ｌ ２ ０型洗井清蜡车（Ｌ ＮＧ） 于２ ０ １ １  ０ ５ 在大港油田采油五厂西５ ３  ３  ３、 ５ ９  ４等１ １口井进行 了现场试验， 历时近２ ０ｄ， ２次试验情况总结如下 １） 节能效果明显。现场试验表明， 在同等条 件下， 天然气式油井清蜡车相比柴油式油井清蜡车 节能４ ９％。 ２） 性能稳定。由于采用比例式燃烧等新技 术， 入井热洗温度恒定， 洗井效果突出， 深受用户 欢迎。 ３） 智能化程度高。控制系统集成化及智能化 程度高， 可多点控制整车运行， 实时监测锅炉、 天然 气及燃烧机运行状态， 确保人员及设备安全。 ４） 绿色环保。经测算， 车载特种锅炉使用天 然气可实现Ｓ Ｏ ２、ＮＯ Ｘ及Ｃ Ｏ等有毒有害气体零排 放， 降低了碳排放， 减少了环境污染， 更加适合城市 及居民区等特殊地域井场作业。 ４ 结论 １） 天然气式油井清蜡车运用了多级递降式燃 气减压技术、 天然气燃烧机及燃烧智能控制系统等 国内首创的新技术， 提供了一种新能源清蜡设备。 ２） 通过对影响设备使用的燃气减压系统、 天 然气燃烧机及燃烧智能控制系统等关键部件研发， 提高了产品的竞争力。 ３） 现场试验结果表明， 天然气式油井清蜡车 具有安全环保、 节能高效、 适应性强及操作方便等 优点。 参考文献 ［１］ 杨成， 任苏朝， 牛文录， 等． Ｌ Ｔ Ｊ ５ １ ０ ０ ＴＱ ６型蒸汽清蜡车 技术改造［Ｊ］．石油矿场机械， ２ ０ １ ３，４ ２（６） ６ ７  ６ ９． ［２］ 刘智勇， 丁亮， 马玉华， 等．天然气整体橇装加热炉的研 发与应用［Ｊ］．石油矿场机械， ２ ０ ０ ８，３ ７（６） ９ ９  １ ０ １． ［３］ 魏传峰， 刘玉梅， 周軦， 等．热油清蜡车车载锅炉双燃料燃 烧加热系统研究［ Ｊ］．石油矿场机械，２ ０ ０ ７，３ ６（２） ４ ８  ５ ２ ． ［４］ 李方运．天然气燃烧及应用技术［Ｍ］．北京 石油工业 出版社． ２ ０ ０ ２ ６ ４  ７ ５． ［５］ 李雷， 徐忠， 李栋．洗井清蜡车燃烧系统改造［Ｊ］．中国 设备工程， ２ ０ １ １（２） ４ ８  ４ ９． ５９ 第４ ４卷 第８期 李 念， 等Ｚ Ｙ Ｔ系列天然气式油井清蜡车研制与应用 