防喷器控制装置液压油强制过滤系统设计.pdf

2 0 1 1年 第 4 O 卷 第 4 期第 5 O页 石油矿场机械 OI L F I ELD EQUI P M E NT 文 章 编 号 1 0 01 3 48 2 2 01 1 0 4 一 O 05 0 0 4 防喷器控 制装置液压油强制过滤系统设计 孟少辉 ， 李 英 ， 张立刚 ， 何伟 红 ， 陈慧慧 ， 郭 晨 北 京 石 油 机 械 厂 ， 北 京 】 0 0 0 8 3 摘 要 地 面防喷 器控制 装置 因液 压油 污染严 重而造 成 液压 系统故 障 问题 。分析 了液压 油污 染 的主 要原 因， 介 绍 了常规控 制装 置采取 的 污染防控措 施 及 滤油 器 的选 用 。借 鉴 液压 油 过 滤 系统在 其他 机械 设备 的应 用 ， 在 常规 控制 装置 中设计 了液压 油 强制过 滤 系统 ， 介 绍 了其 组成及 工作 原理 。该过 滤 系统可提 高液压 油过 滤精度 ， 降低控 制 装置 的故 障率 ， 满足 油田使 用要 求。 关 键词 防喷 器 ； 控制 装 置 ； 液压 油 ； 滤油 器 ； 设计 中图分类 号 TE9 3 1 ． 1 O 3 文 献标识 码 A De s i g n o f Co nt r o l S y s t e m f o r S u r f a c e M o u nt e d BOP S t a c k s wi t h Fi l t e r S y s t e m MENG S h a o h u i ， LI Yi n g。 Z HANG Li g a n g， HE W e i h o n g， CHEN Hu i h u i ， GUO Ch e n B e i j i n g Pe t r o l e u 17 7 Ma c h i n e r y Fa c t o r y， Be i j i n g 1 0 0 8 3， C 矗 i n a Ab s t r a c t Fo r s ol v i n g t h e pr o b l e m of t he hy dr a u l i c s ys t e m f a ul t f o r r e a s ons o f s e r i o us hy d r a ul i c o i l p ol l u t i o n o f c o nt r ol s y s t e m f o r s ur f a c e mou nt e d BOP s t a c ks us e d i n o i l f i e l d， t he ma i n c a u s e wa s a n a l y z e d， a nd t h e c o nt r ol s a nd t h e s e l e c t o f o i l f i l t e r wa s i n t r od uc e d ．Ac c or d i n g t o t he a p pl i c a t i o n of f i l t e r s y s t e m i n ot he r m e c h a ni c a l e q u i pme n t ， t he c o nt r o l s y s t e m wi t h f i l t e r s ys t e m i s d e s i g ne d， a nd t h e n t h e c omp on e n t s a nd o pe r a t i o n a r e pr e s e n t e d ．Th e c on t r o l s y s t e m i nc r e a s e s pr e c i s i on o f t he o i l ’ S f i l t e r ， l owe r s f a i l ur e r a t e a nd me e t s t he o p e r a t i ng d e ma nd of o i l f i e l d ． Ke y wo r ds BOP； c o nt r o l de v i c e； h yd r a u l i c l i q ui d； f i l t e r； d e s i g n 地 面防喷 器控制 装置 以下 简称控 制装 置 行 业 标准 S Y／ T 5 0 5 3 ． 2 ～ 2 O O 7 规 定 ， 在 注 入液 压 油之 前 ， 液 压油箱 应 清 除所 有 的焊 渣 、 铁 屑 、 砂 子 以及 其 他污 物 。每 个油箱 应提 供清洗 口或 清洗 窗 以便 于打 扫清 洗 。在 包装之 前 ， 必 须 排 净远 程 控 制 台油 箱 及 管路 中的试验 用压 力液 ， 清洗各 处滤 网 。 但在对 国内各油 田控制装置 的产品凋研 中发 现 ， 控制 装 置 中 的 主 要 液 压 元 件一一 溢 流 阀 、 调 压 阀、 三位 四通转 阀极易 漏油 ， 高压 卸荷 阀易坏 。对这 些元 件进行 拆检后 经 常发现 里面有 铁屑 、 生料 带 、 泥 沙等 污物 ， 同时 ， 控 制 装 置 使用 的液 压 油较 浑 浊 ， 经 常出现 乳化 现象 ， 油 箱 底 部也 有 大 量 的沉 积 物 。常 规 控制装 置 在泵 吸油 口及 调压 阀 人 口有 过 滤 器 ， 精 度较 低 ， 过 滤 网精 度 是 6 O目。对 于 目前 的 安 装 位 置 ， 如 果精 度太 高 ， 清洗 不 及 时会 造成 憋 泵 ， 甚 至会 危 及 电机安 全 。本 文在 常规 控制装 置 中设计 强制过 滤 系统 ， 使过 滤精度 达 到 2 0 m， 可在 不影 响设 备原 来 功能 和使用 安全 性 的前 提下 ， 更 加 有 效 地 控 制液 压 系统 的污染 ， 提高 工作 可靠 性 ， 延 长使 用寿命 。 1 液压油污染的主要原因 液 压 油 在 多次循 环使 用 和在 油 箱存 储 期 间 ， 油 液 中的污染 物主 要 有 固体 颗 粒 、 水 、 空 气 、 有 害 化学 物质 、 微 生物 等 。 1 ． 1 外 界侵 入的 污染物 1 液压装 置组 装 时残 留下来 的污染 物 。主要 收 稿 日期 2 0 1 0 1 0 - 2 8 作者简介 孟少辉 1 9 7 6 一 ， 女 ， 河南灵宝人 ， 工程师 ， 硕士 ， 2 0 0 5 年毕业 于西南石油 大学 ， 现从事石 油机械装 备 的研 发与设 计工作。 ． 第 4 o 卷第 4 期 孟 少辉 ， 等 防喷器控制装置 液压油强制过滤系统设计 指 液压 元 件 、 管 线 和 油 箱 在制 造 、 储 存 、 运输 、 安 装 、 维修 等 过 程 中带入 的沙 粒 、 铁 屑 、 磨 料 、 焊 渣 、 铁 锈 、 油垢 、 棉 纱 和灰尘 等 。 2 从液 压 系统 周 围环境 中混 入 的污 染物 。主 要有 空气 、 水 滴 、 尘 埃 等 。这些 污染 物 在液 压 系统工 作过 程 中 ， 通 过 系统 中可 能产 生 的缝 隙侵 入 ， 例 如外 露 的往 复 运 动 的活 塞 杆 、 油 箱 的进 出 油 口、 胶 管 接 头 、 空气 滤清 器等 。 1 ． 2 系统工 作产 生 的污染 物 1 液压 系统 工作 时 ， 液 压油要 循 环流 动 ， 相 当 于对 液压 油进 行搅 拌 ， 加 剧搅 拌 会 使 液压 油 氧 化 而 引起性 质 的变 化 ， 生成 沉淀 物 和胶质 。 2 液压 油含 有 一 定 昔 的水 分 ， 在 工 作 过 程 中 会 使金 属腐 蚀形 成 水锈 。 3 系统 工作 中因液体 流 动对金 属 表 面的 物理 化学作 用 而产 生 的金属 粉末 。 4 液压元 件 在 工 作 过 程 中运 动 ， 零 件 之 间互 相 摩擦 生成 金 属磨 耗物 及密 封件 的磨 耗 物 和碎 片 。 5 油箱 内壁 上 的底 漆 老化 而脱 落的碎 漆 片 。 6 液 压油 中混入 的其 他油 品。 2 常规控 制装置污染 防控 措施 液 压 油在 工 作 过 程 中不 断地 产 生 污 染 物 ， 要 彻 底 防止 污染 是很 困难 的。为 了延 长液 压元 件 的使 用 寿命 ， 保 证 液压 系统 的正 常 工作 ， 应将 液 压油 的 污染 控 制在 一定 的范 围 内 。 2 ． 1 主 要 防控措 施 1 控 制液 压油 的工 作 温度 注 人 的液压 油 量 应在 规定 的 油箱 液 位 内 ， 使 系 统 中的 油 液 有 足 够 的 循环 冷却 条件 。 2 元件 和 系统 在生 产过 程 巾进 行清 洁无论 安装 还是 维修 ， 所 有零 件必 须认 真 清 理 、 清 洗 、 吹 干 ， 所有 工具 和 环境 场 地 都要 保 持 清 洁 ， 关 闭 门 窗 防 尘 进 入 ， 不 能立 即装 配 的零件 油 口要 作 临时 密封 保护 。 定 期 清洗 油箱 ， 采 用 外 过 滤装 置 对 油 液进 行 定 期 净 化处理 。 3 防止 污染 物混 入 液压 系统油 箱合 理 密封 并 装设 有 高效 能 的空气 滤 清器 ， 防止 尘 土 、 水 分 的进 入 ； 注 入新 油必 须 经过 1 2 0目以上 的过 滤器 ； 管路 接 头等连 接处 密 封严 密 ； 活 动 件 如 液 压 缸 活 塞 杆 端 装 有 防尘 密封装 置 。 4 过 滤和 净化 液压 油 液 压 油必 须 经过 严 格 的过 滤 以防止 固体 杂 质 损 害 系 统 ， 这 是 控 制 液 压 油 污染 的重 要手 段 。 5 定 期 检查 和更 换 液 压 油 每 年 1 ～ 2次定 期 取样 检查 液 压油 品质 ， 分 析其 清 洁度 ， 如果不 符合 要 求 ， 必须 立 即更换 。 2 ． 2辅助 控 制措施 1 适 当增 大 吸 油 管 直 径 ， 减 小 泵 人 口到 吸人 腔 的压 力损 失 。 2 在 中高 压 管 路 中安装 抗 震 、 耐 冲击 性 好 的 管 夹 ， 经常 紧 固松动 的螺 栓 。 3 在 管线 高处 及 油箱 顶部 加装排 气 管 。 2 ． 3滤 油 器 的选用 2 ． 3 ． 1 选 用 原 则 1 吸 油管路 滤 油器 过 滤 精 度 不 宜 太 高 ， 否 则 液阻 大 ， 易堵塞 ； 过 滤 精度 亦 不 宜 太 低 ， 否 则 液 压 油不 易清 洁 ， 造成 液压 元件 损坏 。 2 管路 滤油 器 应 有 足 够 大 的通 流 能力 ， 否 则 造成 液压 油严 重 发 热 。如果 通 油 能 力 ， 即公 称 流 量 比泵流 量 小 ， 泵 将产 生严 重 噪声 ， 严重 时会 造成 液 压油 管爆 裂 。 2 ． 3 ． 2选 用 滤 油 器 吸油 管路 用滤 油 器通 常选 用过 滤精 度 1 O 0／ , m， 通流 能力 即公称 流 量 大 于 液 压 泵 流 量 的 2倍 ； 减 压 阀 、 气手 动 调压 阀 和 气 泵 的进 油 管 路 选 用 的 过滤 精度 通常 为 8 0 ～1 0 0 p ． m 1 5 O目 ； 电 泵选 用 的 过滤 精度 通 常为 4 0 ～6 0目。 3新 型 控 制 装 置 新 型 控制 装置 由远 程控 制 台 、 司钻 控 制 台 、 辅助 控 制 台等 部件 组 成 。液 压 能 源 的 制 备 、 压 力油 的调 节与其 流 向 的控 制 等都 在远 程控 制 台上完 成l 6 ] 。 3 ． 1 远程 控 制台结 构 组成及 功 能 带 液压 油 过滤 的新 型控 制装 置远 程控 制 台主要 由蓄 能器组 、 气 泵 、 液压 油过 滤 系统 、 油 箱 、 电泵 等组 成 ， 如 图 1 。 l 2 3 4 5 1 蓄 能 器 组 ； 2 一 气 泵 ； 3 ～ 液 Jr I1 油 过 滤 系 统 4 ～ 油箱 ； 5 一 电 泵 图 1 带 液 压 油 过 滤 系 统 的远 程 控 制 台 5 2 石 油 矿场 机械 2 0 1 1年 4 月 1 蓄能器组 蓄能器组 用 于储 存 足量 的高压 液压 油 ， 为 井 口防 喷 器 和 液 动 阀 动 作 时 提 供 可 靠 油源 。 2 气泵 和 电泵 电泵和气 泵用 于提 高液压 油 的压力 ， 为蓄 能器 输入 并 补 充压 力 油 。电泵 在 控 制 装 置 中作 为主泵 使用 ； 气泵作 为辅 助泵 使用 。 3 液压油 过滤 系统液压 油过滤 系统是 一套 独立 的泵 系统 ， 能 够 实 现液 压 油 的 吸 、 回油 过 滤 ， 保 护油 液 的清 洁 ， 保证 液压 元件 及系统 的正 常运行 。 3 ． 2液压 油过滤 系统工 作原理 液 压油 过 滤 系 统包 括 过滤 精 度 2 0 m 的 回油 过 滤器 、 过 滤 精 度 1 0 0 m 的 吸 油过 滤 器 、 齿 轮 泵 、 电机等 。 3 ． 2 ． 1回油 过 滤 器 回油 过 滤器 用 于液 压 系统 回油精 过滤 ， 滤 除液 压 系统 中由于元件 磨 损 产 生 的金 属 颗粒 、 密封 件 磨 损 的橡胶 杂质 等污 染 物 ， 使 流 回油 箱 的油 液 保 持 清 洁 ， 如 图 2 。 1 ～ 发讯 器 ； 2 带 磁 性 滤 芯 的过 滤 器 ； 3 ～ 旁 通 阀 ； 4 一 油箱 图 2 回油过滤器工作原理 回油过 滤 器 有 永 久 磁铁 ， 可 滤 除 1 m 以上 铁 磁性 颗粒 。冷 油启 动时 ， 因系统 液温 过低 、 流量脉 动 等 因素 ， 造成 过 滤器 压 差 比 主机 大 而不 能 工 作 。在 滤芯被 污染 物堵塞 情 况 下 ， 滤盖 下 部 并 联 的旁 通 阀 会 自动 开启 ， 开启压 力差 0 ． 4 MP a ， 能保 护滤 芯及 系 统 正常工 作 。旁通 阀 同时 也有 单 向阀 的作 用 ] ， 在 更换 滤芯 时 ， 油箱 内的油液不 会流 出 。 带磁 性 滤芯 的过滤 器 有液 流 扩散 作 用 ， 能使 回 油平稳 地流 人油箱 内， 不 易产 生气泡 ， 减少 重新 进入 的空气 ， 减弱 已沉积 污染 物 的骚 动 ， 且 当旁 通 阀开启 时 ， 能起 粗过 滤的作 用 。当滤芯 逐步堵 塞后 ， 可在 目 测 表上观察 滤 芯堵塞 情况 ， 同时还 可连 接发讯 器 ， 发 讯值 0 ． 3 5 MP a ， 在 滤 芯底 部 设 置 溢流 管 及积 污盅 ， 更换 滤 芯时可 随 同一 起 带 出 ， 避免 了污染 物重 新 掉 入 油箱 。 滤芯 过滤材 质采 用玻璃 纤维 ， 具有 过滤精 度高 ， 通油 能力 大 的特 点l 8 ] 。在过 滤器上 设有 2个小 回油 孔 ， 可用作系统中少量油液 回入油箱过滤或向油箱 少 量加 油 。 3 ． 2 ． 2吸 油 过滤 器[ 。 _ 1 】 ] 吸 油过 滤 器安 装 在 油泵 吸 油 口处 ， 用 以保 护 油 泵及 其他 液压元 件 ， 以避 免吸入 杂质 ， 有效 控制液压 系统污染 。吸油过滤器包括过滤器、 旁通阀、 滤芯堵 塞发讯 器 等 ， 如 图 3。 4 1 一发讯器 ； 2 一过滤器 ； 3旁通阀 ； 4 一油箱 图 3 吸油过滤器工作原理 当滤芯 被污染 物堵 塞 到 出油 口真 空度 为 0 ． 0 1 8 MP a时 ， 发讯 器 发 出更 换 滤 芯 信 号 ， 若 不 及 时 更 换 滤芯， 在滤芯上部的油路旁通阀会 自动开启， 开启真 空度为 0 ． 0 2 MP a ， 以避免油泵出现吸空故障， 但此 时应 停机更 换或 清 洗 滤 芯 ， 以保 持 液 压 系统 的可 靠 性。更换和清洗滤芯时， 油箱 内的油液不会流出。 带液压油过滤的控制装置在运行时要注意观察 管 线 和接头处 有无 渗漏 ， 目测 表显示 滤 芯有无 堵塞 。 3 ． 3工 作原 理 带液 压油 过滤 系统控 制装 置是 在保 持常规 控制 装置 过滤设 施不 变 且 不影 响原 有 功 能 的情 况 下 ， 另 外设计 了一套过 滤精 度较 高 的液 压油 强制 过滤 系统 的新 型控制 装置 ， 如 图 4 。 3 ． 3 ． 1 强制过滤系统独立操作 油箱 加足 液压 油 。需要 过 滤 时 ， 先 打 开控 制 电 机 的防爆 开关 ， 液 压 油通 过 吸 油 过 滤器 、 齿 轮 泵 、 回 油过 滤器 进入 油箱 ， 然后 液压 油经 吸油过 滤器 、 齿轮 泵 、 回油过 滤器进 入 油 箱 ， 如 此 往 复独 立 循 环 ， 不 影 响控制 装置 的其 他操 作 。 第 4 O卷第 4期 孟少辉 ， 等 防喷器控 制装置液压油强制过 滤系统设计 5 3 4 液 压 油 强 ft i- 0 过 滤 系 统 3 ． 3 ． 2与 其 他 操 作 l司时进 行 油箱 1人 J 的 油 在强 制 过 滤 的 同 时 ， 如果 控 制 装 置 在 进行 其他 操作 ， 例 如通 过 电泵 或 气 泵 把 液 压 油 输 往 控制 装置 的各 个 液 压 管 汇 ， 液 压 管 汇 町通 过 卸 荷 阀等把 油排 回油 箱 ， 液 压 油 又在 油 箱 中强 制 过 滤 为 清 洁油 ， 清 洁油 通过 电泵 或 气 泵 再 循 环 输 送 到 各 个 液 压管 汇 。此 时 ， 控 制 装 置 的液 油 过 滤 可 同步 操 作 进行 循环 ， 清 洁液 压管 汇 中的 液压 油 。 3 ． 4现 场 应 用 截 至 目前 ， 带 液压 油 强 制 过 滤 系统 的控 制 装 置 已经批量 在 某油 田成 功应 用 3 a ， 应用 现 场如 图 5 。 5 液 压 油强 制 过 滤 系 统 用 脱 场 与 常规控 制装 置 相 比， 带 液 压 油 强 制 过 滤 系 统 的控 制装 置提 高 了液 压 油 的过 滤 精 度 ， 能使 液压 油 质量 参数 长期 保持 在 有 效 使 用 范 围 内 ， 延 长丫元 件 使用 寿命 ， 减 少故 障率 ， 使设 备 处 于相对 良好 的液压 环境 。缺点是 比常 规 控制 装 置 外 形 尺 寸 略 有增 大 ， 适 用 于对 控制 装置 外形 尺 寸无 特殊 要求 的油 田。 4 结 论 1 带液 压油 强制 过 滤系统 的控制装 置 能够 提 高液压 油 的清 洁度 。 2 由 液 压 系 统 污 染 造 成 的 故 障 频 次 明 显 减 少 。 3 强 制过 滤 系统 既能 保证 与控 制装 置其 他操 作 同 时 进 行 ， 又 可 以 独 立 操 作 油 过 滤 系 统 ， 使 用 方便 。 4 能 够提 高 元 件 工作 寿命 ， 从 而提 高 了控 制 装置 整 体性 能 。 5 制造 费 用 较低 ， 能 够 大 幅度 降低 现 场 维 修 费用 。 6 具有 良好 的推 广 应用前 景 。 参 考 文 献 [ 1 ] S Y ／ T 5 0 5 3 ． 2 2 【 U 7 ， 钻 井井 口控 制设 备 及分 流设 备 控制 系统规 范I S ] ． [ 2 ] 刘 天 顺 ， 邹 光 瑞 ． 浅 谈 液压 油 的 污 染 过 滤 [ J ] ． 山 西 机 械 ， 2 0 0 1， 4 1 2 3 2 3 3 ． [ 3 ]刘 圜吕． 液压油 的污 ．染控制与 防治 [ J ] ． 机械 制造 与研 究 ， 2 0 0 4， 3 3 5 3 7 3 8 ． [ d ] 脖新义． 液J土油 中污染物 的影 响及控制 [ J ] ． 西安航 空 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报 ， 2 0 1 o， 2 8 1 4 1 4 3 ． [ 5 ] 陈丽改 ， 刘 清友 ， 单代伟 ， 等． 防喷器控制 系统 故障树 的 建 与定 性 分 析 [ J ] ． 油 矿 场 机 械 ， 2 0 0 8 ， 3 7 1 0 6 4 6 7． [ 6 ] 刘 柯 ， 陈海 平 ， 赵旭 ， 等． P E管式 膜错 流过 滤性能 试验研 究[ J ] ． 石油机械 ， 2 0 0 8 ， 3 6 9 6 9 ． E 7 ] 北 京 油 机 械 厂． 地 面 防喷 器 控 制 装 置 培 训 教 材 [ z ] ． 2 0 0 8 ． [ 8 ] 刘忠怀 ， 黄爱 民， 刘 海厚 ．旋转防喷器油温智 能数 显控 制 系统 E J ] ． 石油矿场机械 ， 2 0 0 2 ， 3 1 3 4 9 5 0 ． [ 9 ] 成大先． 机械设计手册 第 4卷 [ K] ． 北 京 化学工 业出 版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 1 O ]机械设计手册联合 编写组． 机械设计 手册 中册 [ K] ． 2版 ． 北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， l 9 8 3 ． [ 1 1 ] 徐宏权 ． 新型地 面过 滤器装置的研制 与应用[ J ] ． 石油 矿 场 机 械 ， 2 O 1 0 ， 3 9 9 5 8 6 0 ． [ 1 2 ] 崔问光． 浅析空气干燥器存履 带式 通井机气路上 的应 用 [ J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 4 6 8 7 1 ． [ 1 3 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