立式水冷一體化車載鍋爐及應用

高中林 邢世鈺 呂興軍 何文新

（大慶油田有限責任公司第九采油廠 黑龍江大慶）

一、問題的提出

車載鍋爐是應用于油田井下作業(yè)中的一種特種設備，鍋爐固定安裝在與汽車大梁相連的金屬構架上，因其可移動性強，結構緊湊、體積小、使用方便，在油田生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。車載鍋爐可以提供高溫、高壓水及蒸汽，用于油田清除油水井管桿、管線結蠟，加熱原油；對井口裝置及其他需要的場合提供解凍、清洗用蒸汽，可用于冬季對設備、井口、管線和其他設施的解凍和提供清洗熱水。

大慶油田采油九廠作業(yè)大隊有6臺車載鍋爐，其中5臺為蘭州通化生產(chǎn)的ZQS1.0-6.0/280-YC型直流蒸汽鍋爐，在使用中發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1.鍋爐結構復雜，操作空間小

鍋爐由柴油機、離合器、減速器、風機、爐體、燃燒器、盤管及水箱等部件組成。各部件分開布置在鍋爐工作艙內(nèi)，部件體積大而多，管線連接繁亂，造成鍋爐艙內(nèi)空間狹小，操作維護不便。

2.鍋爐自動化程度低，操作費時費力

鍋爐運行由柴油機提供動力，從啟動到釋放出蒸汽需10個操作步驟（圖1），整個過程一般需要15～20 min，費時費力。

圖1 ZQS1.0-6.0/280-YC型直流蒸汽鍋爐啟動操作流程

3.鍋爐散熱損失大，傳熱效率低

鍋爐運行過程中主要熱量損失：一是鍋爐水在爐體盤管內(nèi)的運行距離短（一個回程），燃燒器產(chǎn)生的煙氣不能充分將水加熱，大部分熱量被煙氣帶走，從而使排煙溫度高達270℃ ；二是整個爐體暴露在空氣中（爐壁溫度達到40℃），爐體高溫與室外低溫空氣形成熱傳遞，造成熱量損失。由此造成鍋爐的熱效率只有75%～80%。

4.出口蒸汽壓力、溫度參數(shù)需優(yōu)化

在井下作業(yè)現(xiàn)場應用中發(fā)現(xiàn)，當鍋爐出口蒸汽壓力＞1.0 MPa或溫度＞150℃以上時，蒸汽管線會出現(xiàn)強烈抖動的現(xiàn)象，操作者很難握住蒸汽管線進行清洗操作，因此出口蒸汽管線壓力需控制在1.0 MPa以下。ZQS1.0-6.0/280-YC型直流蒸汽鍋爐設計最高出口蒸汽壓力6.0 MPa及出口溫度280℃，原車設計參數(shù)偏大，并不是生產(chǎn)中最優(yōu)參數(shù)。

二、立式水冷一體化車載鍋爐

針對ZQS1.0-6.0/280-YC型直流蒸汽鍋爐存在的上述問題，對該鍋爐進行改進，與專業(yè)制造廠家研究設計出一種新型LSS0.2-1.0/160-Y（Q）立式水冷一體化車載鍋爐（LS——立式，S——水冷，額定供熱量0.2 MW，出口蒸汽額定壓力1.0 MPa，出口蒸汽溫度160℃），實現(xiàn)鍋爐部件結構一體化、燃燒系統(tǒng)一體化及控制系統(tǒng)一體化。

部件結構一體化是將爐體置于水箱之中，對鍋爐艙內(nèi)的設備部件進行整合，從而達到增大操作空間，操作維護方便的目的。燃燒系統(tǒng)一體化是將燃燒器、風機、油泵、點火裝置等鍋爐燃燒運行裝置及功能集成于一體，從而使鍋爐的燃燒系統(tǒng)高效安全運行。

控制系統(tǒng)一體化是將鍋爐點火、吹風、啟動水泵及運行綜合控制，從而實現(xiàn)鍋爐的簡便、快速啟動操作。

上述改進充分利舊，是在廠作業(yè)大隊原有蘭州通用機器有限公司生產(chǎn)的ZQS1.0-6.0/280-YC型鍋爐車基礎上進行，利用了原車北方奔馳2629型底盤。

LSS0.2-1.0/160-Y（Q）型立式水冷一體化車載鍋爐與傳統(tǒng)的鍋爐相比，在空間結構、熱效應、耐用性及環(huán)保節(jié)能等方面都具有顯著優(yōu)勢。

1.一體化結構布置緊湊，增大操作空間

將爐體置于水箱之中的一體化創(chuàng)新設計，解決其他老式鍋爐艙內(nèi)空間狹小，管線連接雜亂、爐體需加設隔熱層等弊端。

充分利用鍋爐的排煙余熱，對水箱進行保溫，提高鍋爐熱效率，同時水箱又能隔絕爐體內(nèi)的熱量向外散失，避免了操作者被爐壁燙傷。

2.一體化燃燒系統(tǒng)，提高鍋爐熱效率

將燃燒系統(tǒng)部件置于爐體頂部，燃燒器、風機、油泵、點火裝置集成于一體，不僅使鍋爐快速點火啟動，而且實現(xiàn)煙氣在爐體內(nèi)的五回程走向，提高了鍋爐的熱效率，可達到92.05%，較之前提高了12.05%。

3.一體化控制系統(tǒng)，啟動快速操作簡便

鍋爐啟動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)鍋爐的點火、吹風、啟動水泵，操作人員只需按動2個按鈕，2 min即可完成鍋爐的啟動運行操作。另外，鍋爐上裝有壓力及溫度傳感器，當鍋爐壓力或溫度超過設定值時，系統(tǒng)會自動關閉燃燒系統(tǒng)和水泵，當壓力或溫度降低后，系統(tǒng)又會重新啟動燃燒系統(tǒng)和水泵。

三、應用效果

LSS0.2-1.0/160-Y（Q）型立式水冷一體化車載鍋爐解決了老式鍋爐爐膛易壞、漏風、高耗能問題，鍋爐的散熱損失明顯降低，黑龍江省特種設備檢驗研究院鍋爐能效測試表明，鍋爐的各項運行指標均得到有效改善（表1）。

LSS0.2-1.0/160-Y（Q）型立式水冷一體化車載鍋爐在廠作業(yè)大隊應用70口井，結果表明，提高了工作效率，工作時間由原來的單井7～8 h減少到4～5 h，改進前鍋爐車每天可作業(yè)1口井，改進后每天可作業(yè)2口井。

表1 改進前后鍋爐運行參數(shù)對比

四、結論

LSS0.2-1.0/160-Y（Q）型立式水冷一體化車載鍋爐空間布置合理，電機傳動替代柴油發(fā)動機，減少離合器、傳動箱等部件；燃燒系統(tǒng)集成自動化程度高，故障頻次少，操作簡便。

LSS0.2-1.0/160-Y（Q）型立式水冷一體化車載鍋爐實際應用證明，在同等工作條件下，鍋爐燃燒系統(tǒng)熱效能得到了更充分的利用，節(jié)省燃料效果顯著，工作效率更高。