基于安全保障性的不卸壓洗井車探析

陳可堅(jiān)， 陳文儀

(廈門大學(xué) 嘉庚學(xué)院,福建 廈門 363105)

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基于安全保障性的不卸壓洗井車探析

陳可堅(jiān)， 陳文儀

(廈門大學(xué) 嘉庚學(xué)院,福建 廈門 363105)

指出了對(duì)于石油設(shè)備，設(shè)計(jì)安全的重要性不言而喻，帶壓作業(yè)石油設(shè)備更甚。不卸壓洗井車能夠徹底解決管網(wǎng)洗井和常規(guī)洗井車洗井存有的問(wèn)題，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以及廣闊的市場(chǎng)前景[1]，闡述了其存在的問(wèn)題工藝流程的主要管道在洗井過(guò)程中始終處于高壓狀態(tài)，作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)高、危險(xiǎn)性大，為防止系統(tǒng)超壓管道爆裂，提出了管道超壓自動(dòng)熄火保護(hù)、管道超壓扭力限制保護(hù)等超壓防爆安全措施，以及管理安全和質(zhì)量安全方面的措施，以提高不卸壓洗井車的可靠性和安全性。

洗井車； 不卸壓洗井； 安全； 超壓保護(hù)

1　引言

洗井作業(yè)是指利用高壓水，清除注水井井筒、吸水層段的滲濾面及井底附近的污物，避免或減緩吸水層段滲濾面的污染、堵塞和腐蝕。通過(guò)洗井可能解除或緩解井底附近處已經(jīng)受到的水質(zhì)污染及堵塞，從而恢復(fù)地層吸水能力，保證正常注水。油田注水井正常洗井周期為半年，采用洗井車清洗注水井，具有許多優(yōu)點(diǎn)[2，3]，在全國(guó)油田中得到了廣泛應(yīng)用，并取得良好的效果。但是，用常規(guī)洗井車洗井還存在一些不足[4]，所以，江漢石油管理局第三機(jī)械廠潛江制造廠研制了不卸壓洗井車，克服了常規(guī)洗井車的不足,但由于是不卸壓情況下進(jìn)行洗井作業(yè)，三缸泵出口—井筒—降壓系統(tǒng)的管道，始終處于高壓狀態(tài)，作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)高、危險(xiǎn)性大，所以，在此重點(diǎn)研究防止系統(tǒng)超壓管道爆裂、流程危險(xiǎn)點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅影響洗井作業(yè)效果、水質(zhì)穩(wěn)定等方面的安全保障措施。

2　超壓防爆安全分析

高壓管道爆裂不僅影響洗井車正常洗井作業(yè)，而且可能造成車毀人亡的大事故。因此，為了避免出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了按正常管道計(jì)算設(shè)計(jì)、嚴(yán)格保證制造質(zhì)量外，還采取了四級(jí)安全防患措施，具體如下。

2.1泵卸壓溢流保護(hù)

在三缸高壓泵中設(shè)計(jì)了剪銷式安全閥，當(dāng)泵內(nèi)流體壓力超過(guò)規(guī)定的安全值時(shí)，安全銷便被剪斷，流體通過(guò)排除聯(lián)接管排出閥外，從而起到泄壓、保護(hù)人身設(shè)備的安全作用。

2.2管道超壓自動(dòng)停機(jī)保護(hù)

在泵高壓端出口的道管上安裝了壓力傳感器，一般采用壓阻式壓力傳感器，當(dāng)流體介質(zhì)流過(guò)傳感器時(shí)，隨著壓力變化，壓阻元件的阻值大小隨之變化，并通過(guò)傳感器內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化，然后送入控制系統(tǒng)的端口，由控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)大小與程序設(shè)定的出口壓力高限信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，一旦壓力超限，控制系統(tǒng)即根據(jù)預(yù)定程序向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出停止信號(hào)，以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)給出壓力報(bào)警信號(hào)，提示操作人員干預(yù)，以避免洗井車在壓力超限時(shí)引起事故，提高了設(shè)備安全性和可靠性，其系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.3管道超壓扭力限制保護(hù)

在分動(dòng)箱輸出端和三缸泵動(dòng)力輸入端之間設(shè)置了扭矩限制器，其內(nèi)置精密滾珠機(jī)構(gòu)，當(dāng)運(yùn)行扭矩超過(guò)設(shè)定允許扭矩值時(shí)，主被動(dòng)側(cè)之間迅速脫開，主動(dòng)端(分動(dòng)箱端)自由空轉(zhuǎn)，被動(dòng)端(泵輸入端)在阻力作用下立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而限制管道壓力在允許范圍內(nèi)，有效保護(hù)管道不超壓，并且反應(yīng)時(shí)間極短，安全可靠，脫開扭矩可調(diào)，過(guò)載瞬間可輸出24 V直流電信號(hào)用于報(bào)警。主要技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)速范圍0～3000 r/min，扭矩范圍0～6000 N·m，設(shè)定脫開扭矩3300 N·m，人工復(fù)位時(shí)需對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記線，扭矩限制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4人工急停按鈕保護(hù)

在控制臺(tái)安裝發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī)按扭，直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)，假設(shè)前述三種安全防護(hù)措施都失效情況下，可以通過(guò)人工按鈕緊急停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3　管理安全研究

3.1流程仿真顯示

控制系統(tǒng)采用PLC觸摸屏，作業(yè)工藝流程[5](圖3)集中監(jiān)控，各參數(shù)集中顯示，在觸摸屏上顯示流程各個(gè)節(jié)點(diǎn)工作情況，在控制臺(tái)的屏幕上可以顯示整個(gè)流程的工作狀態(tài)，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減小安全隱患。在高壓危險(xiǎn)區(qū)不方便人工檢查的各高壓點(diǎn)采用攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，作業(yè)人員只要在控制系統(tǒng)就可以查看高壓管道是否有泄漏現(xiàn)象發(fā)生，避免操作人員到高壓危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行檢查作業(yè)。

3.2高壓區(qū)操作遠(yuǎn)程控制

以前洗井車工藝流程中的控制閥門都是手動(dòng)閥門，當(dāng)需要流程切換等操作時(shí)，都是人工開啟或關(guān)閉相關(guān)閥門，開關(guān)高壓區(qū)的閥門存在很大的危險(xiǎn)性。在筆者的不卸壓洗井車設(shè)計(jì)中，工藝流程(圖3)中的主要控制閥門采用自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制和手動(dòng)結(jié)合的形式，在流程切換中所涉及的高壓力蝶閥都可以在控制臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，當(dāng)需要進(jìn)行工藝流程切換或變更使用跨越式流程時(shí)，就需要開啟和關(guān)閉流程中的部分閥門，這時(shí)可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作開關(guān)這些閥門，使操作者遠(yuǎn)離高壓危險(xiǎn)區(qū)，確保人員操作作業(yè)安全。

圖3不卸壓洗井車工藝流程

3.3油料監(jiān)控遠(yuǎn)傳

車輛的油耗由控制系統(tǒng)監(jiān)管，并可隨時(shí)向洗井作業(yè)管理單位傳送相應(yīng)數(shù)據(jù)，方便監(jiān)控和管理。控制系統(tǒng)安全方面的功能見(jiàn)圖4。

4　質(zhì)量安全研究

4.1雙高壓過(guò)濾器

注水井返上來(lái)的流體介質(zhì)，在進(jìn)入降壓系統(tǒng)前，必須先經(jīng)過(guò)高壓過(guò)濾器，目的是濾去大顆粒的固體介質(zhì)，避免固體顆粒對(duì)降壓系統(tǒng)的影響。如果只有一個(gè)高壓過(guò)濾器，當(dāng)它堵塞時(shí)，不得不停機(jī)處理，影響洗井作業(yè)。采用兩個(gè)高壓過(guò)濾器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，不僅增加了過(guò)流面積，降低了流速，從而延長(zhǎng)高壓過(guò)濾器的壽命，而且當(dāng)其中一個(gè)高壓過(guò)濾器堵塞時(shí)，可以關(guān)閉其前后端的閥門進(jìn)行解堵，還可以保留一個(gè)高壓過(guò)濾器繼續(xù)工作，這樣不會(huì)中斷洗井作業(yè)，保證了洗井效果。

4.2跨越式水處理流程

以前洗井車的水處理流程是在整個(gè)洗井作業(yè)過(guò)程中，流體始終都要經(jīng)過(guò)所有的處理設(shè)備(降壓系統(tǒng)—旋流除砂器—旋流除油器—斜管除油器—核桃殼過(guò)濾器—精細(xì)過(guò)濾器—水箱),實(shí)踐表明，當(dāng)洗井作業(yè)后期水質(zhì)比較干凈時(shí)，流程中的前端設(shè)備(如斜管除油器)會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染；為此，設(shè)計(jì)了跨越式流程，當(dāng)作業(yè)后期水質(zhì)比較干凈時(shí)，從井筒返上來(lái)的流體經(jīng)過(guò)降壓后，可以跨過(guò)旋流除砂器、旋流除油器、斜管除油器其中某一個(gè)或全部，直接進(jìn)入核桃殼過(guò)濾器等的流程后段部分，避免前端設(shè)備對(duì)水質(zhì)造成二次污染，確保了洗井質(zhì)量。

5　結(jié)論

至2013年年底，生產(chǎn)不卸壓洗井車5臺(tái)，總銷售收入1200多萬(wàn)元，分別在江漢油田、大慶油田、江蘇油田等使用表明了水處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，并且提高了設(shè)備和人員的安全性。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是在流程管道中設(shè)計(jì)了泵卸壓溢流保護(hù)和管道超壓自動(dòng)停機(jī)保護(hù)，以防止產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了人工急按鈕，在傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝了機(jī)械式扭矩限制器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械式超壓保護(hù)，通過(guò)這4道安全措施，確保在洗井過(guò)程中，洗井流程道管不會(huì)超過(guò)壓，提高了不卸壓洗井車的安全性和可靠性。采用流程仿真顯示、高壓區(qū)操作遠(yuǎn)程控制、油料監(jiān)控遠(yuǎn)傳等措施后，提高了操作人員的安全性，提高了管理安全性。采用雙高壓過(guò)濾器，降低了該設(shè)備的流速，延長(zhǎng)了壽命，提高了連續(xù)洗井作業(yè)的可靠性。采用跨越式水處理流程，避免了流程自身對(duì)水質(zhì)造成二次污染，確保了洗井質(zhì)量。

[1]王柏青.JHX5281TJC型不卸壓洗井車研究及應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，(11):313～314.

[2]顧曉，竇守進(jìn)，文先哲，等.清潔油田注水井[ J].石油與裝備, 2009, 25 (4):55～56.

[3]張艷偉，宋艷春，劉中偉.DQG5200TJC注水井自循環(huán)洗井車的研制[J]. 石油機(jī)械，2011，39(10) : 100～102.

[4]陳可堅(jiān)，吳兆敏，李文權(quán)，等. JHX5280TJC 型洗井車的研制[J]. 石油機(jī)械，2009，37 ( 8) : 67～69.

[5]陳可堅(jiān)，周光元.兩車裝不卸壓洗井車研制[J]. 石油機(jī)械，2015，43( 2) : 97～100.

2016-06-21

陳可堅(jiān)(1962—)，男，教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程的教學(xué)工作。

P634.3

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1674-9944(2016)16-0275-03