LNG鍋爐車的研制及應(yīng)用

（大慶石油管理局松原機械總廠，吉林 松原 138000）

LNG鍋爐車的研制及應(yīng)用

張鵬

（大慶石油管理局松原機械總廠，吉林 松原 138000）

以LNG為燃料的鍋爐車與傳統(tǒng)燃油和CNG鍋爐車相比有諸多優(yōu)點，其具有良好的安全性和經(jīng)濟性。采用LNG為燃料，簡化了柴油箱的設(shè)備結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部件有車載特種燃氣鍋爐、多級遞降式LNG減壓處理系統(tǒng)及燃燒智能控制系統(tǒng)等，采用了新技術(shù)，并優(yōu)化了結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場試驗表明，該鍋爐車結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、操作方便、性能優(yōu)越，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

LNG；鍋爐車；燃氣供給系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

隨著國家環(huán)境保護法的實施和綠色低碳要求的不斷提高，石油企業(yè)必須高度重視節(jié)能減排和新能源的開發(fā)及應(yīng)用。采用LNG作為汽車發(fā)動機的原料，發(fā)動機僅需做適當?shù)淖儎樱\行不僅安全可靠，而且噪聲低、污染小，特別是在排放標準法規(guī)嚴格的今天，以LNG作為燃料的汽車，排放明顯改善。

LNG鍋爐車使用的鍋爐燃料是液化天然氣LNG，在認真調(diào)研和總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對燃氣減壓處理裝置、天然氣燃燒機、車載特種天然氣鍋爐及燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析,我廠在2014年研制了JY5180TGL6型液態(tài)天然氣鍋爐車，在大慶油田得到廣泛使用。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)簡述

圖1 JY5180TGL6型鍋爐車結(jié)構(gòu)示意圖

JY5180TGL6型鍋爐車即清臘車，采用LNG底盤車，如圖1所示。附架通過連接座安裝到底盤車上，車廂通過螺栓固定在附架上。附架前部裝有燃氣發(fā)電機組，燃氣發(fā)電機組為燃燒機和操控裝置供電，底盤車上的液態(tài)天然氣為其提供能源；中部裝有管匯、陶瓷柱塞泵、天然氣燃燒機和鍋爐，其中天然氣燃燒機的燃料也來自底盤車上LNG儲液罐中的液態(tài)天然氣；后部裝有水箱。

1.2 工作原理

水箱中的水經(jīng)陶瓷柱塞泵加壓后，進入鍋爐中，燃氣裝置啟動點火，將鍋爐盤管中的水加熱成高壓蒸汽水。工作原理見圖2。

圖2 LNG鍋爐車工作原理圖

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

額定壓力：6MPa

額定溫度：200℃

額定排量：3000L/h

正常尺寸：9.45×2.5×3.7m

整車質(zhì)量：18噸

1.4 結(jié)構(gòu)特點

（1）底盤車選用重汽公司生產(chǎn)的豪濼，ZZ1257M4647D1L / 6×4 LNG底盤，發(fā)動機型號/功率：T10.27-40 / 196kW

（2）蒸汽鍋爐采用臥式直流鍋爐，其最大熱功率為1000kW，蒸汽最高溫度和壓力分別為280℃和6MPa。介質(zhì)最大排量為1250L/h。爐體端部設(shè)計有中心爆破式防爆系統(tǒng)，爆破極限為0.02±0.005MPa，可有效避免因誤操作而導(dǎo)致鍋爐爆膛的危險事故發(fā)生。

（3）燃氣發(fā)電機組為燃燒機、柱塞泵電機和操控裝置提供電能。

燃燒機加熱鍋爐盤管中的介質(zhì)，采用TBG65P（意大利進口百德燃氣燃燒系統(tǒng)）。

因此，本設(shè)備的車上部分不需要柴油箱。減輕了設(shè)備質(zhì)量。

（4）操控裝置采用我廠最新研發(fā)的人機交互系統(tǒng)。控制系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式，根據(jù)溫度值可進行燃燒機大、小火自動轉(zhuǎn)化控制，并能自動開啟、停止燃燒器。控制系統(tǒng)還具有超壓、超溫報警功能，并可及時停止供氣。壓力值和溫度值也可通過控制柜自行設(shè)定后自動控制，確保設(shè)備安全運行。

（5）泵注系統(tǒng)采用電磁調(diào)速電機直接驅(qū)動陶瓷柱塞泵輸送工作介質(zhì)。與傳統(tǒng)的機械傳動相比，它傳動路線簡單、功率損耗少，維修方便，主車發(fā)生故障時，不影響現(xiàn)場作業(yè)的需要。驅(qū)動電機配置電磁調(diào)速器，實現(xiàn)了水泵供水量0～1260L/h的隨意調(diào)節(jié)。

由于發(fā)電機組和燃氣燃燒機的燃料來自底盤車的液態(tài)天然氣，所以車上部分不需設(shè)置燃料箱。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 燃氣鍋爐

開發(fā)的新型鍋爐具有獨特的盤管結(jié)構(gòu)、爐膛空間結(jié)構(gòu)及防爆結(jié)構(gòu)。該鍋爐主要由爐體、盤管和防爆吹灰裝置組成。

爐體主要由前蓋、爐殼、后蓋、保溫層等組成，前后蓋均是端面有輻板，爐殼為金屬殼的筒形金屬結(jié)構(gòu)件，筒形內(nèi)側(cè)填墊有50mm的硅酸鋁板，用以隔熱；外側(cè)填砌耐火水泥。前蓋開有燃燒器安裝孔，使燃燒器噴嘴頭伸入爐膛內(nèi)。后蓋開有爐蓋堵塊孔；中間裝有錐形堵塊，以利于維修。爐筒為鋼板圓筒，周圍用螺栓與前后蓋相聯(lián)，形成爐腔。其外圓周填充有100mm厚的巖棉，形成保溫層，具有良好的保溫隔熱效果。盤管分為外盤管、平盤管和內(nèi)盤管，水汽流向是由外盤管進，經(jīng)過平盤管，從內(nèi)盤管出。平盤管為多層平面螺旋盤，內(nèi)、外盤管為圓柱螺旋筒，其螺旋起點分別與平盤管兩端焊連。另一起點從后蓋與筒體相貼平面中間的護板孔伸出，端頭有進出口接頭。

2.2 燃氣減壓處理系統(tǒng)

液態(tài)天然氣需轉(zhuǎn)變?yōu)槟馨踩紵臍鈶B(tài)天然氣，才能供燃氣發(fā)電機組和燃氣燃燒機使用。

1.59MPa的液態(tài)天然氣從底盤車中的氣瓶出來，經(jīng)過換熱器升溫轉(zhuǎn)化成氣態(tài)天然氣，然后過濾，進入減壓閥，控制天然氣的壓力，形成5～10kPa的可安全燃燒的氣態(tài)天然氣，流程見圖3。

圖3 LNG減壓處理系統(tǒng)

2.3 操控裝置

操控裝置采用電路集成模塊，包括緊急漏電保護器、壓力變送器、溫度傳感器、水箱液位變送器、電磁電機調(diào)速器、PLC程序控制器、液晶觸摸屏、發(fā)電機組啟動系統(tǒng)及儀器儀表開關(guān)按鈕等。系統(tǒng)設(shè)有自動及手動兩大操作模式，能自動實現(xiàn)鍋爐的吹掃、點火、火焰監(jiān)測、燃料供給與切斷、大小火焰轉(zhuǎn)換以及水量、蒸汽壓力與溫度的監(jiān)控等操作。操控裝置流程如圖4所示。

圖4 全自動控制系統(tǒng)流程圖

該操控裝置已獲得國家專利，專利號為ZL201620473331.1。

3 應(yīng)用效果

LNG鍋爐車完成樣車設(shè)計、組裝、工廠試驗后，JY5140TGL6型鍋爐車于2015年9月在大慶油田薩南實業(yè)公司進行了6口井的清蠟作業(yè)，試驗情況總結(jié)如下。

（1）節(jié)能效果明顯。現(xiàn)場試驗表面，在同等條件下，LNG鍋爐車相比柴油鍋爐車節(jié)能49%。

（2）性能穩(wěn)定，由于鍋爐采用特殊盤管結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生蒸汽效率高，深受用戶歡迎。

（3）智能化程度高。控制系統(tǒng)集成化及智能化程度高，可多點控制整車運行，實時檢測鍋爐、天然氣及燃燒機運行狀態(tài)，確保人員及設(shè)備安全。

（4）綠色環(huán)保。經(jīng)測算，車載特種鍋爐使用天然氣可實現(xiàn)SO2/NOx 及CO等有害氣體零排放，降低了碳排放，減少了環(huán)境污染，更加適合城市及居民區(qū)等特殊地域井場作業(yè)。

4 結(jié)語

LNG式鍋爐車運用了LNG燃料，燃燒機及鍋爐燃燒控制系統(tǒng)等國內(nèi)先進技術(shù)。該設(shè)備布局合理，達到用戶使用要求，解決了設(shè)備使用成本和運輸成本高、排放污染嚴重的問題，節(jié)約能源。經(jīng)實踐證明，是一項較好的經(jīng)濟、高效的產(chǎn)品，受到大慶用戶的歡迎。

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