柴油機供油罐優化結構設計

張杰　曹巍巍　郝麗軍

摘要：野外鉆井作業現場離不開柴油機為鉆井作業提供動力和照明，為了保證柴油機不會因為供油不足造成熄火停機，供油罐的選擇至關重要。井場中常見的供油罐按照供油方式分類主要有3種：常規油罐結構簡單耗電多;高架油罐耗電少拆裝工作量大;恒壓油罐自動化程度高，易拆裝，節能省電。按照結構形式可分為單層油罐和雙層油罐。本文就以上幾種供油罐的優化結構設計進行闡述。

關鍵詞：柴油機;常規油罐;高架油罐;恒壓油罐;雙層油罐

0? 引言

石油鉆井行業中各種型號的鉆機，不論是相對先進的電動鉆機還是比較陳舊的機械鉆機，均需要電來驅動。若鉆井隊距離生活區較近可以與當地協商使用網電，若較遠就需要使用柴油機發電，給井隊的生活區和生產區提供照明和動力，每個鉆井隊都配有主發電機組和輔助發電機組。以40電動鉆機為例2臺鉆井泵同時使用正常鉆井作業時功率約為2500千瓦，生產周期大約為15天，使用柴油機發電方便快捷，受制約因素少。每個供油罐都由罐體和泵組組成，罐體形成輪廓用于柴油的儲存，罐體按照結構外形結構分為圓柱型和方形兩種最為常見;泵組由電控、油泵、管匯、濾油器、流量計及閥門組成，各種形式的油罐其泵組的組成和功能大致相同。根據井場的用油量選擇油罐的儲存容積和數量。以下就井場中常用的幾種供油罐按照供油方式進行分析。

1? 常規油罐

常規油罐是井場中最常見的油罐，柴油機的供油和回油都在一個油倉。該油罐的優點是結構簡單、操作方便、維護成本低，最關鍵的一點是要不間歇的運轉給柴油機供油，給本來極度缺電的井場造成電力浪費，同時也減少了油泵的使用壽命，增加鉆井隊的成本。運輸尺寸決定罐體的高度要求，依靠柴油機的自吸功能只能使用吸入罐內20%的柴油，剩余的柴油必須使用泵供。該油罐油泵的選擇至關重要，鉆井初期一臺油泵的流量要能同時滿足兩臺或者三臺柴油機的用油量;鉆井中后期一臺油泵只需要滿足一臺柴油機的用量即可，但是油泵的流量是額定的就造成供大于求的現象，需要分流一部分回到罐內反復循環，這樣也造成能源的浪費。所以該油罐在鉆井現場不太受歡迎。常規油罐結構見圖1。

2? 高架油罐

高架油罐是井場中使用率最高的油罐，高架油罐由底罐和高架小罐組成，運輸時將高架罐折疊或升降到底罐的橇座上，到達井場后立起高架罐。不論是圓形或方形，高架罐的容積一般在5方左右，高度為5-6米，保證柴油機的日常用油。

該罐的電控箱需要增加自動控制，高架小罐上安裝有防爆液位自動控制開關。高架罐內的油液面到達設定的低位時，開關傳遞信號給電控箱內的油泵開關，油泵啟動將底罐內的柴油補充到高架罐上;液位升到設定的高位時，開關傳遞信號關閉油泵。管線連接高架罐與柴油機，依靠高架罐與柴油機高壓油泵的高度差將高架罐內的油輸給柴油機，滿足柴油機的日常用油。

該油罐的優點是高架罐設置液位控制開關后可以實現油泵間歇性的供油工作，節省電力成本，減輕工人勞動強度。其缺點是拆卸和安裝過程中必須使用吊車將高架罐吊起，2-3人配合安裝高架罐的固定桿，且不能一次安裝到位，需要幾次調整，存在安全隱患，易出現意外[1]。曾經就有升降式高架柴油罐因為固定桿的連接銷軸未安裝到位造成高架罐滑落傷亡人員事故發生。所以使用高架油罐必須人與吊車配合好，安裝完畢后仔細檢查連接部位是否安裝牢固，避免造成事故發生。高架油罐結構見圖2。

3? 恒壓油罐

結合以上兩種油罐的不足，恒壓油罐應運而生。恒壓油罐依靠變頻控制電控箱來控制油泵實現恒壓供油，泵組內增加小容量緩沖罐容積為50L，可應對油泵直接輸出對柴油機產生的水錘效應沖擊，緩解系統壓力波動，確保系統的穩定供油。

變頻控制電控箱內部安裝有變頻器、智能控制表及必備電氣元件，緩沖罐上安裝有壓力表和壓力傳感器。其工作原理是油泵吸入儲油倉的柴油經緩沖罐供給柴油機，緩沖罐根據柴油機的耗油量設定工作壓力，低于工作壓力時壓力傳感器傳遞信號給電控箱內的智能控制表，智能控制表反饋給變頻器命令，變頻器根據柴油機的耗油量控制油泵電機轉速進而控制油泵的輸油量，達到恒定壓力給柴油機供油，當柴油機耗油量減少緩沖罐達到設定工作壓力時傳遞信號關閉油泵。緩沖罐內的工作壓力根據柴油機的耗油量，調整供油排量。泵組內安裝兩臺油泵一用一備（即有一臺出現故障另一臺及時代替其工作），兩臺泵均設自動控制，緩沖罐給兩臺油泵中的切換運行留出足夠時間，實現給柴油機不間歇供油。緩沖罐底部有排水口，其另一個作用是可以定期將柴油中摻雜的少量水在罐內沉淀后排出，恒壓油罐泵組內部結構圖見圖3。

電控箱密封不嚴受潮引起電路短路，燒毀電器元件的情況時有發生，該變頻控制箱內安裝有自動烘干電控系統，原理為凝露傳感器傳遞信號給溫濕度控制器，進而通過自啟動器啟停加熱器，達到電控箱內恒溫恒濕度的目的。

4? 雙層油罐

國內的鉆井現場多使用單層罐體進行柴油儲存，而在中東一些產油大國鉆井作業多在沙漠地區，同時環保部門的嚴厲監管不允許有柴油滲漏落地情況發生，所以要求油罐在制作時采取防漏措施。雖然油罐在出廠時都經過試驗測試滲漏，但是難免有焊接過程中出現氣孔、咬邊等焊接缺陷發生，柴油的密度較水輕，長時間灌裝柴油后會出現滲漏情況，此時亦不能焊接修補，所以采取防漏措施是非常必要的。常見的防漏措施有兩種：增加圍堰和雙層結構，雙層結構有：雙層方罐、圓套圓、方套圓三種常見形式。

增加圍堰結構多見方形油罐，圍堰高度約為200mm在罐體四周，留一排放口定期進行統一收集，該結構漏油儲存量少只適用于少量微滲漏情況發生。

雙層方罐顧名思義是在方形油罐制作過程中焊接雙層墻板實現防滲漏的目的。制作工序簡單，制作成本低，但是存在死角多，污油泥較多。

圓套圓和方套圓是在圓形油罐的外層又增加一層圓形罐或者方形罐，進行全包圍或者半包圍覆蓋，防止柴油的滲漏，低位留有排污口進行清理。此種油罐的防滲漏效果較好，制作難度大，故制作成本高。

5? 結語

以上幾種油罐的結構可根據鉆井現場柴油機的實際需求進行選擇，都可以制作成方形和圓柱形。方形供油罐制作簡單、制作成本低、容積大，存在死角多。圓形油罐受運輸尺寸限定，儲存容積小、制作成本高、流動性好，無死角。

隨著鉆井現場的不斷減員智能自動化、人性化的供油罐越來越受到鉆井工人的青睞。為了防止冬季罐內的柴油低溫結蠟，造成柴油機供油不足熄火停機現象發生。采取在輸油管線上包裹電伴熱帶，罐內部增加蒸汽盤管，泵室內安裝電加熱器等措施。

參考文獻：

[1]李克寧.新型鉆井柴油機供油裝置設計與應用 石油礦場機械，2010，39（2）：90.

[2]丁技峰，王增全，劉江偉，于寶金.高強化柴油機性能優化耦合計算研究[J].內燃機與配件，2019（22）：19-22.

[3]韓鳳禹.柴油機噴油泵供油提前角的檢查與調整[J/OL].農機使用與維修，2019（12）：76.