膜式干燥機技術在ZJ30C鉆機上的研究與應用

畢恩梓 于偉 石浩 羅超

摘要：ZJ30C鉆機氣路系統含水會導致設備元件老化腐蝕、冬季閥件發生凍堵結冰、堵塞氣路等問題，為此優選膜式干燥機技術，對ZJ30C鉆機氣路系統進行改造升級，即在原車氣路干燥系統中干燥器和儲氣罐之間增加1μm過濾器、0.01μm過濾器和膜式干燥機，可以確保設備安全，提高生產效率。

主題詞：鉆機? 氣路含水? 膜式干燥技術

前言

玉門油田作業公司側鉆隊使用的ZJ30C鉆機，由于設備常期在野外作業，打氣泵產生的壓縮空氣中含水量較大，而ZJ30C鉆機本身安裝的油、水氣過濾系統的能力有限，無法充分過濾壓縮空氣內的水分和油氣，不能滿足設備氣路系統及各閥件的充分干燥需求，特別是冬季，經常出現氣路及閥件堵塞或凍結卡死，設備不能正常運行，影響鉆井周期，造成安全生產隱患，為此有必要對ZJ30C鉆機氣路進行改造，有效控制氣路系統中的油氣和水氣，實現保護氣路及閥件的目的。

1.ZJ30C鉆機氣路系統組成

ZJ30C鉆機氣路系統主要由氣源裝置、控制元件、執行元件以及輔助元件等四部分組成。氣源裝置是獲得壓縮空氣的裝置，如空氣壓縮機、空氣凈化處理裝置、儲氣罐等;控制元件是用來控制壓縮空氣的壓力、流量和方向的閥件，主要由調壓閥、腳控油門閥、換擋閥和繼動閥等組成;執行元件主要由油門控制氣缸、變速箱換擋氣缸和剎車制動分泵等，其主要功能是將氣體的壓力能轉換為機械能;輔助元件包括管線、各種接頭以及維護裝置。

2.鉆機氣路系統含水的危害

空氣壓縮后的氣體水分密度增大，體積縮小，溫度升高，含有飽和水蒸汽的壓縮空氣經管道、儲氣筒和各氣路閥，受到散熱作用，就會凝結成水，含水的壓縮空氣會對設備的氣路系統造成損害，主要有兩方面，一是打氣泵長時間使用，在竄氣較大時排除的油污和含水壓縮空氣會對設備的氣路系統損害，金屬件、橡膠件老化腐蝕，氣路堵塞、漏氣，設備不能正常工作，特別是儲氣罐銹蝕后容易爆炸傷人;二是進入冬季后，氣路系統內的水結冰，形成冰針凍結閥件，堵塞氣路，導致設備不能正常運轉，另一方面容易導致車輛剎車失靈，影響安全行車。

3.膜式干燥機技術

3.1技術原理

膜式干燥器是一種新型的干燥裝置，利用壓縮空氣中各組分對膜滲透率的差別，實現壓縮空氣的氣水分離，其滲膜材料具有水分子滲透擴散功能，兩端存在濃度不同的氣體分壓，氣體分子能夠通過滲膜擴散，從而獲得干燥的壓縮空氣。

3.2技術特點

（1）高性能的中空纖維薄膜

纖維薄膜采用螺旋纏繞技術，實現體積最小化、效率最高化，可恒定地降低壓力露點，相對濕度保持不變。

（2）物理化干燥安全可靠

根據物理原理進行干燥，高分子滲膜材料具有水分子滲透擴散干燥，對溫度不敏感，防爆性能強，且有多種型號，適用壓縮空氣的流量范圍廣。

（3）安裝方式簡單方便

不需要接電源，節省電能，組件不需維修，體積小巧，適合移動設備和狹小空間，特定條件下可集成在已有的設備上。

4.氣路改造方案優化研究

4.1技術要求

（1）氣路系統性能

氣路系統性能要求有四方面，一是不影響ZJ30C鉆機原有干燥系統布局、結構和使用;二是膜式干燥機要求性能穩定、可靠性高;三是根據用氣要求對空氣出口露點進行調節，滿足不同工況需要;四是進氣流量要求：1m3/min;反吹流量比例：20%。

（2）使用環境

適應環境溫度：-29℃～+50℃;相對濕度：≤90%（+20℃時）;工作壓力：0.75MPa～0.85MPa;壓力露點要求：-30℃。

（3）安全環保要求

安全環保要求主要有三方面，一是產品符合施工現場HSE、防爆、防護等要求;二是安裝快速、便捷，不受設備空間位置限制;三是配件齊全，方便維護保養，通用性強，使用壽命長。

4.2方案內容

在不改變原設備氣路干燥系統的前提下，在ZJ30C鉆機原車氣路干燥系統中干燥器和儲氣罐之間增加1μm過濾器、0.01μm過濾器和膜式干燥機（圖1），改進升級為兩級凈化雙重過濾干燥系統，兩套干燥系統之間實現自由切換，夏季使用原設備的干燥系統，冬季在寒冷天氣條件下，使用原設備+兩級凈化雙重過濾干燥系統，以有效解決氣路系統閥件凍堵的情況。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1 改造后修井機氣源系統示意圖

4.3系統參數

改造后氣路系統包括空氣壓縮機、干燥器、空氣濾清器、自助排水器、防凍器等，具體參數如下：氣路系統壓力：0.85±0.05 MPa，主儲氣罐容積0.22方，空氣壓縮機型號BA922，形式為兩缸直列，強制水冷和潤滑，額定壓力0.85MPa，流量123PSI;干燥器型號AD-9/800514，采用吸附再生式，通徑3/8in;空氣濾清器型號IA-192，形式為旋風、濾芯式，流量25CFM;自助排水器型號IA-193，浮球式，通徑3/8 in;防凍器采用浸入式，通徑1/2 in。

5.結論

本文針對ZJ30C鉆機氣路系統含水產生危害問題，提出膜式干燥機技術，對技術原理和特點進行分析，優化氣路改造方案，即在ZJ30C鉆機原車氣路干燥系統中干燥器和儲氣罐之間增加1μm過濾器、0.01μm過濾器和膜式干燥機，可以確保設備安全，提高生產效率，實現穩步上產。

參考文獻：

[2]張飛，組合式空氣干燥機出口壓力露點過高的原因與處理[J].化學工程與裝備.2019（06）.

作者簡介：于偉，男，1982年11月出生于甘肅酒泉，漢族，技師，2004年畢業于北京民政部管理干部學院，現于中石油玉門油田分公司從事鉆修現場自動化、智能化工作。