雙發(fā)動機用水基滅火星裝置的研制和應(yīng)用

武大偉 尹 娜 呂 強 李廷哲 張傳爽

（1.南陽二機石油裝備（集團）有限公司，河南 南陽 473065；2.中石化河南石油工程公司鉆井公司，河南 南陽 473065）

雙發(fā)動機用水基滅火星裝置的研制和應(yīng)用

武大偉1尹 娜1呂 強1李廷哲1張傳爽2

（1.南陽二機石油裝備（集團）有限公司，河南 南陽 473065；2.中石化河南石油工程公司鉆井公司，河南 南陽 473065）

通過對車裝鉆修機現(xiàn)有的兩種滅火星裝置進行分析，總結(jié)出性能不足原因，在不更改發(fā)動機護罩外形尺寸的前提下，設(shè)計了一種水基滅火星裝置，該裝置不僅能將火星熄滅，而且還有更換維修方便、費用低廉的優(yōu)點。應(yīng)用表明，該水基滅火星裝置能夠滿足大型3000米、4000米車裝鉆修機的使用要求。

消聲器；滅火星裝置

隨著油田對生產(chǎn)安全力度的加大，柴油機廢氣中攜帶的火星便成為一大安全隱患，尤其是柴油機使用一段時間之后，消聲器的內(nèi)壁上便有一層煙灰垢，當(dāng)柴油機在使用過程中加大油門時，突然增大的排氣使得消聲器內(nèi)壁上的煙灰垢從消聲器的內(nèi)壁上脫落下來，廢氣的高溫使得噴出的煙灰垢成為紅紅的火星，而現(xiàn)有的處理消聲器火星的方式有兩種：一是在消聲器的底部增加一個火星收集器，原理是將火星收集到火星收集器中；二是在排氣管的出口加一個鼠籠式的防火帽，原理是通過碰撞來熄滅火星；火花收集器的缺點是大部分火星被廢氣從消聲器吹出，只有一少部分落到火星收集器中，因而沒能有效的熄滅火星；鼠籠式防火帽的缺點是大火星可能被碰撞成小的火星而被噴出，有部分火星沒有被碰到而被廢氣直接噴出，直接威脅到油氣田安全生產(chǎn)作業(yè)。在國內(nèi)的大慶、山東等油田和地區(qū)曾出現(xiàn)車裝鉆機因沒有滅火星裝置而被用戶拒收的情況。

大型移運鉆修機，如：3KM和4KM車裝或拖掛鉆機使用的是雙柴油機，在不增加移運高度和寬度的情況下，水基滅火星裝置只能放在發(fā)動機護罩內(nèi)，而以RG集團（南陽二機石油裝備集團公司）生產(chǎn)的3KM車裝鉆機為例，不改造八位汽缸時，變矩器上方的空間約為850*550*500mm（L*W*H），將八位汽缸的拉桿改為杠桿式之后空間高度增加200mm。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)。水基滅火星裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理。發(fā)動機廢氣經(jīng)消聲器進入水基滅火星裝置，廢氣直接噴到水面上，利用水箱的水將廢氣中的火星徹底熄滅。

1.3 技術(shù)特點。其一，單機不倒灌，雙機不憋壓。當(dāng)單臺發(fā)動機工作時，廢氣的推力作用將安全板（序6）從中位推到不工作的發(fā)動機一側(cè)，這時不工作發(fā)動機的排氣口被封住，廢氣和火星等雜質(zhì)進入不了發(fā)動機內(nèi)部，保護了不工作發(fā)動機免受廢氣倒灌；當(dāng)雙發(fā)動機工作時，因兩發(fā)動機的排氣壓力相同，安全板被置中位，彎頭的截取部位的面積是排氣管面積的1.05倍，經(jīng)計算安全板的板面與排氣口的面積大于排氣管的面積，不會對兩發(fā)動機形成工作憋壓。其二，水箱的水不會被廢氣吹出箱外，當(dāng)發(fā)動機剛啟動時，強勁的廢氣噴到水面會激起一些水花，隔板（序3）對激起的水花起到一定的阻隔作用，防止水從水箱內(nèi)沖出。其三，設(shè)有限制水位球閥，將限位球閥（序1）打開后，直接從水箱的出氣口加水，當(dāng)水從球閥出流出后，此時達(dá)到水基滅火星裝置設(shè)計的最高水位，停止加水，關(guān)閉球閥，此時開動發(fā)動機水不會被氣壓沖出。其四，更換維修方便，水基滅火星裝置的直角彎頭（圖1序2）與發(fā)動機排氣管的連接是通過猴箍直接連接，而不是通過焊接連接，更換時只需一支螺絲刀和一支扳手即可完成更換，避免了焊接帶來更換維修的諸多不方便。其五，設(shè)有排污絲堵，鉆機每完成一或兩口井的作業(yè)任務(wù)時（可以根據(jù)發(fā)動機的使用時間決定），只需在絲堵的下方放一水桶，從水箱的加水處加入適量的清水即可完成水基滅火星裝置的排污工作，滿足油田HSE的生產(chǎn)要求。

1.4 適用機型和參數(shù)。該水基滅火星裝置適用3 000米和4 000米車裝鉆機上，也可應(yīng)用在同等鉆深的橇裝鉆修機和海洋鉆修機上。以RG集團公司為例，3 000米車裝鉆修機使用的發(fā)動機為兩臺CATC15柴油機，單臺發(fā)動機排量為14.6 L，排氣管外徑為φ170mm；當(dāng)然相同功率和排量的其他型號的發(fā)動機同樣應(yīng)用。

2 現(xiàn)場實驗及應(yīng)用情況

水基滅火星裝置于2012年6月研制成功，同時在大慶油田定制的4套3 000米車裝鉆機上進行實驗，過程為發(fā)動機啟動初，加大油門過程中及油門最大時三個階段，發(fā)動機啟動時油門開度為中位，水箱排氣口處無水噴出；逐步加大油門過程中，水箱排出口無水噴出；油門最大時發(fā)動機運行15min，發(fā)動機運行平穩(wěn)后，水箱的水無沖擊性噪聲，達(dá)到設(shè)計要求。

2012年8月大慶油田在接收該批3 000米車裝鉆機時專門對水基滅火星裝置進行了性能檢驗，發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機啟動油門最大時，個別水箱有水噴出，在用戶協(xié)商后降低了限位球閥的高度后達(dá)到了用戶的認(rèn)可。此后該裝置分別被山東、新疆的油田所采用，從用戶使用后返回的信息顯示，該裝置完全滿足用戶的使用要求。

該水基滅火星裝置已獲得國家實用新型專利，專利號為：ZL200720073648.7。

TE922

A

1671-0037（2014）09-113-1

武大偉（1975-）男，本科，助理工程師，研究方向：石油鉆井設(shè)備的研制。