钻井队柴油机余热回收利用技术

魏云峰 王 冲 何建萍 何中凯 于 涛 祝 伟 林国强

塔里木油田分公司 质量安全环保处 （新疆 库尔勒 841000）

钻井队柴油机余热回收利用技术

魏云峰 王 冲 何建萍 何中凯 于 涛 祝 伟 林国强

塔里木油田分公司 质量安全环保处 （新疆 库尔勒 841000）

井队柴油机余热回收利用作为一项节能技术，在塔里木油田钻井队冬季保温过程中取得了突出的节能效果，同时还创造了较大的经济效益。对塔里木油田钻井队柴油机现状、冬季保温情况及采用余热回收利用装置实施冬季保温取得的效果等方面进行了论述。

柴油机 余热 回收

塔里木盆地是我国最大的含油气盆地，总面积56万km2，盆地周边被天山、昆仑山和阿尔金山所环绕，中部是号称“死亡之海”的塔克拉玛干沙漠，面积33.7万km2，是世界第二大流动性沙漠。据最新资源评价，塔里木盆地可探明油气资源总量为160亿t，是中国石油资源量大于150亿t的四个盆地之一，勘探前景十分广阔。随着塔里木石油工业的不断深入，在塔里木油田进行勘探作业的钻井队越来越多。塔里木油田冬季气温最低达－30℃以下，钻井作业一年四季都在进行，冬季井队设备的保温是钻井工程的重要环节，保温工作直接影响钻井的安全及成本。钻井队冬季都需要用大量的蒸汽进行诸如吹扫钻台、清洗套管、紧急解冻、特殊部位保温等工作。现阶段的钻井队基本上都使用燃煤锅炉来产生蒸汽，一个钻井队每年大约消耗200t煤，同时产生大量的一氧化碳、二氧化碳等空气污染物和废渣。在钻井队柴油机是必不可缺的设备，柴油机在工作时会产生烟气，烟气出口的温度最高可达400℃以上，如果充分利用这部分高温烟气可以将水变成蒸汽为井队提供保温热源，从而取代燃煤锅炉，以达到节能减排的目的。

各勘探公司柴油机组主要类型

通过对塔里木探区钻井队的调查研究表明：目前在塔里木服务的钻机有60余部，这些钻机配备的柴油机多为12V190系列，配备的柴油发电机为8V190系列、CAT3512系列、VOLVO系列等 （见图1，图2）。通过测试分析，当柴油机的出力大于80%时，有90%以上的柴油机排烟管温度大于350℃，由烟气带走的热量占总热量的40%以上，余热回收的价值很大。

表1 柴油机（发电机）组各项参数

图1 发电机

图2 柴油机

钻井队冬季保温现状

根据收集的资料，目前钻井队有以下几种冬季生产供暖保温方式：①燃煤锅炉供暖系统；②燃油锅炉供暖系统；③电热锅炉供暖系统。

调查分析认为：①燃煤锅炉供暖系统。环境污染严重，运行成本高，维护费用大；②燃油锅炉供暖系统环境污染严重，运行成本高；③电热锅炉供暖系统。耗电量大，运行成本高。

余热回收利用装置系统介绍

1 余热回收装置原理

井队柴油发电机余热回收是将制作好的余热回收装置直接安装在柴油机的排气管上，形成简单的管壳式换热器（见图3）。外部供水走管层，烟气走壳层。由泵给出的工质水经给水阀、预热盘管、给水调节阀、给水分配管分别进入换热器的浮式螺旋盘管组，柴油机废气在浮式螺旋盘管组的作用下，以近似螺旋轨迹横向冲刷盘管外壁，使废气的热能不断传给管内工质。管内工质吸热升温，体积迅速膨胀，流速提高，汽水开始在管内分离。经集气管膨胀器粗分离，由膨胀器喷射进入Ⅲ级换热器，继续加热汽化，饱和蒸汽进入管汇，分离后未汽化的饱和水经底流管进入再热器继续加热汽化，直至全部成为饱和蒸汽由蒸汽管汇输出。

图3 余热回收利用装置

2 余热回收利用装置的主要设备

余热回收利用装置主要设备见表2。

表2 余热回收利用装置主要设备

3 余热回收利用装置工艺流程

原水经水处理设备处理后进入软化水箱，软化水通过气动隔膜泵向换热器供水，软化水流入换热器的盘管里，经过加热形成水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽管线排向井队的各个需要保温的位置，具体流程见图4。

图4 余热回收利用装置工艺流程

4 蒸汽效果

经测试，ZP12V190柴油机（功率810kW）在出力75%时，采用余热回收装置，每小时可以产生500kg以上的饱和蒸汽，蒸汽压力0.6MPa，温度最高可达180℃，完全可以满足井队冬季保温需求，余热回收利用装置蒸汽效果见图5。

图5 余热回收利用装置蒸汽效果图

余热回收装置的效益分析

1 社会效益分析

煤是复杂的混合物，经过计算燃烧1t优质煤会产生3.3t的二氧化碳，同时还产生一氧化碳1.36kg，碳氢化合物0.45kg，氮氧化物9.08kg，二氧化硫24kg，烟尘42.5kg。同时还会产生大量废渣，这些都是对大气和环境有害的物质。井队在整个取暖期消耗大约200t煤，所造成的污染极大，浪费能源。余热回收装置能有效地节约能源,对大气环境无污染。同时余热回收装置还具有很好的消音灭火功能，烟气经过余热回收装置时压力始终是均衡的，消除了压力波动，加之余热回收装置外壳的保温隔热材料具有很好的吸声性能，可降低噪音15dB。烟气中的火星与余热回收装置内的螺旋盘管多次碰撞后，很快熄灭，不会随烟气带出烟管，安全、环保功效显著。

2 经济效益分析

使用燃煤锅炉的井队，一个采暖期成本费用大约为30万元（承包费），其中包括锅炉租用费，人工费及燃煤等费用。在安装柴油机余热回收装置后，每年可直接减少成本30万元，同时由于井队余热锅炉产生的蒸汽（热水）还可以用于井队柴油罐的保温，可提高井队冬季使用柴油的标号，大大降低柴油的使用成本。单套余热回收设备投资大约在60～80万元左右，投资回收期1～2年，经济效益十分显著。

使用柴油机余热回收装置的注意事项

柴油机余热回收利用装置经过不断试验和设计优化，其节能效果和经济效益明显，在实际生产使用过程中应注意以下几个方面：

（1）由于余热换热器是采用盘管结构，所以在使用中应注意水质的要求，应尽量使用软化水；

（2）当在柴油机上安装余热回收利用装置时应注意采用防爆装置（柴油机离钻井架比较近）；

（3）为防止余热换热器盘管结构堵塞，应定期对换热器进行除垢处理，保证盘管通畅；

（4）施工过程中应严格遵守井场的各项规定，穿戴好劳保品，确保施工安全；

（5）每天应进行3～4次例行检查，由于换热器工作时温度较高，例行检查时应佩戴好劳保用品；

（6）本套设备操作虽然方便简洁，但必须按规定操作流程操作。

结语

随着我国社会和经济的快速发展，节能减排问题越发突出，其重要性已越来越明显。石油工业在油气田勘探开发过程中消耗了大量能源，如何在生产能源的过程中有效地降低能源消耗，实现油气勘探开发领域的节能发展、清洁发展和可持续发展，是当前摆在面前的紧迫问题。井队柴油机余热利用装置做为一项减少钻井能源消耗的节能技术，在为钻井队带来较大的经济效益的同时，又减少对环境的污染，适合大面积推广使用。

The Recovery and utilization of waste heat from diesels in drilling teams,as one kind of energy-saving,has gotten an obvious energy-saving effect in the process of winter heat preservation in drilling team of Talimu oilfields,coupled with better economical benefits.Therefore,an explanation concentrates on the present state of diesels,the state of winter heat preservation,and the effect of winter heat preservation obtained by using the recycling equipment of the heat waste in drilling teams of Talimu oilfields.

diesels;waste heat;recycling

2010-08-08