高寒地区CS165E钻孔风水系统的节能保温改造

张莱庆，孙鹏宇，刘 峰

(栾川龙宇钼业有限公司， 河南 栾川县 471500)

栾川龙宇钼业南泥湖矿山的海拔高度在1330～1400 m之间，年平均气温较低，寒冷季节的最低气温可达到-10℃以下。由此造成CS165-E潜孔钻机原有风水系统中的除尘水管经常结冰堵塞，影响正常生产。目前，钻机风水系统保温主要靠外接电热风加热，耗电比较大。钻机配备空压机工作时产生的大量的散热风被排到野外，造成热能浪费，对此提出对钻机风水系统进行节能改造。

1 改造方案

1.1 改造条件

目前风水系统的管路和相关部件安装在由除尘水箱、两道钢梁和上下底板组成的半封闭空间内，改造时只需加以封堵，就可完成密封，改造工作量较少。除尘水箱内已有电热管对水箱加热，故不必考虑水箱防冻的问题，为此改造创造了有利条件。

1.2 安装导流窗

首先对风水系统周围进行密封，避免热量散失；其次将现有的热风出口封堵，封堵面积和引风道截面积相等，以保证足够的风压和引风流量；再次在空压机散热风道底部开一个0.5 m×0.4 m=0.2 m2的矩形孔，用于对装引风道；最后安装导流窗，将散热器排出的一部分热风利用自身压力引导至风水系统周围，提高其环境温度，达到防冻目的,如图1所示。

图1散热风低温改造示意

1.3 辅助保温装置

考虑到空压机停机时并不产生热风的情况，公司研究设计了一套停机时的辅助保温装置，主要由测温传感器、控制开关、交流接触器以及自控温电伴热带等组成，可以在系统温度低于设定值时自动启动电辅助保温装置，在感应到散热风系统温度高于设定值时，将自动关闭电保温装置，利用散热风进行保温，不仅节约了电耗，而且达到了全天候保温的目的。

2 可行性分析

2.1 散热风保温部分

钻机配备的Ingersoll-Rand双螺杆空压机工作时冷却液温度可达到80℃～95℃，其散热器排风温度在50℃以上，初步估算排风压力大概有5级左右，即风速约为9 m/s，根据公式推算风压：

由此得排风压力为0.05 kPa，推断散热风压可以克服引风管道的“烟囱效应”排至钻机下部。

热风口的尺寸为0.5 m×2 m=1 m2，按风速9 m/s推算出排风量约为9 m3/s；引风管道设计截面尺寸为0.5 m×0.4 m=0.2 m2，在9 m/s的风速下通风能力为1.8 m3/s，由此推断将50℃的散热风以1.8 m3/s的流量引入钻机下部完全可以将风水系统环境温度提高到0℃以上，达到防冻目的。

2.2 电辅助保温部分

自控温电伴热带是在两根平行金属母线之间均匀地挤包一层PTC材料制成的芯带。

图2 低温防爆型电热带

电缆一端的两根母线与电源接通时，电流从一根母线横向流过PTC材料层到达另一根母线，PTC层就是连续并联在母线之间的电阻发热体，将电能转化成热能，见图2。芯带电阻随温度升高增大，到了高阻区，电阻大到几乎阻断电流，芯带温度便达到高限不再升高而自动限温。自限温加热带具有温度均匀、不会过热、节约电能、升温快速的特点，可在选用电热带的最长使用长度内任意剪断使用，重叠、交叉等使用。由于钻机下部设计了较多零部件和各种管路，密闭性较差，热量很容易散失，如果用空气电热棒则需要很大的功率。利用自控温电伴热带的特点，只将电热元件沿着水路部件平行或缠绕敷设进行局部加温，外部用石棉保温材料防止热量散失，理论上具有节约电耗、保温效果好的优点。至于温度检测控制电路目前已经在各行业领域广泛应用，具有很成熟的解决方案，在项目实施过程中没有大的技术难题。

3 改造后效能分析

(1) 节能效果。根据计算，钻机用自控温电伴热带约合30 m，按35 W/m的功率测算，改造后在待机状态下每小时可以节电(2 kW-30×35/1000))×1 h=0.95 kW·h，在作业过程中每小时节电2 kW×1 h=2 kW·h，节能效果良好。

(2) 使用效果。在驾驶室设置一个自控温电伴热带开关，只要在待机状态下打开即可，而空压机散热风利用在作业过程中会自动启用，操作比较简单方便。

4 结 论

综上所述，通过对钻机自有保温系统节能的改造，同时也是对空压机产生的热能进行利用，既能实现节能和防冻效果，又能保证钻机生产的持续进行；对于生产中的矿山来说，钻机主要是进行穿孔作业，降低穿孔成本和提高穿孔效率就更能体现钻机的现实价值。

参考文献：

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[4]王 艳.空压机的节能方法与途径[J].通用机械，2008(9):48-51.